(57)【要約】粒子状物質を含む煙を発生させるための発煙部（５）と、この発煙部（５）で発生された煙を希釈するための希釈手段（６）と、この希釈手段（６）へ清浄な空気を供給するエアユニット（３）と、中に細胞附着面を有し、前記希釈手段（６）で希釈された煙が導入される少なくとも１つのチャンバ（１０）と、このチャンバ（１０）と前記希釈手段（６）とからこの煙を排気させるための排気手段（８２，８４）とを具備し、前記煙が、前記チャンバ（１０）内で沈降して前記細胞附着面に曝露されるように、前記チャンバ（１０）内の煙の流れが遮断される。
2003031946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質を含む煙を発生させるための発煙部と、
この発煙部で発生された煙に気体を加えることによって希釈する希釈手段と、
この希釈手段へ気体を供給するエアユニットと、
内部に細胞附着面を有し、前記希釈手段で希釈された煙が導入される少なくとも１つの曝露用のチャンバと、
このチャンバ内に前記煙が導入された後、このチャンバを密閉するように、気体の流れを遮断する遮断手段と、
前記チャンバに導入された煙を排気させる排気手段と、
を具備する全煙曝露装置。
【請求項２】
前記希釈手段は、希釈される煙の濃度を任意に設定する濃度設定手段を有する請求項１に記載の全煙曝露装置。
【請求項３】
前記発煙部と前記チャンバとの間に位置され、この発煙部で発生した煙が前記チャンバに導入される前に一時収容されるヘッダーをさらに具備する請求項１もしくは２に記載の全煙曝露装置。
【請求項４】
一方の管路が前記ヘッダーに、他方の管路が前記排気手段に接続され、さらに別の管路が大気中へ開放している３方コネクタをさらに具備する請求項３に記載の全煙曝露装置。
【請求項５】
前記発煙部と複数の曝露用のチャンバとの間に位置され、この発煙部で発生した煙が導入されて前記複数の曝露用のチャンバへそれぞれ送気されるように、均等に分岐した配管構造を有する多岐管をさらに具備する請求項１ないし４のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【請求項６】
前記希釈手段で希釈された煙が流入されるように前記発煙部と複数の曝露用のチャンバとの間に位置され、これら複数の曝露用のチャンバに均等に接続された配管構造を有する希釈槽をさらに具備する請求項１ないし５のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【請求項７】
前記チャンバは、このチャンバの上部に位置された前記煙の導入口と、前記細胞附着面の近傍に位置された前記煙の排気口とを有する請求項１ないし６のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【請求項８】
前記チャンバは、前記細胞附着面を漬すための培地の供給口と排出口とを有し、これら培地の供給口と排出口とは、互いに異なる位置に設けられた構造を備えている請求項１ないし７のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【請求項９】
前記細胞附着面は、前記培地が通る少なくとも１つの穴を有する請求項８に記載の全煙曝露装置。
【請求項１０】
前記培地並びに／もしくは前記細胞附着面を一定に保温するための保温手段をさらに具備する請求項８もしくは９に記載の全煙曝露装置。
【請求項１１】
前記チャンバ内の圧力を測定して制御するための手段をさらに具備する請求項１ないし１０のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【請求項１２】
曝露時に前記チャンバ内の煙の濃度を測定するための濃度測定センサーを有する少なくとも１つのモニター用のチャンバをさらに具備する請求項１ないし１１のいずれか１に記載の全煙曝露装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、粒子状物質を含む煙を細胞に曝露する装置に関する。この装置は、特にたばこの煙など、エアロゾルの細胞への曝露試験を対象とするが、これらに限定されることなく、他の試料を用いる曝露試験に使用されても良い。
背景技術
