[发明专利]微流控凝胶气液界面烟气暴露装置

说明书

本发明公开了一种微流控凝胶气液界面烟气暴露装置，包括提供烟气进出通道的上层芯片、提供细胞培养液流动通道的下层芯片以及位于上下层芯片之间用于装载凝胶和位于凝胶上细胞的中间层芯片；其中，下层芯片内的细胞培养液为中间层芯片内的细胞提供生存环境，中间层芯片内的凝胶成为气液界面并使其细胞与烟气直接接触。本发明采用三层芯片的组合方式，细胞位于凝胶上方，不与细胞培养液直接接触，避免了培养液对细胞表面造成直接冲击；同时培养液又可通过凝胶供给细胞且保持细胞生存环境稳定；在此基础上细胞可与烟气气体直接接触，从而获得烟气对细胞刺激的相关生物学信息。

技术领域

本发明涉及一种烟气暴露，尤其涉及一种微流控凝胶气液界面烟气暴露装置。

背景技术

一直以来，卷烟烟气对人体的健康风险广受关注。有研究报道显示，吸烟者相对于非吸烟者，患肺癌、慢性阻塞性肺病和急性心肌梗塞的可能性会不同程度地增加。研究表明在卷烟烟气导致的多种吸烟相关疾病中，氧化应激是关键的病理生理学机制。卷烟烟气是一种复杂的混合物，其中氧化性物质会诱导细胞内活性氧(ROS)增加，卷烟烟气诱导机体产生的ROS会对细胞内蛋白质、脂质和DNA等造成损伤。但是现有的评估平台对其形成机理、成分危害性等研究都比较局限。因此，开发对细胞的体外毒性研究平台，评估烟气对健康的具体危害性，很有必要。

卷烟烟气是一种由几千种化学物质组成的复杂的气溶胶，由粒相物和气相物两部分所构成。目前卷烟烟气毒理学研究大多集中于烟气粒相物的毒性研究方面，染毒方式多以溶液暴露为主，与卷烟烟气实际的呼吸道气液界面暴露条件有着巨大的差异，不能全面真实地反映烟气混合物体系的生物学效应。而现在对全烟气直接暴露的研究，多采用商品化装置如日本的Cultex和德国的Vitrocell，这两种设备基本相同，暴露方式均是气液界面暴露。但是此类暴露装置体积庞大、价格昂贵，普通实验室难以负担，限制了此类装置的推广和普及。此外，卷烟由于其天然产物的特性，不同产地和不同批次间均有比较明显的差异，因此对于其毒性的评估需要大量的工作，现有的设备完全难以满足毒性评估的基本需求。因此，急需建立一种实验室使用的简单便利的气液界面细胞暴露平台用于气体毒性评。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种用于实验室研究、便携式而廉价的烟气暴露装置。

技术方案：本发明所述的微流控凝胶气液界面烟气暴露装置，包括提供烟气进出通道的上层芯片、提供细胞培养液流动通道的下层芯片以及位于上下层芯片之间用于装载凝胶和位于凝胶上细胞的中间层芯片；其中，下层芯片内的细胞培养液为中间层芯片内的细胞提供生存环境，中间层芯片内的凝胶成为气液界面并使其细胞与烟气直接接触。

其中，所述上层芯片包括并列设置的气体进出通道以及位于通道两侧的气体入口和气体出口，其中，气体入口至少有两个，气体出口数量没有限制，例如两个入口通入两种不同的气体，相互稀释以形成气体浓度梯度，如此可在一张芯片上，同时实现不同条件下对细胞进行刺激实验，通过一次实验就得出多个情况下细胞受刺激的结果。

类似的，所述下层芯片包括并列设置的液体流动通道以及位于通道两侧的培养液入口和废液出口，其中，培养液入口至少有两个，废液出口没有限制，以形成液体浓度梯度。

所述中间层芯片包括由细胞培养孔构成的阵列结构，该细胞培养孔与上下层芯片中的通道相通，同时细胞培养孔内装载凝胶和细胞，凝胶与下层芯片中的细胞培养液直接接触。

本发明中，中间层芯片本体是不能透过气体或者液体的，因此在上面开设细胞培养孔，孔内填充凝胶，凝胶上表面培养细胞，此时凝胶起到了间隔和沟通气液的作用；这样下层的溶液能够透过凝胶渗透将营养物质输送给细胞，同时将细胞的代谢产物通过凝胶渗透到液体中带走，维持细胞环境的稳定。此外，采用阵列结构可以实现阵列化大批量检测。