隨著納米技術的飛速發展，納米顆粒物在工業、醫療、環境等領域的廣泛應用，其潛在的健康風險逐漸成為全球關注的焦點。納米顆粒物因其獨特的物理化學性質，如超小尺寸、高比表面積和量子效應，使其在生物體內表現出與傳統顆粒物截然不同的生物學行為。然而，傳統細胞暴露方法難以真實模擬人體呼吸道的暴露環境，導致研究結果與實際健康效應存在偏差。在此背景下，Cultex氣液界面暴露系統憑借其精準模擬人體呼吸道的暴露條件，成為納米顆粒物致病機制研究的關鍵工具。

一、傳統暴露方法的局限性

傳統細胞暴露方法通常將納米顆粒物溶解于培養基中，通過細胞與培養液的相互作用進行染毒實驗。然而，這種方法存在顯著缺陷：首先，溶解后的納米顆粒物可能發生團聚或化學性質改變，導致暴露劑量與實際吸入環境不符；其次，肺內上皮細胞在真實環境中處于氣液界面，直接接觸空氣中的顆粒物，而傳統方法無法還原這一動態過程；最后，含顆粒物的氣體無法通過培養液有效傳遞至細胞表面，導致暴露效率低下。例如，在研究PM2.5對肺細胞的毒性時，傳統方法可能因顆粒物沉降或培養液干擾而低估其真實危害。

二、Cultex系統的技術突破：精準模擬呼吸暴露

Cultex氣液界面暴露系統通過創新設計，突破了傳統方法的局限。其核心原理是將細胞培養于微孔半透膜（如Transwell膜）上，膜下方提供持續培養基供應，膜上方則暴露于恒流的氣溶膠或氣體環境中。這一設計實現了三大關鍵突破：

1.真實暴露環境：細胞直接接觸空氣中的納米顆粒物，模擬人體呼吸道的動態暴露過程，避免培養液對顆粒物的物理或化學干擾。

2.高效顆粒沉積：系統采用輻射流氣溶膠通道設計，通過主通道連接輻射狀分布的氣道，確保顆粒物在腔室內均勻沉積。例如，Cultex RFS系統在60分鐘氧化銅顆粒暴露實驗中，三個腔室內的顆粒物沉積量標準差極小，證明了其高度重復性。

3.獨立環境控制：每個暴露腔室配備獨立的培養基供應和氣流控制系統，可精確調節溫度、濕度、CO?濃度及氣流流速，確保實驗條件的穩定性。例如，系統通過全角度水浴維持37℃恒溫，避免氣溶膠冷凝對細胞的影響。

三、在納米顆粒物致病機制研究中的應用

Cultex系統已廣泛應用于納米顆粒物的毒性評估與機制解析，其優勢在以下場景中尤為突出：

1.多尺度毒性研究：系統支持6.5mm至24mm多種規格的細胞培養插件，可兼容市售所有主流品牌（如Corning、Falcon），適用于從單細胞到組織水平的暴露實驗。例如，在研究碳納米管（CNTs）的肺毒性時，系統可精確控制不同尺寸CNTs的暴露劑量，揭示其“納米結構-效應”關系。

2.復雜混合物暴露：系統可同時處理氣體、揮發性有機物（VOCs）、顆粒物及混合氣溶膠，模擬真實環境中的復合暴露場景。例如，在霧霾健康效應研究中，系統通過集成氣溶膠發生器和稀釋系統，可高重復性地控制PM2.5、臭氧及氮氧化物的聯合暴露條件。

3.動態劑量響應分析：通過高精度質量流量控制器（MFC），系統可實現氣流流量精度達0.5%的暴露控制，結合電沉積裝置進一步提升顆粒物沉積效率（最高達95%）。例如，在研究納米銀的劑量效應時，系統可精確調節顆粒物濃度，揭示其低劑量下的氧化應激反應與高劑量下的細胞凋亡機制。

四、技術優勢與未來展望

Cultex系統的核心優勢在于其“真實、高效、精準”的暴露能力，為納米毒理學研究提供了標準化、可重復的技術平臺。其模塊化設計支持高溫高壓滅菌，避免交叉污染；獨立通道結構減少細胞剪切力損傷，提升實驗可靠性。未來，隨著系統與單細胞測序、活細胞成像等技術的整合，Cultex有望在納米顆粒物的跨膜轉運、表觀遺傳調控及個體化風險評估等領域發揮更大作用，推動吸入毒理學向精準化、智能化方向邁進。