專(zhuān)利名稱(chēng)：智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，針對(duì)不同生物體的生活習(xí)性，對(duì)生物體胃腸道生理功能狀態(tài)進(jìn)行體外條件下模擬的裝置，該裝置可對(duì)消化道內(nèi)部的PH值，壓力、溫度、酶等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定和自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到在體外重現(xiàn)生物體胃腸道系統(tǒng)的目的。
背景技術(shù)：
由于化肥農(nóng)藥等的過(guò)量使用和水體、農(nóng)田的廣泛污染，生產(chǎn)的食物也積累了大量重金屬和農(nóng)藥等各種污染物，食用對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。生物有效性一般通過(guò)動(dòng)物(鵝，小鼠)的活體實(shí)驗(yàn)(in vivo)得到，但具有實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、結(jié)果重現(xiàn)性差等缺點(diǎn)。體外實(shí)驗(yàn)(in vitro,或稱(chēng)模擬實(shí)驗(yàn))時(shí)間短、費(fèi)用低廉、結(jié)果重現(xiàn)性好、易于復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)，并適合大批量樣品的快速測(cè)定，因此胃腸系統(tǒng)的體外模擬實(shí)驗(yàn)成為一種非常有效的評(píng)估污染物生物有效性的方法，且在方法學(xué)上日趨成熟。環(huán)境中污染物的吸附、解吸和形態(tài)變化與環(huán)境的微生物密切相關(guān)，特別是厭氧微生物在環(huán)境中的污染物分解轉(zhuǎn)化方面起至關(guān)重要的作用。而在人體消化道中，特別是大腸中存在大量的厭氧微生物?，F(xiàn)在已知正常成年人的腸道內(nèi)的總重量有廣2 kg，包含約500^1000個(gè)不同的種類(lèi)，其細(xì)胞總量(IO14)是人體自身細(xì)胞的10倍，其編碼的基因數(shù)量為是人體自身基因的100多倍，蘊(yùn)含著海量的遺傳信息。腸道微生物群落與宿主的消化、營(yíng)養(yǎng)、代謝、免疫等方面密切相關(guān)，是進(jìn)入人體的“環(huán)境”因素，其地位與作用相當(dāng)于后天獲得的一個(gè)重要“器官”。如此數(shù)量龐大的微生物群體，通過(guò)長(zhǎng)期與宿主的共同進(jìn)化，在營(yíng)養(yǎng)和代謝調(diào)控方面有著不可忽視的作用，為宿主提供不具備的酶和生化代謝通路。幫助宿主消化人體不能直接消化的物質(zhì)，如纖維素、半纖維素、膠質(zhì)、淀粉等植物多糖。腸道微生物基因組是控制人體健康的“人類(lèi)第二基因組”，與人體基因組一起，通過(guò)與環(huán)境條件相互作用，影響著人體的生理代謝。通過(guò)食物進(jìn)入人體的有害污染物進(jìn)入大腸后，在大腸中厭氧微生物的作用下，其生物有效性，形態(tài)，毒性等方面都可能發(fā)生改變。目前有多種體外模擬胃腸的方法，包括生理原理提取法(PBET)，體外胃腸法(IVG)，有效性簡(jiǎn)化提取法(SBET)等。這些方法更側(cè)重與消化系統(tǒng)中酶等消化液對(duì)污染物生物有效性的影響，沒(méi)有考慮大腸及大腸微生物的作用，并不是一個(gè)完整的消化系統(tǒng)。比利時(shí)根特大學(xué)發(fā)明的人體腸道微生物模擬系統(tǒng)(SHME)，除模擬胃和小腸還模擬培養(yǎng)了大腸微生物，包括升結(jié)腸、橫結(jié)腸、降結(jié)腸，通過(guò)精確控制PH來(lái)控制不同階段的微生物菌群。這不僅模擬了整個(gè)消化系統(tǒng)，還可以考察大腸微生物對(duì)污染物的代謝行為。充分考慮不同生物體，食品類(lèi)別等在進(jìn)食消化過(guò)程方面的較大差異，本研究對(duì)SHME系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使其便于根據(jù)研究的需要，模擬設(shè)置不同反應(yīng)系統(tǒng)和各種參數(shù)，根據(jù)要求智能化調(diào)節(jié)各種參數(shù)，以達(dá)到可以模擬多種生物體消化系統(tǒng)的生理環(huán)境，為準(zhǔn)確評(píng)估各種食物中有害污染物的有效性、轉(zhuǎn)化等，提供技術(shù)上的支持。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于將原有的SHME裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，對(duì)其應(yīng)用范圍進(jìn)行擴(kuò)展，不僅實(shí)用于體外條件下人體胃腸道微生物生態(tài)模擬，還可在體外條件下重現(xiàn)其它生物體胃腸道及微生態(tài)系統(tǒng)的模擬。