従来、例えば煙などの試料を培養細胞に曝露してその影響を調べるための装置として、国際公開番号ＷＯ９９／３６５０５号公報に開示されているフラウンホーファー（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）研究所の曝露装置、及びレイノルズ（Ｒ．Ｊ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）の曝露装置（Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ  ３６（１９９８）１９１−１９７）が知られている。
フラウンホーファー研究所の曝露装置では、清浄な空気が、常時、チャンバ内に流されている。そして、発煙部で発生される煙は、吹かされた時のみこの清浄な空気の流れに乗って前記チャンバ内に導入され、このチャンバ内の細胞に当てられることにより曝露される。
また、レイノルズの曝露装置では、発煙部で発生された試料が、一度容器中に溜められて濃度が設定される。濃度が設定された試料は、常時、この容器からチャンバ内に流され、このチャンバへの試料の導入と排気が連続している。すなわち、試料は、密閉されないチャンバ内への連続した流れに乗って細胞面に当てられることにより曝露される。
これら装置は、粒子状物質を含む煙が、連続もしくは間欠的に曝露される違いはあるが、細胞面への曝露において、試料が、連続した空気の流れに乗って当てられる曝露原理が採用されているという点で共通している。これら装置は、試料が蒸気相などである場合に有効である。
しかし、細胞面への曝露において、これら従来の装置のように、試料が連続した空気の流れに乗って当てられる曝露原理は、粒子相を含む煙に対しては、十分に曝露されない可能性がある。
従来の装置の曝露原理では、蒸気相の試料は、その拡散原理によって十分に細胞の表面に曝露されるが、粒子相の試料は、この粒子の大きさの性質上、密閉されないチャンバ内を連続的に流れている空気流に乗って排気されてしまう。このため、試料中の粒子相部分の細胞への曝露効率が著しく低い。すなわち、前記曝露原理を有する曝露装置による曝露試験において、粒子相を含めた煙は、蒸気相の試料に比べ、含まれる構成成分の曝露比率が変動し、本来の試料への影響を反映しないことがある。したがって、従来の曝露原理を有する装置を使用する粒子相を含む煙の曝露試験においては、設定された濃度のエアロゾル量が細胞面に適切に曝露されない。
このため、特にたばこの煙など、粒子相を含む煙などの試料が、細胞へ確実に曝露される原理を有する曝露装置の開発が期待されている。
発明の開示
本発明の目的は、蒸気相だけでなく粒子相を含む煙を試料とする曝露試験に対しても、十分、かつ効率的に細胞への曝露を可能とする全煙曝露装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の全煙曝露装置は、粒子状物質を含む煙を発生させるための発煙部と、この発煙部で発生された煙に気体を加えることによって希釈する希釈手段と、この希釈手段へ気体を供給するエアユニットと、内部に細胞附着面を有し、前記希釈手段で希釈された煙が導入される少なくとも１つの曝露用のチャンバと、このチャンバ内に前記煙が導入された後、このチャンバを密閉するように、気体の流れを遮断する遮断手段と、前記チャンバに導入された煙を排気させる排気手段とを有する。好ましくは、前記希釈手段は、希釈濃度を任意に設定する濃度設定手段を有する。
このような構成によれば、曝露時に、前記チャンバ内への煙の流れが遮断されるので、濃度設定された煙が、設定された濃度のまま密閉状態で細胞附着面に当てられ、より効率的に煙が曝露され得る。煙の流れが遮断されたチャンバ内では、前記試料中の粒子相が一定時間このチャンバ内で沈降するので、蒸気相だけではなく粒子相を含む煙についても細胞への確実な曝露が可能である。また、希釈手段が、希釈濃度を任意に設定する濃度設定手段を有していると、所定の量の試料がチャンバ内に導入され得る。
前記全煙曝露装置は、前記発煙部と前記チャンバとの間に位置され、この発煙部で発生した煙が前記チャンバに導入される前に一時収容されるヘッダーをさらに有する。好ましくは、一方の管路が前記ヘッダーに、他方の管路が前記排気手段に接続され、さらに別の管路が大気中へ開放している３方コネクタを有する。
