隨著近年來，國內(nèi)頻繁爆發(fā)的全國性的霧霾天氣，關(guān)于霧霾對人類健康影響的研究越來越受到重視，僅2014年，便有多個相關(guān)重大科研項目得到科技部、財政部等的大力支持。

在國內(nèi)，由于關(guān)于霧霾對健康影響的系統(tǒng)流行病學(xué)研究缺失和不足，以實驗動物或人類體外培養(yǎng)細胞為模型的呼吸道霧霾暴露的健康效應(yīng)研究，便成為毒理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)最有效的研究方法。

細胞水平上霧霾健康效應(yīng)研究不僅是所有機制性研究的基礎(chǔ)，也具更有靶向精確、實驗高效、成本較低等優(yōu)點。目前，國內(nèi)的細胞體外暴露研究起步較晚，實驗方法和水平仍較落后。在細胞暴露實驗的設(shè)計、評價方法及實驗變量控制上均存在很大的不足，導(dǎo)致研究結(jié)果有很大的不確定性。

作為中國科研最高水平的中國科學(xué)院，在2014年率先在國內(nèi)提倡采用cultex氣-液界面細胞暴露技術(shù)進行霧霾健康效應(yīng)研究，并依此提出多個創(chuàng)新的實驗方案，作為氣液界面細胞暴露技術(shù)的發(fā)明與領(lǐng)導(dǎo)者，德國cultex專門為中國霧霾顆粒健康效應(yīng)研究提供了技術(shù)方案，并已經(jīng)應(yīng)用于多個開展了的相關(guān)重大研究項目之中。其中《霧霾在氣液界面上對體外培養(yǎng)細胞進行的直接暴露》、《霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的建立》對霧霾健康效應(yīng)的研究具有重要意義。

一、          霧霾在氣液界面上對體外培養(yǎng)細胞進行的直接暴露

如圖1 霧霾在氣液界面上對體外培養(yǎng)細胞進行的直接暴露系統(tǒng)

該方案具有傳統(tǒng)細胞暴露染毒無可比擬的技術(shù)優(yōu)點：

1、             大氣顆粒物真實、實時、直接的在氣-液界面暴露于細胞；

2、             霧霾流量可任意調(diào)控；

3、             可稀釋調(diào)節(jié)霧霾顆粒物濃度；

4、             顆粒物垂直沉積于細胞表面，最大程度減小剪切力對細胞及顆粒物沉積的影響；

5、             模擬肺暴露的呼吸道屏障，減小團聚的大顆粒及凝結(jié)水滴接觸到細胞表面；

6、             采用Cultex RFS輻射流控技術(shù)，實驗結(jié)果具有高度的實驗重復(fù)性；

7、             全角度水浴，保證體外細胞溫度環(huán)境的穩(wěn)定性，提高數(shù)據(jù)重復(fù)性； 

二、          霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的建立

目前對霧霾顆粒健康效應(yīng)研究中，多采用單分散顆粒物取代具有復(fù)雜理化性質(zhì)的霧霾，如各種PM2.5（或PM10）的標準品或納米尺度的霧霾超細顆粒。但真實的霧霾顆粒物既有一次粒子也有由一次粒子通過大氣化學(xué)反應(yīng)后形成的二次粒子，且二次粒子的毒性效應(yīng)更大。在不同來源、不同地區(qū)的霧霾在粒徑、化學(xué)組分、微生物組分上均有一定差距。為此，對霧霾中不同顆粒物數(shù)目的濃度及其質(zhì)量濃度之間關(guān)系的研究，大氣顆粒物中負載的微生物對霧霾顆粒物毒性影響的研究，建立霧霾中關(guān)鍵顆粒物模型的研究具有重要意義。

Cultex根據(jù)其在納米顆粒及全香煙煙霧細胞暴露方面的豐富經(jīng)驗，設(shè)計出同粒徑分布多濃度梯度系統(tǒng)（如圖2），采用專用于細胞暴露的全自動微顆粒物發(fā)生Cultex Dust Generator（+HyP），精確發(fā)生出單分散氣溶膠或混合變量的顆粒物，并通過專門設(shè)計的Cultex Aerosol Dilution精確稀釋到所需要的度濃度。該系統(tǒng)的使用，可以在同一套系統(tǒng)上高重復(fù)性精確控制調(diào)節(jié)多個變量，了解顆粒物在細胞水平上的健康效應(yīng)或毒性機制，大大縮短了粒子模型建立的摸索時間。

如圖2 霧霾中關(guān)鍵顆粒模型建立的同粒徑分布多濃度梯度系統(tǒng) 

該系統(tǒng)可以用于炭黑顆粒、納米顆粒、碳納米管、香煙煙霧、月塵及各種以空氣為載體的混合顆粒物氣溶膠對體外細胞進行暴露的健康效應(yīng)實驗。