通過(guò)智能化控制對(duì)消化道內(nèi)部的PH值，壓力、溫度、酶等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定和自動(dòng)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)生物復(fù)雜的胃腸道生理功能狀態(tài)進(jìn)行體外條件下的模擬。本實(shí)用新型發(fā)明是一種智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，包括用于模擬生物體胃腸道消化系統(tǒng)各部分的多個(gè)密閉型夾層儲(chǔ)液罐，該夾層儲(chǔ)液罐包括一個(gè)存儲(chǔ)各類(lèi)消化液，聚四氟乙烯材質(zhì)的內(nèi)罐，以及玻璃材質(zhì)外罐，在內(nèi)外罐的夾層部分充滿恒溫循環(huán)水，各外罐之間均由聚四氟乙烯管連通并連接到恒溫水浴裝置，從而達(dá)到恒溫目的，其中水溫根據(jù)需要模擬的具體生物類(lèi)別來(lái)進(jìn)行設(shè)定。各部分消化蠕動(dòng)通過(guò)在各個(gè)玻璃罐下的磁力攪拌器進(jìn)行攪拌加以模擬。在儲(chǔ)液罐上端的蓋子上有若干個(gè)孔，通過(guò)蠕動(dòng)泵定時(shí)轉(zhuǎn)移各個(gè)玻璃罐之間的消化液，還可通過(guò)蠕動(dòng)泵以一定的泵速正反轉(zhuǎn)控制，向儲(chǔ)液罐中自動(dòng)加入，或者取出消化液，并對(duì)取出液進(jìn)行物質(zhì)的分析。 基于微生物生長(zhǎng)條件所需要的條件不同，如pH值，可通過(guò)pH值控制器添加HCL或NaOH溶液，對(duì)各個(gè)玻璃罐中溶液進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，使其維持在所需的正常pH值范圍內(nèi)。在儲(chǔ)液罐上端可增加各類(lèi)傳感器，如壓力、溫度、酶?jìng)鞲衅?，可?duì)內(nèi)罐的消化液進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線測(cè)定和調(diào)節(jié)。整個(gè)控制裝置包括若干個(gè)蠕動(dòng)泵和pH值控制器，一套恒溫循環(huán)水控溫輸送裝置，所有器件的控制，均通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器后，由串行接口和計(jì)算機(jī)連接，并通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、省時(shí)省力，智能控制的目的。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路組成示意圖。其中1帶循環(huán)裝置的恒溫水浴2胃液儲(chǔ)液罐3小腸儲(chǔ)液罐4升結(jié)腸儲(chǔ)液罐5橫結(jié)腸儲(chǔ)液罐6橫結(jié)腸儲(chǔ)液罐7食物液8胃液9小腸液10廢液缸11 HCL溶液12 NaOH溶液13聚四氟乙烯管14磁力攪拌器15玻璃材質(zhì)外罐16蠕動(dòng)泵控制裝置A 17蠕動(dòng)泵控制裝置B 18提取消化液蠕動(dòng)泵19 pH值控制裝置20 pH值控制器21提取酸堿液蠕動(dòng)泵22傳感器裝置23 RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器24計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I和2所示，以人的胃腸道消化系統(tǒng)模擬為例，該模型包括胃液儲(chǔ)液罐2、小腸儲(chǔ)液罐3、升結(jié)腸儲(chǔ)液罐4、橫結(jié)腸儲(chǔ)液罐5、橫結(jié)腸儲(chǔ)液罐6等5個(gè)密閉型儲(chǔ)液罐，每個(gè)儲(chǔ)液罐外部由一個(gè)玻璃外罐15，中間部分充滿循環(huán)水，由聚四氟乙烯管13相通并連接到37攝氏度的恒溫水浴裝置I以達(dá)到恒溫效果；胃和腸消化蠕動(dòng)通過(guò)在每個(gè)玻璃罐下用磁力攪拌器14進(jìn)行攪拌加以模擬，在各個(gè)密封罐的上端，有若干個(gè)孔，可通過(guò)蠕動(dòng)泵控制裝置A16和蠕動(dòng)泵控制裝置B17定時(shí)地向玻璃罐中加入(泵管和蠕動(dòng)泵的連接已省略)，如通過(guò)提取消化液蠕動(dòng)泵18向胃液儲(chǔ)液罐2中加入食物液7和胃液8，向小腸儲(chǔ)液罐3中加入小腸液9等 。各個(gè)部分的消化罐中的pH值通過(guò)pH值控制裝置19和提取酸堿液蠕動(dòng)泵21來(lái)吸取HCL溶液11或者NaOH溶液12達(dá)到自動(dòng)控制的目的。并通過(guò)蠕動(dòng)泵控制裝置定時(shí)轉(zhuǎn)移每個(gè)儲(chǔ)液罐之間的消化液，最后的反應(yīng)液排放至廢液缸10。