この構成によれば、前記チャンバ内に、常時、気体が流されているのではなく、発煙部で発生した試料が、ヘッダー内に収容されて希釈されるようになっている。したがって、試料が連続した気体の流れによって流されることがないので、希釈の際に、試料の絶対量のロスが抑制され得る。また、試料発生時の圧力変動の緩和、２次希釈の安定化にも寄与する。さらに、前記ヘッダー内の煙が排気されるとき、前記３方コネクタによって、このヘッダー内の急な圧力変動が回避され得る。前記発煙部で発生した試料は、前記ヘッダーの前後の両方で希釈されて良い。
また、前記全煙曝露装置は、前記発煙部と複数の曝露用のチャンバとの間に位置され、この発煙部で発生した煙が導入されて前記複数の曝露用のチャンバへそれぞれ送気されるように、均等に分岐した配管構造を有する多岐管を有していても良い。あるいはまた、前記希釈手段で希釈された煙が流入されるように前記発煙部と複数の曝露用のチャンバとの間に位置され、これら複数の曝露用のチャンバに均等に接続された配管構造を有する希釈槽を有していても良い。
こうした構成によれば、希釈手段から直接ガラス管などを介して試料を各チャンバへ送るのに比べて、濃度や量の均一な試料が複数のチャンバへ流入することができる。したがって、複数のチャンバを有する全煙曝露装置において、精度の高い曝露試験を行うことができると共に、曝露効率が上昇する。
前記ヘッダー、多岐管、並びに希釈槽の構成要素の組み合わせ、数、並びに配置順は、前記煙が効率的に前記チャンバ内へ導入されれば、前記発煙部と前記チャンバの間で自由に変えられて良い。これら構成要素を有する前記全煙曝露装置の構造の一例として、前記発煙部から順に、ヘッダーと希釈手段とを有し、さらに、この希釈手段につづいて、前記希釈槽が設けられることが考えられる。また他の例として、発煙部から順に、ヘッダーと多岐管とを有し、この多岐管の次に前記希釈手段が設けられる構成が考えられる（この場合、希釈槽は設けられていない）。
さらに、前記チャンバは、このチャンバの上部に位置された前記煙の導入口と、前記細胞附着面の近傍に位置された前記煙の排気口とを有する
この結果、沈降曝露後に、細胞附着面の近くから効率良く試料の排気が行われる。
また、前記チャンバは、前記細胞附着面を漬すための培地の供給口と排出口とを有し、これら培地の供給口と排出口とは、互いに異なる位置に設けられた構造を備えている。
上記構成によれば、前記チャンバは、培地の供給口と排出口とが独立して設けられた構造を有する。この結果、曝露により試料中の可溶性成分が溶け込んだ培地が排出口から排出され、この排出口とは別の供給口から培地が新規に供給されるので、不要物を含む培地が新鮮な培地に混入することが防止され得る。したがって、この構成を有する全煙曝露装置は、曝露試験を行うごとに前記チャンバ内に常に新しい培地が供給されるので、培地を交換するような連続した曝露試験にも適している。前記チャンバが複数ある場合には、それぞれのチャンバに前記培地の供給口と排出口とが設けられていて良い。前記培地の交換速度は、細胞に悪影響を与えない程度に、所定の速度に設定されることが望ましい。
また、前記培地の供給口と排出口との位置は、例えば一方が他方に対して上方に位置されるなど、培地の交換効率が高くなるように、前記チャンバ内の状況に応じて変形され得る。好ましくは、同一の構成で、前記供給口と排出口とが機能的に交換される構造を有する。
前記チャンバの形状は、培地の交換効率が高まるように、最適に設計されることが望ましい。例えば、前記培地の供給口が、排出口よりも上部に位置されている場合、前記チャンバ下部の排出口に向かって窄まったテーパー状になっていることが考えられる。この形状によれば、培地が自然に排出口へ集中するので、効率的に培地の交換を行うことができる。したがって、必要とされる培地量が低減され得る。また、可溶性成分による細胞への影響が懸念されることが排除され得る。
好ましくは、前記細胞附着面は、前記培地が通る少なくとも１つの穴を有する。
この構成によれば、曝露時に前記細胞附着面を試料に当てるように、培地の液面をこの細胞附着面より下げ、また、曝露終了後に細胞を保護するように、培地の液面を前記細胞附着面より上げることを迅速に行うことができる。このため、試料がチャンバ内へ導入され、曝露後に排気された後、再びこのチャンバ内へ導入されるような連続する曝露試験の間であっても、チャンバ内で培地の液面の上げ下げを行うことができる。したがって、前記全煙曝露装置は、培地の液面を上下させるような連続した曝露試験にも適している。培地の液面を上下させる速度は、細胞に悪影響を与えない程度に、所定の速度に設定されることが望ましい。
