一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置及方法，该装置包括设备框架、设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降结肠消化罐。本申请将首次对人体胃肠道全部组成部分全自动模拟装置及方法进行详细说明，并首次对各部分结构及设计进行详细的模拟说明，该装置及其实施方法可以对各种食物、活性或营养物质进入人体后的消化酵解的情况进行观测，帮助探索各种食物、活性或营养物质进入人体后的消化与酵解情况。

A device and method for automatic simulation of gastrointestinal digestion

【技术实现步骤摘要】
一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置及方法
本专利技术属于仿生学、人体生理学、微生物学、营养学、有机化学及分析测试
，准确的说，涉及一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置及方法。
技术介绍
人体对食物的消化吸收是一个非常复杂的过程，食物摄入后被转化成营养素供机体生长。在人体消化过程中，两个主要过程几乎同时发生：(1)食物在消化道机械转运过程中降低颗粒尺寸的大小；(2)食物中的大分子被水解为小分子后吸收入血。食物粉碎过程主要发生在口腔和胃，而酶解以及营养素和水的吸收主要发生在小肠和大肠。目前，消化系统成为了各领域(如营养学、毒理学、生理学及微生物学等)研究者研究过程中与各种问题相联系的焦点。但不幸的是，研究这个复杂的人体消化的多级过程存在着经济上以及技术上的困难，并且当研究过程中涉及到潜在的有毒有害物质时还会受到伦理道德上的约束。因此迫切需求一套灵活的、精确的并且可重复操作的体外模拟人体消化吸收等生理过程的模型。过去的时间里，各国科学家都在尝试制作胃肠道模型，但是大多数的体外模型都是静态的，只包含少数模拟参数，并且只针对特定器官。如，荷兰科学家A.G.Oomen等2002年开发的胃肠道消化系统消化液只包含唾液、胃液、胰液及胆汁。然而，在模拟消化道复杂的生理、生化及理化特性过程中，能够模拟出每一餐的食物或要研究的物质在消化过程中通过消化道的时间、pH、以及酶解条件等是非常重要的。因此，一些动态的多消化器官模型被研发并应用于研究，如美国科学家KongF和SinghPR于2010年开发的人胃模拟器(HGS)用于模拟食物在胃中的消化。比利时科学家K.Molly，M.VandeWoestyne，W.Verstraete于1993年开发并发展至今的模拟人体肠道微生态系统(SHIME)反应器。对于人体胃肠道仿生系统的建立及方法的研究，国外起步较早，受重视程度也比较高，而国内的研究相对滞后，目前只有为数不多的机构进行着装置和方法的研究。如技术专利授权号CN201634678U公开了一种模拟肠道环境的小型发酵装置，该装置可用于实验室好氧、厌氧、产气、不产气等微型发酵，可准确收集与计量发酵所产生的气体体积。专利技术专利授权号CN102533543B公开了一种能模拟人体肠道环境用于肠道微生物培养的装置，该装置能提供并维持相对恒定的温度、湿度、并可有一定的振荡，达到模拟肠道环境的效果。技术专利授权号CN202658158U公开了一种智能化生物体胃肠道消化系统模拟控制装置，该装置可通过计算机控制，模拟胃肠道消化系统。专利技术专利授权号CN101482460B公开了一种单位动物仿生消化系统及基于该系统模拟单位动物消化的方法，该系统及方法实现了体外条件下模拟动物胃肠道消化吸收饲料的过程。专利技术专利授权号CN101665758B公开了一种体外条件下重现人体胃肠道及微生态系统的模拟试验方法，该方法基于由比利时根特大学引进的人体肠道微生态系统模拟装置，针对东方人群的生活习性进行技术改进达到在体外条件重现人体胃肠道系统。这些专利文献极大地丰富了适用于消化酵解的装置及使用方法，但到目前为止，这些专利中对于模拟口腔具体消化没有详细说明；其次，这些专利在胃部的模拟中对于胃的排空过程没有详细的模拟及说明；同时这些专利对于控制小肠模拟体系和大肠酵解体系中参数的说明也不够详细；其中有些专利仅与动物相关参数为基础，与人的关联性不大。本专利申请，将首次对于各个部位的消化酵解模拟完全按人体消化酵解过程及生理环境进行，对各消化酵解部位进行了详细说明，同时各个消化酵解部位的过程实现了全自动、动态模拟，更加贴合真实的人的生理环境。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置及方法。