每個(gè)消化罐上端中插有傳感器裝置22，如對(duì)消化罐內(nèi)的溫度、酶含量、壓力、pH值等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)定的傳感器。以上參數(shù)能對(duì)消化道生理狀況、食物分解以及營(yíng)養(yǎng)吸收有重要影響。整個(gè)控制裝置包括若干個(gè)蠕動(dòng)泵和pH值控制器，恒溫循環(huán)水控溫輸送裝置，所有器件的控制，均通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器23后，由串行接口和計(jì)算機(jī)24連接，并通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、省時(shí)省力，智能控制的目的。
權(quán)利要求1.智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于裝置中包括多個(gè)帶夾層的密閉型玻璃罐、磁力攪拌器、恒溫循環(huán)水控溫輸送裝置、多個(gè)蠕動(dòng)泵和PH值控制器、各類(lèi)傳感器，RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器和專(zhuān)用操作軟件；所有器件的控制，均通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器后，由串行接口和計(jì)算機(jī)連接，并通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制。
2.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于帶夾層的密閉型儲(chǔ)液罐內(nèi)罐是聚四氟乙烯材質(zhì)的反應(yīng)罐，外罐為有機(jī)玻璃材質(zhì)，內(nèi)外罐間充滿循環(huán)水。
3.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于模擬各部分消化蠕動(dòng)，采用的是磁力攪拌器攪拌消化液。
4.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于各類(lèi) 消化液的添加或者取出，選用的是蠕動(dòng)泵。
5.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于確保各個(gè)玻璃罐中溶液維持在所需的正常PH值范圍內(nèi)，是通過(guò)pH值控制器和兩個(gè)蠕動(dòng)泵配合，添加HCl或NaOH溶液。
6.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于儲(chǔ)液罐上端可增加各類(lèi)傳感器，可對(duì)內(nèi)罐的消化液進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線測(cè)定和調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于所有器件的控制，均通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器后，由串行接口和計(jì)算機(jī)連接，并通過(guò)所配套的專(zhuān)用軟件可對(duì)各個(gè)子模塊裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)的參數(shù)設(shè)定和智能控制。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，包括用于模擬生物體胃腸道消化系統(tǒng)各部分的多個(gè)密閉型夾層儲(chǔ)液罐，內(nèi)罐用于盛裝消化液，夾層部分充滿循環(huán)水，以保證整個(gè)系統(tǒng)恒溫；由磁力攪拌模擬生物的消化，通過(guò)蠕動(dòng)泵定時(shí)轉(zhuǎn)移各個(gè)玻璃罐之間的消化液。基于微生物生長(zhǎng)條件所需要的條件不同，如pH值，可通過(guò)pH值控制器添加HCL或NaOH溶液，使其維持在所需的正常pH值范圍內(nèi)。在儲(chǔ)液罐上端可增加各類(lèi)傳感器，如壓力、溫度、酶?jìng)鞲衅?，可?duì)內(nèi)罐的消化液進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線測(cè)定和調(diào)節(jié)。整個(gè)控制裝置所有器件的控制，通過(guò)串行接口和計(jì)算機(jī)連接，并通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制，達(dá)到智能控制的目的。
文檔編號(hào)C12M1/38GK202658158SQ2012202119
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者蔡超, 朱永官, 孫國(guó)新, 章臻 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所