前記全煙曝露装置は、前記チャンバ内の細胞附着面に対して上下させるように培地の液面を制御する手段を有していても良い。
前記全煙曝露装置は、好ましくは、培地及び細胞附着面を一定に保温するための保温手段をさらに有する。
この保温手段としては、例えば、恒温媒体の循環によって温度を保つ循環器であって良い。好ましくは、この保温温度は、摂氏３５度ないし４０度である。
好ましくは、前記全煙曝露装置は、チャンバ内の圧力を測定して制御するための手段をさらに有する。
こうした構成とすると、動作時に各構成要素に圧力変化が生じる場合に、前記チャンバ内の圧力を制御することによって圧力の細胞への影響を回避することができる。この圧力の制御は、例えば、チャンバへ接続された管路に設けられた各弁を、圧力変動に対応させて開閉させることにより達成される。
さらに好ましくは、前記全煙曝露装置は、曝露時に前記チャンバ内の煙の濃度を測定するための濃度測定センサーを備えた少なくとも１つのモニター用のチャンバをさらに有する。
このようなモニター用チャンバを設けることによって、チャンバ内に、実際に流入している試料の濃度をリアルタイムで評価することができるので、より正確な試験を行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、図１ないし３を参照して、本発明に係る全煙曝露装置の第１の実施の形態が詳細に説明される。図１において、参照符号１で示された全煙曝露装置は、コンプレッサ２を有する。このコンプレッサ２は、圧縮した空気を管路Ｐ１を介して接続されたクリーンエアユニット３へ送気するようになっている。このクリーンエアユニット３は、二手に分かれた管路Ｐ２を介して、清浄空気供給部４と発煙部５とに接続されている。この発煙部５は、管路Ｐ３を介して希釈手段６に接続されている。この希釈手段６は、管路Ｐ７を介して前記清浄空気供給部４に接続されている。
前記発煙部５は、希釈エア部５１、クリーンエア部５２、並びに濃度設定部５３を有し、これら希釈エア部５１とクリーンエア部５２とは、前記管路Ｐ２から二手に分岐した管路に接続されている。この管路Ｐ２は、再び１つの管路Ｐ４となって、前記濃度設定部５３に接続されている。また、この発煙部５には、複数のたばこ５４が、リボルバー式の支持具５５に回転自在に支持されている。これらたばこ５４は、管路Ｐ５にＴ字状に接続されたシリンダー５６を介して、前記濃度設定部５３に接続されている。
前記希釈手段６は、５つのモジュール７に、これと同数の管路Ｐ６を介してそれぞれ接続され（図１においては、５つのモジュールのうち１つのみを図示し、残りの４つは省略されている）、また、排気手段８に、管路Ｐ８を介して接続されている。前記希釈手段６は、ヘッダー６１と前記各管路Ｐ６に設けられた濃度設定部６２とを有し、これら濃度設定部６２は、前記発煙部５内に設けられた濃度設定部５３と同じ機能を有していて良い。
前記排気手段８は、第１の排気槽８１と、これに管路Ｐ９を介して接続された排気ポンプ８２に接続されている。前記第１の排気槽８１は、管路Ｐ８を介して前記ヘッダー６１に接続されている。この管路Ｐ８は、一方がヘッダー６１、他方が第１の排気槽８１に接続され、さらに別の管路が大気に開放している３方コネクタ６３である。
上述のように、本実施の形態に係る曝露装置は、５つのモジュールを有する５連式の全煙曝露装置である。ここでは、１つのモジュールのみ説明されるが、５連式の構造を有する本実施の形態のように、モジュールが複数ある場合、他のモジュールはすべて同様の構成である。
前記モジュール７は、上部に位置された希釈槽７１とチャンバ１０とを有し、この希釈槽７１は、前記管路Ｐ６を介して前記ヘッダー６１と接続されている。また、前記希釈槽７１は、管路Ｐ１０を介して第２の排気槽８３に接続され、この第２の排気槽８３は、管路Ｐ１１を介して第２の排気ポンプ８４に接続されている。
第１の実施の形態に係る全煙曝露装置１は、モジュールごとに管路Ｐ１２を介して前記希釈槽７１に接続された３つのチャンバ１０を有している。すなわち、装置全体では、合わせて１５個のチャンバ（後述のエアロゾルモニタを加えると２０個）と、５つの希釈槽７１を有する。
