(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 202210645417.8 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 辽宁工程技术大学 地址 123000 辽宁省阜新市中华路47号 申请人 广东工业大 学 (72)发明人 张婷　安太成　李桂英　 (51)Int.Cl. C12M 1/26(2006.01) C12M 1/34(2006.01) C12M 1/10(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12Q 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种离心撞击法生物气溶胶富集装置及其 细胞暴露与应用 (57)摘要 本发明公开了一种离心撞击法生物气溶胶 富集装置及细胞暴露与应用， 所述装置包括： 生 物气溶胶富集装置主机和细胞暴露系统； 空气依 次经过富集装置主机的富集腔、 平衡池和暴露模 块； 由细胞暴露系统实时采集 ‑调节空气生物气 溶胶的暴露数据， 磁悬浮机构驱动细胞暴露膜盒 旋转， 依循实时采集、 智能调节、 动态控制与暴露 的步骤， 进行空气生物气溶胶富集， 以及细胞暴 露毒性的动态 监测。 本发明提出的生物气溶胶富 集装置及细胞暴露与应用， 方法简便易行， 数据 可靠和准确性高， 解决了空气中低浓度生物气溶 胶(包括颗粒物上的病毒、 细菌、 真菌等)的富集 与移动监测问题， 能用于交通工具、 禽畜养殖场、 生物实验室、 居民区等人群活动场所， 具有较大 应用价值。 权利要求书1页 说明书9页 附图3页 CN 115093943 A 2022.09.23 CN 115093943 A 1.一种移动式离心撞击法生物气溶胶富集装置， 其特征在于： 包括可移动式使用的离 心撞击法生物气溶胶富集装置主机和细胞传感器系统； 所述富集装置的进气口与空气联 通， 包括富集腔、 平衡池、 暴露模块和细胞传感器系统； 空气与富集装置进气口联通； 依级进 入富集腔的重 尘仓、 微尘仓和微生物 富集仓后， 经过柔性管路、 微型阀门、 无线传感器， 与平 衡池的底端进口连接； 通过滤网、 雾化器和静电发生器， 对空气生物气溶胶浓度进行调节， 随后经过节流元件、 调节阀连接至具有硅橡胶件和套筒密封结构的暴露模块； 由驱动机构 和移动式数字支架共同驱动细胞暴露膜盒旋转， 使细胞暴露； 所述细胞暴露膜盒由3D网架 支撑， 3D网架的微管穿出套筒密封结构， 连接至细胞传感器系统， 动态调整暴露条件； 最后， 空气从出气口达标排 放。 2.如权利要求1所述的一种移动式离心撞击法生物气溶胶富集装置， 其特征在于， 所述 的暴露模块的3D网架 微管包含近端、 远端、 侧端微管， 近端微管与计量泵的进 液管、 出液管、 移动式数字支架和可编程序控制器连接； 远端微管与多孔材料制成的膜块连接； 侧端微管 延伸出套 筒结构与无线传感器、 节流阀连接； 侧端微管 出口管径≥0.25m m。 3.一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 利用如权利要求1所述的移动式离心撞击法生物 气溶胶富集装置， 基于气液暴露原理， 采用实时采集、 智能调节、 动态控制步骤， 驱动细胞暴 露膜盒沿移动轨道旋转， 开展细胞暴露。 4.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述平衡池安装可调开启度 阀门， 将不同生物气溶胶浓度的空气分区输送， 分配到暴露模块。 5.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述的3D网架侧端微管的一 端与无线传感器连接， 另一端与细胞传感器连接， 由细胞传感器输出指令， 经数据处理单元 设定平衡池节流元件的孔板孔径， 调节柔性管道上微型阀门的开度， 实时采集空气 中生物 气溶胶。 6.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述的细胞传感器系统包括 细胞传感器和可编程序控制器， 其中的细胞传感器用来测量空气中生物气溶胶的细胞暴露 毒性， 可编程序控制器通过向平衡池发出指令， 智能调节暴露的温度、 湿度、 污染气体组成 及浓度。 