在氣溶膠暴露實(shí)驗(yàn)與納米材料研究中，如何實(shí)現(xiàn)微納米級(jí)顆粒的高效、精準(zhǔn)沉積，始終是制約實(shí)驗(yàn)重復(fù)性與數(shù)據(jù)可靠性的核心難題。CULTEX? EDD（Electrostatic Deposition Device）作為全球領(lǐng)先的電沉積解決方案，通過(guò)創(chuàng)新的電荷輔助沉積技術(shù)，將顆粒沉積效率提升至接近100%，重新定義了氣液界面細(xì)胞暴露系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

一、技術(shù)原理：電荷驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)捕獲

CULTEX? EDD的核心突破在于將電場(chǎng)力引入氣溶膠沉積過(guò)程。系統(tǒng)通過(guò)流過(guò)式電暈充電器在氣溶膠顆粒表面誘導(dǎo)電荷，使其在進(jìn)入沉積腔室時(shí)受電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)，定向吸附于細(xì)胞培養(yǎng)表面。相較于傳統(tǒng)重力沉降（0.1%效率）與擴(kuò)散沉積（1.8%效率），EDD技術(shù)對(duì)0.1μm顆粒的捕獲效率可達(dá)95%以上，甚至實(shí)現(xiàn)100%電荷化顆粒的完全沉積。

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可無(wú)縫集成于CULTEX? RFS或RFS Compact暴露平臺(tái)。其核心組件包括：

1.電暈充電模塊：位于氣溶膠引導(dǎo)通道頂部，通過(guò)高壓電場(chǎng)使顆粒帶電；

2.沉積腔室：集成于底部模塊，內(nèi)置6.5/12/24mm細(xì)胞培養(yǎng)插件或35mm培養(yǎng)皿適配接口；

3.智能控制單元：獨(dú)立調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度（0-10kV可調(diào)），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉積參數(shù)。

二、性能優(yōu)勢(shì)：效率、均勻性與兼容性的三重突破

1.超高效沉積

在香煙煙霧、PM2.5、納米顆粒等氣溶膠暴露實(shí)驗(yàn)中，EDD技術(shù)可確保95%以上的顆粒定向沉積于細(xì)胞表面。例如，在CULTEX與德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署合作的研究中，EDD系統(tǒng)使柴油機(jī)尾氣顆粒在肺上皮細(xì)胞上的沉積量提升3倍，顯著提高實(shí)驗(yàn)靈敏度。

2.空間均勻性

系統(tǒng)采用輻射狀氣溶膠分布設(shè)計(jì)，結(jié)合CFD模擬優(yōu)化流道，確保每個(gè)培養(yǎng)腔室內(nèi)的顆粒濃度偏差<5%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在24孔板暴露實(shí)驗(yàn)中，各孔位細(xì)胞沉積的納米顆粒數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)差僅為2.3%，為劑量效應(yīng)關(guān)系研究提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

3.多場(chǎng)景兼容性

細(xì)胞類(lèi)型兼容：支持原代細(xì)胞、共培養(yǎng)體系及3D細(xì)胞模型（如類(lèi)器官）；

顆粒類(lèi)型兼容：適用于金屬氧化物、碳基材料、生物氣溶膠等多元物質(zhì)；

環(huán)境控制：集成恒溫加熱系統(tǒng)（37±0.5℃）與培養(yǎng)基流量調(diào)節(jié)（0.1-10mL/min），維持細(xì)胞生理狀態(tài)。

三、應(yīng)用場(chǎng)景：從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的全鏈條覆蓋

1.吸入毒理學(xué)研究

在CULTEX與美國(guó)NIH合作的項(xiàng)目中，EDD系統(tǒng)被用于評(píng)估電子煙氣溶膠對(duì)肺細(xì)胞的氧化應(yīng)激影響。通過(guò)精準(zhǔn)控制尼古丁鹽顆粒的沉積劑量（0.1-10μg/cm2），實(shí)驗(yàn)首次揭示了不同濃度顆粒對(duì)細(xì)胞線粒體膜電位的差異化損傷機(jī)制。

2.納米材料安全性評(píng)價(jià)

針對(duì)石墨烯、碳納米管等新興納米材料，EDD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單層細(xì)胞暴露于特定質(zhì)量濃度的納米顆粒（如0.5-5μg/cm2 TiO?）。研究證實(shí)，系統(tǒng)沉積的納米顆粒在細(xì)胞表面形成均勻單層，避免團(tuán)聚效應(yīng)對(duì)毒性評(píng)估的干擾。

3.藥物遞送系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

在干粉吸入劑（DPI）研發(fā)中，EDD系統(tǒng)可模擬肺部沉積模式，優(yōu)化藥物顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑（1-5μm）。例如，某抗哮喘藥物通過(guò)EDD篩選出最佳粒徑配方，使藥物在肺深部的沉積率從32%提升至68%。

四、技術(shù)演進(jìn)：從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)新生態(tài)

CULTEX? EDD的研發(fā)歷程體現(xiàn)了跨學(xué)科融合的創(chuàng)新路徑：

材料科學(xué)：采用耐腐蝕鈦合金電極與防靜電涂層，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性；

微流控技術(shù)：通過(guò)3D打印制造微米級(jí)流道，減少顆粒損失；

AI優(yōu)化：集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法，自動(dòng)匹配不同顆粒的電荷化參數(shù)（如電壓/流量組合）。

目前，該系統(tǒng)已通過(guò)ISO 10993生物相容性認(rèn)證，并被全球300余家實(shí)驗(yàn)室采用，包括MIT、中科院生態(tài)中心等頂尖機(jī)構(gòu)。其模塊化設(shè)計(jì)支持快速升級(jí)，例如最新推出的EDD-Pro版本可兼容96孔板，實(shí)現(xiàn)高通量篩選。

總結(jié)

CULTEX? EDD高效電沉積系統(tǒng)以電荷輔助技術(shù)為核心，通過(guò)精準(zhǔn)控制納米顆粒的沉積行為，為氣溶膠暴露研究提供了前所未有的工具。從吸入毒理學(xué)機(jī)制解析到納米藥物開(kāi)發(fā)，從環(huán)境污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估到工業(yè)材料安全性測(cè)試，EDD技術(shù)正在推動(dòng)多個(gè)領(lǐng)域邁向更精準(zhǔn)、更高效的未來(lái)。隨著系統(tǒng)與單細(xì)胞測(cè)序、高分辨率成像等技術(shù)的深度融合，其應(yīng)用邊界將持續(xù)拓展，成為生命科學(xué)與材料科學(xué)交叉創(chuàng)新的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。