前記希釈槽７１は、均等な構造の２つの管路Ｐ１２に接続されている。これら管路Ｐ１２は、それぞれ２つに均等に分岐して４つの管路となって前記チャンバ１０と接続されている。前記管路Ｐ１２の４つの分岐のうち３つの端が、３つのチャンバ１０の導入口へそれぞれ接続されている。残りの１つは、前記チャンバ内の煙の濃度をモニタリングするためのエアロゾルモニタ１１の導入口に接続されている。
このエアロゾルモニタ１１は、濃度センサーが中に設けられていること以外は、他のチャンバ１０と全く同型である。このエアロゾルモニタ１１を含め、チャンバ１０は、前記希釈槽７１と同様に、管路Ｐ１３を介して前記排気槽８３に接続された排気口を有する。
上記管路Ｐ１−Ｐ１３には、それぞれの管路内を通る試料、もしくは清浄な空気の流量を調節し得る弁が設けられており、これら弁の種類は、各部の用途によって選択されて良い。
前記モジュール７は、前記チャンバ１０内の培地及び細胞の温度を一定に保つために、恒温水が循環する流路１２を有し、この流路１２は、モジュール内と、第１の恒温槽１３内とを通るループを形成している。
前記モジュール７は、培地の供給用タンク１４及びここから各チャンバへ培地を供給するためのチューブポンプ１５と、培地の排出用タンク１６及びここへ各チャンバから排出するためのチューブポンプ１７とをそれぞれ独立して有している。すなわち、モジュール７内のチャンバ１０は、それぞれ上記２系統の配管を有する。
第１の系統では、培地の供給用タンク１４から管路を介して供給用のチューブポンプ１５と接続され、さらにこのチューブポンプ１５が３つに分岐した管路Ｐ１４を介して、３つのチャンバ１０にそれぞれ接続されている。前記培地の供給用タンク１４は、第２の恒温槽１８の中に収容されて恒温に、好ましくは摂氏約３７度に保たれている。
第２の系統では、第１の系統とは逆に、３つのチャンバ１０にそれぞれ接続されている排出用の管路Ｐ１５が、所定の位置で１つにまとまって排出用のチューブポンプ１７に接続されている。このチューブポンプ１７は、管路を介して培地の排出用タンク１６に接続されている。
前記チューブポンプ１５，１７は、これらのポンプヘッドが二重に圧着されている。
本実施の形態に係る装置は、５連式の全煙曝露装置であり、モジュールと同数の管路を介して、モジュールごとに清浄空気供給部、希釈手段、排気ポンプ、並びに第１及び第２の恒温槽と接続されている。図１において、参照符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、４つの省略部分が詳細な１つと全く同じ構造であることを示している。
図２ＡないしＤは、図１に示す第１の実施の形態におけるモジュールの主要部を詳細に示す図である。この図のように、前記モジュール７は、３つのチャンバ１０を有し、これらチャンバは、下部が円錐状に窄まったほぼ円柱状の形状を有する。これらチャンバは、内部に、細胞が附着された細胞附着面３０を有する。これら３つのチャンバ１０は、上部ユニット３２と下部ユニット３３から構成されている。これらは上部ユニット３２と下部ユニット３３との間には、この下部ユニット３３を密閉するための遮断手段であるシール部材３４が設けられている。このシール部材３４は、好ましくは、滅菌可能な材質でできている。
前記上部ユニット３２には、試料の導入口３５と排気口３６が設けられ、前記下部ユニット３３には、培地の供給口３７と排出口３８とがそれぞれ形成されている。
前記導入口３５は、前記チャンバ１０上面の径方向外側に、前記希釈槽から送気される煙を導入するように設けられ、管路Ｐ１２が接続されている。そして、チャンバ上面のほぼ中央に、一端がチャンバの内部で開口した排気口３６を形成している前記管路Ｐ１３が貫通している。すなわち、この排気口３６は、チャンバ内部で前記細胞附着面３０近傍に設けられている。
前記細胞附着面３０は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる膜であり、前記チャンバ１０内に供給される培地が通り抜け得る複数の穴３１が形成されている。本実施の形態において、これら穴３１は、図３に示されているように、細胞附着面３０の中心と、これを取り囲む上下左右に位置されている。これら細胞附着面３０の材質、穴３１の数、並びにこの穴３１の配置は、上記構成に限定されない。