7.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述的无线传感器能够实时 监测空气生物气溶胶 浓度， 输入到可编程序控制器， 依据程序设定的细胞暴露限值， 动态控 制细胞暴露膜盒的旋转速度， 记录细胞暴露数据的变化趋势。 8.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述细胞暴露膜盒的3D网架 微管和计量泵能够将包裹凝胶的细胞传感器输送到所述膜块的上表面， 采集细胞生长、 代 谢、 影像等信息， 及时输送回可编程序控制器， 记录、 存储 数据， 并由数据处理单元分析细胞 暴露数据。 9.如权利要求3所述的一种细胞暴露研究方法， 其特征为， 所述暴露模块的含生物气溶 胶的空气， 经过树状管路通入涂布凝胶的静态混合器， 利用节流喷嘴喷射的雾化液滴对空 气中的生物气溶胶进行湿沉降， 消减其浓度后， 使其从出气口安全排 放。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115093943 A 2一种离心撞击法生物气溶胶富集装 置及其细胞暴露与应用 技术领域 [0001]本发明属于生物气溶胶监测技术领域， 公开了一种生物气溶胶的富集装置及 其细 胞暴露研究方法与应用， 可用于空气生物气溶胶的实时监测、 富 集与毒性评价。 背景技术 [0002]近年来， 室内外空气污染物健康危害频繁发生， 大气污染问题成为社会高度关注 的重点。 气溶胶作为具有健康危害的污染物， 具有空气传播的特性， 有必 要构建快速、 准确、 可靠的检测方法。 目前， 空气生物气溶胶的采集技术主要以液体冲击法、 固体撞击法、 离心 沉降法和滤膜法为主。 [0003]使用大中流量捕集器阻留空气污染物， 可以把空气中浓度较低的气溶胶富集起 来， 如抽气法、 滤膜法、 琼脂采样法等。 然而， 用这些方法收集污染物， 测得的是瞬时浓度， 具 有不确定性。 用器皿(如采样罐、 采样袋、 采样瓶等)采集生物气溶胶的方法， 适合于浓度较 高， 或者测定灵敏度较高， 不易被粘附或短时间化学特性稳定的污染气 体采集。 以上方法收 集到的生物污染物浓度往往不能简捷 快速的表征 空气中生物气溶胶的时间加权平均浓度、 或较长时间段(如白天、 夜晚、 月、 季度)的累积浓度。 [0004]随着对环境生物污染监测要求的提高， 我国现有的环境监测技术不断进步， 如采 用细胞传感器在内的手段和方法监测环境中的污染物。 中国科学院生态环境研究中心的研 究人员发现在特定环境下， 游离化细胞传感器信号增强， 而固定化细胞传感器受到空气 中 的离子浓度、 装置阻力、 时间等因素的影响发生形态变化， 存在 对空气中低浓度苯污染物检 测信号不明显的问题。 这些生物监测方法常常缺乏必要的系统优化， 不确定性高。 近年来， 对空气中生物气溶胶毒害性的测试方法也逐渐发展建立起来， 以往的研究倾向于关注单一 污染物对细胞的毒性和基因毒性方面， 对真实自然环境下的全组份的生物气溶胶细胞暴露 研究的方法较少， 测试结果常常不能全面反映环境空气生物气溶胶的动态、 暴露在真实空 气污染物中的细胞毒性与风险。 [0005]本发明的申请人认为， 采用基于离心撞击法的富集腔代替撞击式安德森大气生物 气溶胶采样 器或常规滤膜过滤器， 方便微生物气溶胶(如颗粒物上黏附的致病菌)在具有弹 性的凝胶仓板上富集。 主要原因是 由于凝胶材料 的多孔性和吸湿性， 可以保证粘附在仓板 上的生物气溶胶的化学组成、 形貌结构和空气动力学性质少受装置内部阻力等影响。 离心 撞击法的富集方法， 使监测和暴露数据更加接近 “原位”的大气生物气溶胶浓度， 又几乎不 增加额外的检测成本 。 [0006]本发明公开的一种移动式离心撞击法生物气溶胶富集装置， 结构紧凑， 操作便捷， 提供了一种移动式的， 如搭载在无人机、 移动小 车等移动设备上或穿戴在人体上的， 适于如 校园、 洗手间、 商超、 实验室等人群活动场所空气生物污染物浓度检测的新思路， 能够为通 过空气介质传播的致病微生物的控制措施制定提供基础数据。 本发明还提供了一种生物气 溶胶的细胞暴露方法、 方便原位检测其细胞暴露毒性， 具有广阔的应用前 景。说　明　书 1/9 页 3 CN 115093943 A 3