实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种用于空气污染细胞毒性检测的设备，特别涉及一种实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置及检测方法。

背景技术：

大气污染主要来源于工业废气排放、生活炉灶与采暖锅炉、交通运输和自然灾害产生的危害等。这一系列污染导致了多种多样的危害，现阶段雾霾天气已经成为我国最主要的空气污染问题。

目前，关于雾霾的研究与报道大多集中于其区域浓度、成因、影响因素以及其经济影响等，对于其对人体健康的风险评估相关技术研究尚有不足，尤其是关于雾霾颗粒对人体细胞的毒效应的研究十分缺乏。雾霾颗粒是成分复杂的混合颗粒物，其具有粒径小，表面积大和易附着其他污染物质等特性，难于被分离与提取。现阶段研究中常通过常见的聚四氟乙烯滤膜采集，将聚四氟乙烯滤膜放入无菌水中进行水浴超声、干燥、称取质量，最后用无菌水配置含PM2.5的暴露液，并将其在-20℃保存，待细胞毒性测试时使用。这种方法存在以下三个缺陷：1、排除了PM2.5中可溶性颗粒物；2、颗粒物提取过程中可能存在凝结，造成粒径改变；3、暴露过程为一次性暴露，与实际蓄积性暴露存在较大区别，造成毒性评价不全面。因此发明一种能实时对雾霾颗粒物细胞毒性检测的机器及检测方法十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置及检测方法，用于克服大气颗粒物提取复杂以及难于检测实时对人体各组织细胞潜在危害的缺陷，使大气细小颗粒物毒性评价更为准确。

本发明采用的技术方案是：

本发明实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置，包括雾霾过滤采集单元、灭菌溶液制备单元、细胞暴露单元、毒性检测单元、数据输出单元和壳体；所述的雾霾过滤采集单元包括过滤网、过滤膜和抽气泵；所述的灭菌溶液制备单元包括水槽管路、紫外组件、双向导管和双向导管进水阀；所述的过滤网罩住壳体顶部；过滤膜设置在过滤网底部，并封住水槽管路顶部；所述的壳体内位于过滤膜处放置有气体流量计；水槽管路固定在壳体内，且与壳体间设有空隙；所述的抽气泵设置在水槽管路底部；水槽管路的入水口设有液体流量计；水槽管路的出水口接双向导管的入水口，双向导管的入水口设有双向导管进水阀；双向导管为竖直放置的圆形管，入水口和出水口均设置在对中位置；壳体内位于双向导管处设有紫外组件；所述的紫外组件包括固定在壳体两侧的两个紫外发生器；所述的细胞暴露单元包括双向导管出水阀、温控单元、二氧化碳控制单元、培养检测板、带传送机构和电机；双向导管的出水口经液压泵接出水管入水端，出水管入水端设置双向导管出水阀、液体流量计和除菌过滤膜；出水管出水端伸入密闭空腔内，温控单元、二氧化碳控制单元、培养检测板、带传送机构和电机均设置在密闭空腔内；所述的电机驱动带传送机构；培养检测板放置在带传送机构的传送带上；培养检测板上设有两个培养孔组，所述的培养孔组包括等距布置的多个培养孔；出水管出水端分两路出水，分别对应一个培养孔组位置；培养孔底部中心设有负电极，两个培养孔组对应位置处的每两个培养孔对中位置设置正电极；密闭空腔位于双向导管出水阀处设有距离传感器；所述的毒性检测单元包括放大滤波单元、模数转换单元、微机单元和信号发生单元；微机单元控制信号发生单元将信号传输到培养检测板的正、负电极；正、负电极的信号通过放大滤波单元传输到模数转换单元；模数转换单元转换后的数字信号传输到微机单元；所述的数据输出单元包括分别与微机单元连接的打印机接口、液晶显示屏和键盘部件；打印机接口、液晶显示屏和键盘部件均设置在密闭空腔外。