一方、前記各チャンバ１０下部の円錐形状の斜面部分には、前記培地の供給用タンク１４から前記管路Ｐ１４を介して供給される培地の供給口３７が設けられている。また、この円錐の頂角付近（すなわち、チャンバ１０の底部付近）に相当するところに排出口３８が設けられ、前記管路Ｐ１５が接続されている。前記供給口３７は、前記排出口３８より上方に位置している。
次に、上記構成を有する全煙曝露装置１の第１の実施の形態の動作について説明する。試料である煙は、前記発煙部５のリボルバー式の支持具５５に支持されているたばこ５４から順次発生される。煙は、前記支持具５５が順次回転することによって、たばこ５４の数だけ連続して吹かされることが可能である。このたばこ５４から吹かされた煙は、管路Ｐ５を介してシリンダー５６に捕集される。そして、シリンダー５６に捕集された煙は、前記濃度設定部５３へ送気され、前記希釈エア部５１から供給される清浄な空気によって、濃度調節（１次希釈）される。１次希釈された煙は、管路Ｐ３を通って、前記希釈手段６のヘッダー６１内に一時収容される。また、煙の流れる上記管路は、一定間隔でクリーンエア部５２の制御によって、内部が清浄されるようになっている。
前記煙は、前記ヘッダー６１内に一時収容されて、管路Ｐ６を介して濃度設定部６２に送気される。これら濃度設定部６２は、それぞれ管路Ｐ６とＴ字状に接続された管路Ｐ７を介して前記清浄空気供給部４と接続され、ここから各管路Ｐ６へ供給される清浄な空気によって、前記ヘッダー６１に収容された煙の濃度を調節する（２次希釈）。このため、煙は、前記ヘッダー６１内に一時収容されており、外部に逃げることがほとんどないので、希釈時における煙の絶対量のロスが少ない。
また、前記ヘッダー６１内の試料は、管路Ｐ８を介して排気槽８１に溜められ、排気ポンプ８２によって、適宜、排気されることができる。前記管路Ｐ８は、一方が大気中へ開放している３方コネクタ６３であるので、排気ポンプ圧が低減されると共に、前記排気ポンプ８２とヘッダー６１との間が陰圧になることが回避される。したがって、前記各管路内の圧力変動が低下され得る。
前記希釈手段で２次希釈された煙は、前記モジュール７の上部に設けられた希釈槽７１へ、それぞれ所定の濃度に設定されて送気され得る。このモジュール７が複数ある場合には、各モジュール７上に設けられた希釈槽７１へ、送気される煙が異なる濃度に設定されても良い。
前記希釈槽７１に収容された煙は、均等に分岐した管路Ｐ１２を介して、各チャンバ１０の上面に設けられた導入口３５から各チャンバ１０内へ導入される。この際、希釈された煙は、前記希釈槽７１内において一時収容されており、管路Ｐ１２が各チャンバに対して均等に設けられた構造になっているので、均質な煙が各チャンバ１０内へ送気されることが可能である。したがって、高精度の曝露試験を行うことができる。
前記細胞附着面３０は、煙の導入の際には、各チャンバ１０内に供給された培地に漬かっており、細胞は培地により保護されている。煙が導入された後、培地の液面が前記細胞附着面３０より低位に下げられる。細胞が煙に曝露された段階でモジュール７への出入りが遮断され、前記チャンバの下部ユニット３３は、前記シール部材３４により密閉された状態にされる。この状態を維持することにより、煙は、チャンバ１０内で一定時間沈降して、細胞へ曝露される。
上述のように、細胞は、試料の導入時には培地によって保護されているので、試料の吹かし圧の影響を受けない。また、曝露時にはモジュールが外部と遮断されているので、試料や細胞は、清浄な空気の流れなどの影響を受けない。すなわち、本装置による曝露試験は、試料のチャンバ１０への導入と、細胞への曝露とが別工程になっており、各チャンバ１０は、曝露時に外部と遮断されて、試料のリザーバータンクとして機能する。
また、煙の曝露時に前記各チャンバ１０内の空気の流れが遮断され、この煙が沈降するので、蒸気相だけでなく、粒子相を含む煙であっても、確実に細胞へ曝露させることができる。そして、同様の理由から、本装置の使用による細胞への曝露は、その曝露効率が非常に高い。
さらに、前記シール部材３４は滅菌部材でできており、培地や細胞附着面への菌類の混入が防止され得る。
曝露時においても、各チャンバは、圧力を測定し、制御する機能を備えているので、各操作作動時に生じた圧力変化の細胞への影響を回避することが可能である。
