随着纳米技术的飞速发展，纳米颗粒物在工业、医疗、环境等领域的广泛应用，其潜在的健康风险逐渐成为全球关注的焦点。纳米颗粒物因其独特的物理化学性质，如超小尺寸、高比表面积和量子效应，使其在生物体内表现出与传统颗粒物截然不同的生物学行为。然而，传统细胞暴露方法难以真实模拟人体呼吸道的暴露环境，导致研究结果与实际健康效应存在偏差。在此背景下，Cultex气液界面暴露系统凭借其精准模拟人体呼吸道的暴露条件，成为纳米颗粒物致病机制研究的关键工具。

一、传统暴露方法的局限性

传统细胞暴露方法通常将纳米颗粒物溶解于培养基中，通过细胞与培养液的相互作用进行染毒实验。然而，这种方法存在显著缺陷：首先，溶解后的纳米颗粒物可能发生团聚或化学性质改变，导致暴露剂量与实际吸入环境不符；其次，肺内上皮细胞在真实环境中处于气液界面，直接接触空气中的颗粒物，而传统方法无法还原这一动态过程；最后，含颗粒物的气体无法通过培养液有效传递至细胞表面，导致暴露效率低下。例如，在研究PM2.5对肺细胞的毒性时，传统方法可能因颗粒物沉降或培养液干扰而低估其真实危害。

二、Cultex系统的技术突破：精准模拟呼吸暴露

Cultex气液界面暴露系统通过创新设计，突破了传统方法的局限。其核心原理是将细胞培养于微孔半透膜（如Transwell膜）上，膜下方提供持续培养基供应，膜上方则暴露于恒流的气溶胶或气体环境中。这一设计实现了三大关键突破：

1.真实暴露环境：细胞直接接触空气中的纳米颗粒物，模拟人体呼吸道的动态暴露过程，避免培养液对颗粒物的物理或化学干扰。

2.高效颗粒沉积：系统采用辐射流气溶胶通道设计，通过主通道连接辐射状分布的气道，确保颗粒物在腔室内均匀沉积。例如，Cultex RFS系统在60分钟氧化铜颗粒暴露实验中，三个腔室内的颗粒物沉积量标准差极小，证明了其高度重复性。

3.独立环境控制：每个暴露腔室配备独立的培养基供应和气流控制系统，可精确调节温度、湿度、CO₂浓度及气流流速，确保实验条件的稳定性。例如，系统通过全角度水浴维持37℃恒温，避免气溶胶冷凝对细胞的影响。

三、在纳米颗粒物致病机制研究中的应用

Cultex系统已广泛应用于纳米颗粒物的毒性评估与机制解析，其优势在以下场景中尤为突出：

1.多尺度毒性研究：系统支持6.5mm至24mm多种规格的细胞培养插件，可兼容市售所有主流品牌（如Corning、Falcon），适用于从单细胞到组织水平的暴露实验。例如，在研究碳纳米管（CNTs）的肺毒性时，系统可精确控制不同尺寸CNTs的暴露剂量，揭示其“纳米结构-效应”关系。

2.复杂混合物暴露：系统可同时处理气体、挥发性有机物（VOCs）、颗粒物及混合气溶胶，模拟真实环境中的复合暴露场景。例如，在雾霾健康效应研究中，系统通过集成气溶胶发生器和稀释系统，可高重复性地控制PM2.5、臭氧及氮氧化物的联合暴露条件。

3.动态剂量响应分析：通过高精度质量流量控制器（MFC），系统可实现气流流量精度达0.5%的暴露控制，结合电沉积装置进一步提升颗粒物沉积效率（最高达95%）。例如，在研究纳米银的剂量效应时，系统可精确调节颗粒物浓度，揭示其低剂量下的氧化应激反应与高剂量下的细胞凋亡机制。

四、技术优势与未来展望

Cultex系统的核心优势在于其“真实、高效、精准”的暴露能力，为纳米毒理学研究提供了标准化、可重复的技术平台。其模块化设计支持高温高压灭菌，避免交叉污染；独立通道结构减少细胞剪切力损伤，提升实验可靠性。未来，随着系统与单细胞测序、活细胞成像等技术的整合，Cultex有望在纳米颗粒物的跨膜转运、表观遗传调控及个体化风险评估等领域发挥更大作用，推动吸入毒理学向精准化、智能化方向迈进。