所述壳体和过滤网的材料均采用不锈钢。

所述的水槽管路采用绝缘材料。

所述正、负电极的材料均采用金。

所述过滤膜的过滤纤维具有单向透过性。

所述的气体流量计、液体流量计和距离传感器均将信号传给微机单元；微机单元控制紫外发生器、抽气泵、液压泵、双向导管进水阀、双向导管出水阀、温控单元、二氧化碳控制单元和电机。

本发明实时雾霾颗粒物细胞毒性检测方法，具体如下：采样气体经过过滤网和过滤膜，过滤膜对采样气体中的灰尘、气溶胶和酸碱性气体进行过滤，过滤膜过滤后的气体进入水槽管路。过滤膜的过滤纤维具有单向透过性，当过滤膜发生液体倒吸时，雾霾颗粒物一旦经过过滤膜的过滤纤维，过滤纤维就膨胀，堵塞进气通路；过滤动力由抽气泵提供，过滤膜处放置有气体流量计用于采集采样气体流量。雾霾颗粒物与水槽管路内的超纯水混合。水槽管路由绝缘材料制成，并形成漏斗形。混合颗粒物液体通过双向导管进水阀流入双向导管。在水槽管路的入水口装有液体流量计。液体流过双向导管，并受到紫外发生器发射的紫外线照射灭菌。双向导管的出水口经液压泵接出水管入水端，出水管入水端设置双向导管出水阀、液体流量计和除菌过滤膜；除菌过滤膜除去混合颗粒物液体中细菌，液压泵将灭菌混合液通过双向导管出水阀滴入培养检测板，液压泵采用定量泵。培养检测板通过带传送机构在密闭空腔进行传输。密闭空腔内位于双向导管出水阀处设有距离传感器，用于定位培养检测板。温控单元和二氧化碳控制单元用于保证培养检测板中的细胞生长环境。孵育培养后，培养检测板通过带传送机构传输到密闭空腔另一侧，培养检测板的电极材料为金；根据细胞电阻抗技术，通过信号发生单元将信号传给培养检测板的电极，然后传入放大滤波单元。信号通过放大滤波单元传入模数转换单元，通过模数转换处理后传入微机单元。微机单元根据气体流量计、液体流量计和模数转换单元的数据分析细胞恢复能力、趋化迁移能力、伸展贴壁能力和抵御侵润能力。数据分析结果通过液晶显示屏显示。数据分析结果通过打印机接口打印输出。多组电极时，取数据分析结果的均值显示和打印。

本发明的有益效果体现在：处理工艺简单、处理效率高、操作方便，可实现原位实时雾霾暴露与细胞毒性检测，同时能够大幅度降低颗粒物采集提取时造成的检测结果差异性，是大气污染对人体健康风险研究的有效方法之一，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明的毒性检测单元和数据输出单元的系统框图。