前記モジュール７内には、前記細胞附着面３０及び培地を保温するために、第１の恒温槽１３から供給される恒温水が、流入口３９からモジュールへ入り、モジュール７内の恒温水用の流路１２を循環する。そして、この恒温水は、流出口４０からモジュールの外へ出て、再び第１の恒温槽１３へ戻るように還流している。好ましくは、この恒温水は、細胞附着面３０や培地が摂氏約３７度に保たれるように設定されている。この恒温水は、他の恒温媒体であっても良い。
曝露後、各チャンバ内の煙は、各チャンバの上面中央に設けられた排気口３６から、管路Ｐ１３を介してモジュール外へ排気される。この際、上述のように、排気口３６は、前記細胞附着面３０近傍に設けられているので、沈降曝露後の試料の排気効率が高い。
前記各チャンバ及び希釈槽７１の余分な試料、もしくは清浄な空気は、管路Ｐ１０及びＰ１３を介してそれぞれ排気槽８３へ収容されるようになっている。そして、前記排気ポンプ８４により、収容された余分な試料、もしくは清浄な空気を、適宜、排気することができる。
以上のように、発煙から排気までの一連の動作を経て、一回の曝露試験は終了する。このような一連の動作は、前記リボルバー式の支持具５５に保持されたたばこ５４の数に応じて連続して行うことができる。
一回の曝露試験が終了すると、培地は、供給口３７及び排出口３８により入れ替えられる。新鮮な培地は、図１に示すように、培地供給用タンク１４内に保存されている。このタンク１４は、第２の恒温槽１８内に設置されており、培地は、好ましくは、摂氏約３７度に保たれている。
培地は、培地の供給用タンク１４から供給用のチューブポンプ１５によってモジュール７内へ送られ、前記モジュール７内の供給口３７から各チャンバ１０内へ供給される。上述のように、培地は、煙の導入時には細胞を漬して保護し、この培地の液面は、曝露時には細胞附着面３０より低い位置まで下げられる。これら培地の液面の上げ下げは、モジュール７ごとに設置されたセンサーにより制御され得る。また、培地が、前記細胞附着面３０に形成された穴３１を通ることによって、培地の液面の上下が迅速に行われることが可能である。前記培地の交換速度は、細胞に悪影響を与えない程度に、所定の速度に設定されている。
煙の導入及び曝露時に煙中の可溶性成分が溶け込んだ培地は、各チャンバ１０下部に設けられた排出口３８から排出用のチューブポンプ１７によって排出され、管路Ｐ１５を介して培地の排出用タンク１６へ送られる。
好ましくは、排出口３８は、培地の供給口３７と独立して設けられているので、曝露時に試料の可溶性成分が溶け込んだ培地を完全に排出し、常に全く新しい培地が供給され得る。すなわち、煙中の可溶性成分を含む培地が、新規供給された培地へ混入されることが無い。また、前記チューブポンプ１５，１７のポンプヘッドは、二重に圧着されているので、配管チューブからの培地の漏出が防止され得る。
第１の実施の形態においては、前記供給口３７は、排出口３８より上方に設けられ、また、チャンバ１０の下部が、排出口３８の方へ窄まったテーパー状に傾斜しているので、各チャンバ１０内の培地の交換が迅速、かつ効率的に行われ得る。
上述のように、細胞附着面３０に設けられた穴３１によって培地液面の上下が速く、かつ各チャンバ１０の構造上、培地の供給・排出速度が速いので、試料を吹かす間に、培地の交換が行われ得る。したがって、本装置のチャンバ１０は、迅速、かつ効率的に連続した曝露試験を行うことができる。
前記モジュール７は、曝露時にチャンバ１０内の煙の濃度を測定するための濃度測定センサーを備えた少なくとも１つのモニター用のチャンバであるエアロゾルモニタ１１を有しているので、曝露中に各チャンバ１０内のリアルタイムモニタリングが可能となり、実曝露量を評価することができる。
次に、図４及び５を参照して、本発明に係る全煙曝露装置の第２の実施の形態が詳細に説明される。図４に示すように、本実施の形態の全煙曝露装置の基本的な構成及び動作は、第１の実施の形態と同様である。以下に、第１の実施の形態と相違する構成のみ説明される。
