(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211008932.1 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510090 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 安太成　张芸芸　王保强　李桂英　 王海余　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 魏香琴 (51)Int.Cl. C12M 1/38(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/34(2006.01) C12M 1/12(2006.01)C12M 1/04(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12Q 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种气溶胶对呼吸道上皮细胞暴露的气液 界面暴露系统及其应用 (57)摘要 本发明涉及一种气溶胶对呼吸道上皮细胞 暴露的气液界面暴露系统及其应用。 所述气液界 面暴露系统包括生物气溶胶发生单元、 输送单元 和细胞暴露单元； 所述气溶胶发生单元由空气压 缩机、 高效空气过滤器一、 质量流量控制器一、 雾 化器依次经聚四氟乙烯管和转接头串联组成； 所 述输送单元包括缓冲瓶、 高效空气过滤器二、 质 量流量控制器二和高效空气过滤器三； 所述细胞 暴露单元包括干燥管、 气溶胶检测仪和细胞处理 模块， 所述细胞处理模块包括暴露模块和尾气外 排模块； 所述尾气外排模块包括依次连接的高效 空气过滤器四、 质量流量控制器三和抽气泵， 该 气液界面暴露系统能够更真实的模拟气溶胶在 人体肺部的呼吸暴露情况， 提高了大气气溶胶呼 吸暴露风险评估的准确性。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 115491299 A 2022.12.20 CN 115491299 A 1.一种气溶胶对呼吸道上皮细胞暴露的气液界面暴露系统， 其特征在于， 包括生物气 溶胶发生单元(1)、 输送单元(2)和细胞暴露单元(3)； 所述气溶胶发生单元由空气压缩机 (4)、 高效空气过滤器一(5)、 质量流量控制器一(6)、 雾化器(7)依次串联组成； 所述输送单 元包括缓冲瓶(8)、 高效空气过滤器二(9)、 质量流量控制器二(10)和高效空气过滤器三 (11)； 所述细胞暴露单元(3)包括干燥管(12)、 气溶胶检测仪(13)和细胞处理模块， 所述细 胞处理模块包括暴露模块(14)和尾气 外排模块(19)； 所述尾气 外排模块(19)包括依次连接 的高效空气过滤器四(16)、 质量流量控制器三(17)和抽气泵(18)； 所述雾化器(7)一端与质 量流量控制器一(6)相连， 另一端与 缓冲瓶(8)相连； 质量流量控制器二(10)一端与高效空 气过滤器二(9)相连， 另一端与缓冲瓶(8)； 高效空气过滤器三(11)与缓冲瓶(8)相连； 干燥 管(12)一端与缓冲瓶(8)相连， 另一端与暴露模块(14)相连； 干燥管(12)与暴露模块(14)之 间还设置有气溶胶检测仪(13)， 用于检测暴露气溶胶的浓度和粒径分布； 暴露模块(14)、 高 效空气过滤器四(16)、 质量流量控制器三(17)与抽气泵(18)依次串联； 暴露模块(14)上设 置有温控 模块(15)， 用于维持暴露模块的温度。 2.根据权利要求1所述气液界面暴露系统， 其特征在于， 所述暴露模块(14)包括一个或 多个暴露腔； 所述高效空气过滤器四(16)和质量流量控制器三(17)的数目比暴露腔个数多 一个； 每个暴露腔分别串联一个高效空气过 滤器四(16)和质量 流量控制器三(17)。 3.根据权利要求2所述气液界面暴露系统， 其特征在于， 所述暴露模块包括3个或6个暴 露腔。 4.根据权利要求2所述气液界面暴露系统， 其特征在于， 所述暴露模块(14)包括三个暴 露腔， 暴露腔一(141)、 暴露腔二(142)、 暴露腔三(143)； 所述高效空气过滤器四(16)包括四 个， 分别为高效空气过滤器四一(161)、 高效空气过滤器四二(162)、 高效空气过滤器四三 (163)和高效空气过滤器四四(164)； 所述质量流量控制器三(17)包括四个， 分别 为质量流 量控制器三一(171)、 质量流量控制器三二(172)、 质量流量控制器三三(173)和质量流量控 制器三四(174)； 干燥管(12)通过分支管道与暴露腔一(141)、 暴露腔二(142)、 暴露腔三 (143)相连， 暴露腔一(141)与高效空气过滤器四一(161)相连， 暴露腔二(142)与高效空气 过滤器四二(162)相连， 暴露腔三(143)与高效空气过滤器四三(163)相连； 干燥管(12)通过 主管道与高效空气过滤器四四(164)相连； 高效空气过滤器四一(161)、 四二(162)、 四三 (163)和四四(164)分别与质量流量控制器三一(171)、 三二(172)、 三三(173)和三 四(174) 相连； 质量流量控制器三一(171)、 三二(172)、 三三(173)和三四(174)分别连接于主管道然 后通过主管道与抽气泵(18)相连。 5.权利要求1～4任一所述气液界面 暴露系统在气液界面 暴露细胞的研究中的应用。 6.根据权利要求5所述应用， 其特 征在于， 所述应用中的细胞为呼吸道上皮细胞。 7.利用权利要求1～4任一所述气液界面暴露系统暴露细胞的方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： S1.细胞气液界面 适应性培 养 对细胞进行复苏及传代培养， 恢复细胞活性； 然后将细胞经消化、 重悬、 计数， 以5 ×104 ～1×105cells/well的密度接种于Transwell细胞培养小室， 小室下层和小室上层分别添 加含有胎牛血清和抗生素的细胞培养基， 覆盖住细胞， 更换新鲜培养基； 培养至细胞融合度 为80％； 吸除小室上层培养基， 将下层培养基替换成含有胎牛血清不含抗生素的细胞培养权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115491299 A 2基， 使Transwell小室的聚酯膜上的细胞既能与培养基接触又能与空气 接触， 继续培养12～ 24h， 使细胞适应气液界面状态； S2.生物悬 液的制备 将微生物活化并培 养至对数生长期， 然后制备成密度为105～109CFU/mL的生物悬 液； S3.细胞暴露 检验权利要求1～4任一所述气液界面暴露系统的气密性， 将步骤S2制备的生物悬液置 于雾化器中， 并将步骤S1得到的细胞连同Transwell小室转移至暴露腔中， 小室下层添加含 有胎牛血清不含抗生素的细胞培养基， 使Tr answell小室 的聚酯膜上的细胞即能与培养基 接触又能与空气 接触； 以12～42L/min的气体流量对生物悬液进行雾化制备生物气溶胶， 生 物气溶胶稀释0.1～10倍、 调整湿度为80％～100％后输送至细胞暴露单元； 设置尾气处理 模块气体流量为不大于1.5L/min， 设置暴露流量为不大于10mL/min， 暴露不大于24h； 暴露 完成后， 将细胞转移至新的培养孔板， 更换培养基孵育0～2 4h， 收集细胞并进 行毒理学指标 评价。 8.根据权利要求7 所述方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述细胞为呼吸道上皮细胞。 9.根据权利要求8所述方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述呼吸道上皮细胞为呼吸道上 皮细胞的永生 化细胞。 10.根据权利要求7所述方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述含有胎 牛血清和抗生素的细 胞培养基中含有10％的胎牛血清、 100U/mL的青霉素和100 μg/mL的链霉素； 步骤S1和S3中， 含有胎牛 血清不含抗 生素的细胞培 养基含有10％的胎牛 血清。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115491299 A 3