本专利技术将首次对人体胃肠道全部组成部分全自动模拟装置及方法进行详细说明，并首次对各部分结构及设计进行详细的模拟说明，该装置及实施方法可以对各种食物、活性或营养物质进入人体后的消化酵解的情况进行观测，帮助探索各种食物、活性或营养物质进入人体后的消化与酵解情况。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，所述装置包括设备框架、设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降结肠消化罐，其中，各消化罐之间均通过转移管路连接，所述空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐连接有膜吸收装置；所述各消化罐包括罐盖、罐盖法兰、罐体内层、设置于罐体内层内的清洗球、设置于罐体内层下端的移液接口与排污阀、以及罐体外层夹套，所述罐盖上设置有消化液口、消化样口、排液口、取样口、接种口、酸液口、碱液口、进气口、出气口以及清洗球接口；所述膜吸收装置包括夹具固定底座及安装于其上的前夹具、后夹具，所述前夹具、后夹具之间设置有平板膜，所述前夹具下端设置有消化液/酵解液进口，上端设置有浓缩液回流口，所述消化液/酵解液进口、浓缩液回流口均与对应消化罐通过转移管路连接，所述平板膜通过膜吸收管路连接有透析袋；所述各消化罐取样口连接有取样管路，所述取样管路末端设置有取样针，所述取样针安装于自动取样设备上方。作为上述技术方案的改进，所述自动取样设备包括取样瓶旋转台，所述取样瓶旋转台上端面安装有若干取样瓶，所述取样瓶旋转台正上方设置有取样针滑块与滑轨，所述取样针在取样针滑块与滑轨的配合下电动或手动横纵向移动插入取样瓶内进行定量取样，所述滑轨上安装有乙醇针滑块，所述乙醇针滑块前端安装有乙醇针。作为上述技术方案的改进，所述消化罐罐盖上还设置有溶氧电极接口、pH电极接口及罐温度电极接口。作为上述技术方案的改进，所述消化罐罐体外层夹套连接有罐夹套进水口、罐夹套出水口。作为上述技术方案的改进，所述膜吸收装置的前夹具、后夹具之间通过膜紧固螺丝固定。作为上述技术方案的改进，所述膜吸收装置的透析袋通过转移管路与对应消化罐连接。作为上述技术方案的改进，所述转移管路、膜吸收管路、取样管路均配置有蠕动泵。本专利技术同时提供了一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的方法，所述方法应用于上述的任一项全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，该方法包括以下步骤：Step1：连接各消化罐、配套管路、补给管路和检测电极；Step2：空罐消毒开启各消化罐磁力搅拌，进入高压纯水清洗，残余物由各消化罐底部排污阀排出，同时对各转移蠕动泵管路和取样管路进行纯水冲洗，冲洗时间3-10min，结束后进入蒸汽对各消化罐进行高温消毒，消毒时间25-30min，结束后通入氮气，再进入80-100mL乙醇到各转移蠕动泵管路和取样管路进行消毒，结束后再通入200-300mL纯水清洗各消化罐和各转移蠕动泵管路、取样管路，结束后通入高温氮气烘干各消化罐，结束后通入常温氮气，流量在1-10mL/min，保证各消化罐正压和厌氧环境；Step3：模拟消化模拟消化按如下顺序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述装置包括设备框架、设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降结肠消化罐，其中，各消化罐之间均通过转移管路连接，所述空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐连接有膜吸收装置；/n所述各消化罐包括罐盖、罐盖法兰、罐体内层、设置于罐体内层内的清洗球、设置于罐体内层下端的移液接口与排污阀、以及罐体外层夹套，所述罐盖上设置有消化液口、消化样口、排液口、取样口、接种口、酸液口、碱液口、进气口、出气口以及清洗球接口；/n所述膜吸收装置包括夹具固定底座及安装于其上的前夹具、后夹具，所述前夹具、后夹具之间设置有平板膜，所述前夹具下端设置有消化液/酵解液进口，上端设置有浓缩液回流口，所述消化液/酵解液进口、浓缩液回流口均与对应消化罐通过转移管路连接，所述平板膜通过膜吸收管路连接有透析袋；/n所述各消化罐取样口连接有取样管路，所述取样管路末端设置有取样针，所述取样针安装于自动取样设备上方。/n