第２の実施の形態において、前記希釈手段６は、前記発煙部５で発生した煙を一時収容するヘッダー６４と、このヘッダー６４に単一の管路を介して接続された多岐管６５と、この多岐管６５から均等に接続された複数の濃度設定部６２とを有する。前記多岐管６５は、図５のように均等に５つに分岐した管路Ｐ１６を備え、前記濃度設定部６２は、これら管路Ｐ１６ごとに設けられている。前記管路Ｐ１６は、それぞれモジュール７と接続されており、このモジュール７内で２つに分岐し、これら２つの管路がさらに２つに分岐して４つの管路となる。この管路Ｐ１６の４つの分岐のうち３つの端が、３つのチャンバ１０の導入口へそれぞれ接続されている。残りの１つは、チャンバ内の煙の濃度をモニタリングするためのエアロゾルモニタ１１の導入口に接続されている。これにともなって、第１の実施の形態に設けられていた希釈槽７１が取外されている。図４において、参照符号Ｇは、４つの省略部分が詳細な１つと全く同じ構造であることを示している。
また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対して、前記培地の供給・排出方向が逆になっている。すなわち、前記チャンバ１０は、このチャンバ１０の底部に位置された供給口に接続された培地の供給用タンク１４と、この供給口より上部に位置された排出口に接続された培地の排出用タンク１６とを有する。このチャンバ１０の構成に対応して、前記チャンバ１０の底部に接続されたタンク（第２の実施の形態における培地の供給タンク１４）が、前記第２の恒温槽１８の中に収容されて恒温に、好ましくは摂氏約３７℃に保たれている。
上記構成を有する第２の実施の形態の動作は、基本的に第１の実施の形態と同様である。前記発煙部５で発生された煙は、管路Ｐ３を介して前記ヘッダー６４内へ一時収容される。このヘッダー６４に一時収容された煙は、管路を介して多岐管６５へ送気される。さらに、この煙は、前記多岐管６５から均等に接続された複数の濃度設定部６３で濃度が設定されてモジュール７へ送気され得る。モジュールが複数ある場合には、煙は、各モジュール７へ異なる濃度に設定されて送気されても良い。煙は、このモジュール７内で４つに分岐した管路Ｐ１６を介して接続されたチャンバ１０へ送られる。また、前記チャンバ１０内において、培地は、前記チャンバ１０の底部に位置された供給口から供給されて、この供給口より上部の排出口から排出される。
第２の実施の形態において、前記発煙部５で発生された煙は、前記ヘッダー６４に接続された前記多岐管６５から、濃度設定部６３を介して、濃度や量の均一な試料が複数のチャンバ１０へ流入することができる。したがって、複数のチャンバ１０を有する全煙曝露装置１における精度の高い曝露試験が行われることができると共に、曝露効率が上昇する。また、ヘッダー６４と濃度設定部６３との間に、多岐管６５が設けられていると、希釈された煙の挙動が安定し、さらに均質な煙が前記チャンバ１０内に導入され得る。
また、前記チャンバ１０内において、培地は、このチャンバの底部に位置された供給口から供給され、この供給口より上部に位置された排出口から排出されるので、培地中に気泡が発生することが防止され得る。
第２の実施の形態のその他の動作、並びに作用は、第１の実施の形態と同様である。
上記モジュール、チャンバ、並びにその他の上記構成要素に関する数や形状は、本発明に係る全煙曝露装置の一実施の形態であり、本発明の技術的思想及び請求の範囲にあれば狭義に限定されない。
産業上の利用の可能性
以上のように、本発明に係る全煙曝露装置は、曝露時に、前記チャンバ内への煙の流れが遮断されるので、濃度設定された煙が、設定された濃度のまま密閉状態で細胞附着面に当てられる。したがって、蒸気相だけでなく、粒子相、もしくはこれらの混合物を含む煙を細胞へ確実に曝露させることが可能であると共に、細胞が、試料の吹かし圧や清浄な空気の流れの影響を受けない。すなわち、本発明に係る全煙曝露装置によって、効率的かつ高精度の曝露試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る全煙曝露装置の第１の実施の形態を示す図である。
図２Ａは、各モジュールの主要断面部を示す図である。
図２Ｂは、図２Ａの左側面図である。
図２Ｃは、図２Ａの右側面図である。
図２Ｄは、図２Ａの上面図である。
図３は、細胞附着面の上面図である。
図４は、本発明に係る全煙曝露装置の第２の実施の形態を示す図である。
図５は、第２の実施の形態に係る多岐管の部分的な斜視図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【国際調査報告】
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