在气溶胶暴露实验与纳米材料研究中，如何实现微纳米级颗粒的高效、精准沉积，始终是制约实验重复性与数据可靠性的核心难题。CULTEX® EDD（Electrostatic Deposition Device）作为全球领先的电沉积解决方案，通过创新的电荷辅助沉积技术，将颗粒沉积效率提升至接近100%，重新定义了气液界面细胞暴露系统的技术标准。

一、技术原理：电荷驱动的精准捕获

CULTEX® EDD的核心突破在于将电场力引入气溶胶沉积过程。系统通过流过式电晕充电器在气溶胶颗粒表面诱导电荷，使其在进入沉积腔室时受电场力驱动，定向吸附于细胞培养表面。相较于传统重力沉降（0.1%效率）与扩散沉积（1.8%效率），EDD技术对0.1μm颗粒的捕获效率可达95%以上，甚至实现100%电荷化颗粒的完全沉积。

该系统采用模块化设计，可无缝集成于CULTEX® RFS或RFS Compact暴露平台。其核心组件包括：

1.电晕充电模块：位于气溶胶引导通道顶部，通过高压电场使颗粒带电；

2.沉积腔室：集成于底部模块，内置6.5/12/24mm细胞培养插件或35mm培养皿适配接口；

3.智能控制单元：独立调节电场强度（0-10kV可调），实时监测沉积参数。

二、性能优势：效率、均匀性与兼容性的三重突破

1.超高效沉积

在香烟烟雾、PM2.5、纳米颗粒等气溶胶暴露实验中，EDD技术可确保95%以上的颗粒定向沉积于细胞表面。例如，在CULTEX与德国联邦环境署合作的研究中，EDD系统使柴油机尾气颗粒在肺上皮细胞上的沉积量提升3倍，显著提高实验灵敏度。

2.空间均匀性

系统采用辐射状气溶胶分布设计，结合CFD模拟优化流道，确保每个培养腔室内的颗粒浓度偏差<5%。实验数据显示，在24孔板暴露实验中，各孔位细胞沉积的纳米颗粒数量标准差仅为2.3%，为剂量效应关系研究提供可靠数据支撑。

3.多场景兼容性

细胞类型兼容：支持原代细胞、共培养体系及3D细胞模型（如类器官）；

颗粒类型兼容：适用于金属氧化物、碳基材料、生物气溶胶等多元物质；

环境控制：集成恒温加热系统（37±0.5℃）与培养基流量调节（0.1-10mL/min），维持细胞生理状态。

三、应用场景：从基础研究到产业化的全链条覆盖

1.吸入毒理学研究

在CULTEX与美国NIH合作的项目中，EDD系统被用于评估电子烟气溶胶对肺细胞的氧化应激影响。通过精准控制尼古丁盐颗粒的沉积剂量（0.1-10μg/cm²），实验首次揭示了不同浓度颗粒对细胞线粒体膜电位的差异化损伤机制。

2.纳米材料安全性评价

针对石墨烯、碳纳米管等新兴纳米材料，EDD技术可实现单层细胞暴露于特定质量浓度的纳米颗粒（如0.5-5μg/cm² TiO₂）。研究证实，系统沉积的纳米颗粒在细胞表面形成均匀单层，避免团聚效应对毒性评估的干扰。

3.药物递送系统开发

在干粉吸入剂（DPI）研发中，EDD系统可模拟肺部沉积模式，优化药物颗粒的空气动力学直径（1-5μm）。例如，某抗哮喘药物通过EDD筛选出最佳粒径配方，使药物在肺深部的沉积率从32%提升至68%。

四、技术演进：从实验室到产业化的创新生态

CULTEX® EDD的研发历程体现了跨学科融合的创新路径：

材料科学：采用耐腐蚀钛合金电极与防静电涂层，确保长期稳定性；

微流控技术：通过3D打印制造微米级流道，减少颗粒损失；

AI优化：集成机器学习算法，自动匹配不同颗粒的电荷化参数（如电压/流量组合）。

目前，该系统已通过ISO 10993生物相容性认证，并被全球300余家实验室采用，包括MIT、中科院生态中心等顶尖机构。其模块化设计支持快速升级，例如最新推出的EDD-Pro版本可兼容96孔板，实现高通量筛选。

总结

CULTEX® EDD高效电沉积系统以电荷辅助技术为核心，通过精准控制纳米颗粒的沉积行为，为气溶胶暴露研究提供了前所未有的工具。从吸入毒理学机制解析到纳米药物开发，从环境污染物风险评估到工业材料安全性测试，EDD技术正在推动多个领域迈向更精准、更高效的未来。随着系统与单细胞测序、高分辨率成像等技术的深度融合，其应用边界将持续拓展，成为生命科学与材料科学交叉创新的关键基础设施。