[發明專利]一種細胞毒性培養測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202211715206.3
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116004390A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 孫健;彭澤志;彭勤;何昆;牛馨祎;牛曉峰;沈振興
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M3/06
• 分類號: C12M3/06;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明公開了一種細胞毒性培養測試裝置及方法，VOCs氣體輸送裝置將VOCs以設定的速率輸送至多孔結構骨架層內，本申請采用多孔結構骨架層、蛋白滲透薄膜層和細胞培養層模仿人肺泡的生理結構，通過骨架中的活性物質、卵磷脂、蛋白膜形式模仿肺泡細胞的生理環境，并通過此形式增強VOCs的溶解與通過性，實現VOCs與細胞的暴露接觸，突破傳統細胞培養技術中VOCs無法突破氣血屏障的瓶頸，上層細胞培養皿中的培養基質使用蠕動泵進行內部循環，模仿血液循環，避免VOCs溶解過飽和導致的局部濃度不均衡問題。本發明通過仿生肺泡細胞結構，模擬VOCs呼吸暴露的真實情景，較現有的氣體通過培養皿暴露方式測定的細胞毒性更接近真實值。

技術領域

本發明或發明屬于環境與醫學交叉技術領域，涉及一種細胞毒性培養測試裝置及方法。

背景技術

空氣污染導致的人體健康影響是當前困擾我國乃至全球的重要問題之一，如何精確測定污染物的人體毒性是空氣污染研究以及醫工交叉研究領域的重要課題。在各種人體影響研究中，基于細胞的體外模型具有周期快、效果好等優點而被廣泛采用。對顆粒物污染而言，體外實驗可以將顆粒物作為刺激劑進行培養后測定其細胞毒性；但對于氣態污染物，尤其是近年來關注度較高的揮發性有機物(VOCs)，由于其較低的水溶性，無法突破氣液屏障，因此傳統的細胞培養裝置無法測定VOCs類氣體的細胞毒性。但VOCs氣體中含有大量諸如苯系物等具有致癌、致畸、致突變物質，已被證明能通過呼吸系統進入人體，突破氣血屏障進入肺部甚至血液循環，對人體產生顯著傷害。因此，有必要設計一種可以突破氣液屏障的細胞培養裝置，用于精確測定VOCs類氣體暴露對不同細胞的毒性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種細胞毒性培養測試裝置及方法，以克服現有細胞培養裝置無法測定VOCs類氣體的細胞毒性的問題。

一種細胞毒性培養測試裝置，包括仿生肺泡結構、VOCs氣體輸送裝置和VOCs氣體輸出檢測裝置，仿生肺泡結構包括多孔結構骨架層、蛋白滲透薄膜層和細胞培養層，蛋白滲透薄膜層設置于多孔結構骨架層和細胞培養層之間，蛋白滲透薄膜層兩端分別與多孔結構骨架層和細胞培養層貼合；VOCs氣體輸送裝置和VOCs氣體輸出檢測裝置均連通于多孔結構骨架層內；細胞培養層內設置有細胞培養皿，細胞培養皿為中空管狀結構。

優選的，仿生肺泡結構具體使用聚碳酸酯為骨架的多孔結構，多孔結構上負載表面活性物質。

優選的，表面活性物為磷脂或蛋白。

優選的，細胞培養皿采用玻璃材質制備的中空筒狀結構，細胞培養皿通過氣氛管路與細胞培養區的細胞培養氣氛標準物源連接。

優選的，蛋白滲透薄膜層采用膠原蛋白與層粘連蛋白制備形成蛋白薄膜中間層，并在蛋白薄膜中間層兩側表面分別設置一層卵磷脂膜。

優選的，VOCs氣體輸送裝置連接VOCs源。

優選的，VOCs源與多孔結構骨架層連接的管路上設置有VOCs進氣濃度傳感器及質量流量計。

優選的，VOCs氣體輸送裝置包括VOCs出氣管路，多孔結構骨架層通過VOCs出氣管路連接至集氣裝置，VOCs出氣管路上設置有VOCs出氣濃度傳感器及質量流量計。

優選的，細胞培養層設置有多個細胞培養皿，培養的細胞位于細胞培養皿內，每個細胞培養皿設置一個循環管路，循環管路上設置有細胞培養液循環蠕動泵。

一種細胞毒性培養測試方法，包括以下步驟：

在仿生肺泡結構內通入細胞培養氣氛標準物用以培養細胞；

通過VOCs氣體輸送裝置向VOCs氣體輸送裝置內通入VOCs氣體，并記錄通入VOCs氣體濃度；

通過VOCs氣體輸出檢測裝置實時檢查流出仿生肺泡結構的VOCs氣體濃度，通過通入VOCs氣體濃度與流出仿生肺泡結構的VOCs氣體濃度差值獲得擴散進入細胞培養基的VOCs量。