【技术特征摘要】
1.一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述装置包括设备框架、设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降结肠消化罐，其中，各消化罐之间均通过转移管路连接，所述空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐连接有膜吸收装置；
所述各消化罐包括罐盖、罐盖法兰、罐体内层、设置于罐体内层内的清洗球、设置于罐体内层下端的移液接口与排污阀、以及罐体外层夹套，所述罐盖上设置有消化液口、消化样口、排液口、取样口、接种口、酸液口、碱液口、进气口、出气口以及清洗球接口；
所述膜吸收装置包括夹具固定底座及安装于其上的前夹具、后夹具，所述前夹具、后夹具之间设置有平板膜，所述前夹具下端设置有消化液/酵解液进口，上端设置有浓缩液回流口，所述消化液/酵解液进口、浓缩液回流口均与对应消化罐通过转移管路连接，所述平板膜通过膜吸收管路连接有透析袋；
所述各消化罐取样口连接有取样管路，所述取样管路末端设置有取样针，所述取样针安装于自动取样设备上方。


2.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述自动取样设备包括取样瓶旋转台，所述取样瓶旋转台上端面安装有若干取样瓶，所述取样瓶旋转台正上方设置有取样针滑块与滑轨，所述取样针在取样针滑块与滑轨的配合下电动或手动横纵向移动插入取样瓶内进行定量取样，所述滑轨上安装有乙醇针滑块，所述乙醇针滑块前端安装有乙醇针。


3.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述消化罐罐盖上还设置有溶氧电极接口、pH电极接口及罐温度电极接口。


4.根据权利要求3所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述消化罐罐体外层夹套连接有罐夹套进水口、罐夹套出水口。


5.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述膜吸收装置的前夹具、后夹具之间通过膜紧固螺丝固定。


6.根据权利要求5所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述膜吸收装置的透析袋通过转移管路与对应消化罐连接。


7.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述转移管路、膜吸收管路、取样管路均配置有蠕动泵。


8.一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1～7所述的任一项全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，该方法包括以下步骤：
Step1：连接各消化罐、配套管路、补给管路和检测电极；
Step2：空罐消毒
开启各消化罐磁力搅拌，进入高压纯水清洗，残余物由各消化罐底部排污阀排出，同时对各转移蠕动泵管路和取样管路进行纯水冲洗，冲洗时间3-10min，结束后进入蒸汽对各消化罐进行高温消毒，消毒时间25-30min，结束后通入氮气，再进入80-100mL乙醇到各转移蠕动泵管路和取样管路进行消毒，结束后再通入200-300mL纯水清洗各消化罐和各转移蠕动泵管路、取样管路，结束后通入高温氮气烘干各消化罐，结束后通入常温氮气，流量在1-10mL/min，保证各消化罐正压和厌氧环境；
Step3：模拟消化
模拟消化按如下顺序进行：
口腔消化→胃消化→十二指肠消化→空肠消化→回肠消化；
口腔消化：将消毒好的各补给液，连接到口腔消化罐上，开启磁力搅拌，循环控温开启，消化前先泵入15-20mL口腔消化液，接着采用转移蠕动泵将消化样泵入口腔消化罐，泵入消化样80-100mL，流速80-100mL/min，接着分别泵入口腔消化液70-80mL，流速80-100mL/min、CaCl2溶液0.3-0.5mL，流速0.8-1.0mL/min，pH＝6.8-7.0，温度37℃，消化3-5min，取样时间点：0min、3-5min，磁力搅拌一直运行；待口腔消化结束及口腔消化液转移蠕动泵停止工作时，胃消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开口腔消化罐排污阀，通过口腔消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭口腔消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启口腔消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
胃消化：将消毒好的各补给液，连接到胃消化罐上，开启磁力搅拌，胃消化罐内在消化前已泵入50-60mL胃消化液，将180-200mL口腔消化样转移至胃消化罐，转移完成后，通过蠕动泵分别泵入130-150mL胃消化液，流速80-100mL/min、CaCl2溶液0.3-0.5mL，流速0.8-1.0mL/min，pH＝0.0005t2-0.079t+4.47，消化120-150min，取样时间点0、10、20、30、60、120-150min，磁力搅拌每分钟运行三次，每次持续时间为10-15s；待胃消化结束及胃消化液转移蠕动泵停止工作时，十二指肠消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开胃消化罐排污阀，开启口腔消化罐与胃消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运口腔消化罐中的纯水1-2min，完成口腔消化罐与胃消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过胃消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭胃消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启胃消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
十二指肠消化：将消毒好的各补给液，连接到十二指肠消化罐上，开启磁力搅拌，转移蠕动泵将胃消化样350-400mL转移至十二指肠消化罐，转移完成后，通过蠕动泵分别泵入380-400mL肠道电解质，流速80-100mL/min、0.6-0.8mlCaCl2溶液，流速0.8-1.0mL/min，pH＝6.1-6.2，消化45-50min，取样时间点0、10、20、45-50min，磁力搅拌一直运行；待十二指肠消化结束及十二指肠消化液转移蠕动泵停止工作时，空肠消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开十二指肠消化罐排污阀，开启胃消化罐与十二指肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运胃消化罐中的纯水1-2min，完成胃消化罐与十二指肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过十二指肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭十二指肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启十二指肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
空肠消化：将消毒好的各补给液，连接到空肠消化罐上，开启磁力搅拌，通过转移蠕动泵将所有十二指肠消化样转移至空肠消化罐，总体积700-800mL，pH＝6.4-6.5，消化时间45-50min，取样时间点0、10、20、45-50min，磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂少平，胡婕伦，嵇海华，张珊珊，聂启兴，谢明勇，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36