具体实施方式

参照图1和2，实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置，包括雾霾过滤采集单元、灭菌溶液制备单元、细胞暴露单元、毒性检测单元、数据输出单元和壳体；雾霾过滤采集单元包括过滤网1、过滤膜2和抽气泵3；灭菌溶液制备单元包括水槽管路4、紫外组件5、双向导管6和双向导管进水阀7；过滤网1罩住壳体顶部；过滤膜2设置在过滤网1底部，并封住水槽管路4顶部；壳体内位于过滤膜2处放置有气体流量计；水槽管路4固定在壳体内，且与壳体间设有空隙；抽气泵3设置在水槽管路4底部；水槽管路4的入水口设有液体流量计；水槽管路4的出水口接双向导管6的入水口，双向导管6的入水口设有双向导管进水阀7；双向导管6为竖直放置的圆形管，入水口和出水口均设置在对中位置；壳体内位于双向导管6处设有紫外组件5；紫外组件5包括固定在壳体两侧的两个紫外发生器；细胞暴露单元包括双向导管出水阀8、温控单元9、二氧化碳控制单元10、培养检测板11、带传送机构12和电机17；双向导管6的出水口经液压泵接出水管入水端，出水管入水端设置双向导管出水阀8、液体流量计和除菌过滤膜；出水管出水端伸入密闭空腔内，温控单元9、二氧化碳控制单元10、培养检测板11、带传送机构12和电机17均设置在密闭空腔内；电机17驱动带传送机构12；培养检测板11放置在带传送机构12的传送带上；培养检测板11上设有两个培养孔组，培养孔组包括等距布置的四个培养孔；出水管出水端分两路出水，分别对应一个培养孔组位置；培养孔底部中心设有负电极，两个培养孔组对应位置处的每两个培养孔对中位置设置正电极；密闭空腔位于双向导管出水阀8处设有距离传感器；毒性检测单元包括放大滤波单元13、模数转换单元14、微机单元15和信号发生单元16；微机单元15控制信号发生单元16将信号传输到培养检测板11的正、负电极；正、负电极的信号通过放大滤波单元13传输到模数转换单元14；模数转换单元14转换后的数字信号传输到微机单元15；数据输出单元包括分别与微机单元15连接的打印机接口18、液晶显示屏19和键盘部件20；打印机接口18、液晶显示屏19和键盘部件20均设置在密闭空腔外。

壳体和过滤网1的材料均采用不锈钢。

水槽管路4采用绝缘材料。

正、负电极的材料均采用金。

过滤膜2的过滤纤维具有单向透过性。

气体流量计、液体流量计和距离传感器均将信号传给微机单元15；微机单元15控制紫外发生器、抽气泵3、液压泵、双向导管进水阀7、双向导管出水阀8、温控单元9、二氧化碳控制单元10和电机17。

该实时雾霾颗粒物细胞毒性检测装置的检测方法，具体如下：采样气体经过过滤网1和过滤膜2，过滤膜2对采样气体中的灰尘、气溶胶和酸碱性气体进行过滤，过滤膜2过滤后的气体进入水槽管路4。当过滤膜2发生液体倒吸时，雾霾颗粒物一旦经过过滤膜的过滤纤维，过滤纤维就膨胀，堵塞进气通路；过滤动力由抽气泵3提供，过滤膜2处放置有气体流量计用于采集采样气体流量。雾霾颗粒物与水槽管路4内的超纯水混合。水槽管路4由绝缘材料制成，并形成漏斗形，便于液体流动与混合。混合颗粒物液体通过双向导管进水阀7流入双向导管6。在水槽管路4的入水口装有液体流量计，用于计算混合颗粒物液体浓度。液体流过双向导管6，并受到紫外发生器发射的紫外线照射灭菌。双向导管6的出水口经液压泵接出水管入水端，出水管入水端设置双向导管出水阀8、液体流量计和除菌过滤膜；除菌过滤膜除去混合颗粒物液体中细菌，液压泵将灭菌混合液通过双向导管出水阀8滴入培养检测板11，液压泵采用定量泵，保证滴入培养检测板11的水定量。培养检测板11通过带传送机构12在密闭空腔进行传输。密闭空腔内位于双向导管出水阀8处设有距离传感器，用于定位培养检测板11。温控单元9和二氧化碳控制单元10用于保证培养检测板11中的细胞生长环境。孵育培养后，培养检测板11通过带传送机构12传输到密闭空腔另一侧，培养检测板11的电极材料为金，根据细胞电阻抗技术，通过信号发生单元16将信号传给培养检测板11的电极，然后传入放大滤波单元13。信号通过放大滤波单元13传入模数转换单元14，通过模数转换处理后传入微机单元15。微机单元15根据气体流量计、液体流量计和模数转换单元的数据分析细胞恢复能力、趋化迁移能力、伸展贴壁能力和抵御侵润能力。数据分析结果通过液晶显示屏19显示。数据分析结果通过打印机接口18打印输出。多组电极时，取数据分析结果的均值显示和打印。

本实施例内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。