一种新型肠道菌群体外培养的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种肠道菌群体外培养的装置及方法。所述装置由气路系统、补料系统、生物反应器组成，所述生物反应器由预处理瓶、发酵瓶、废液瓶、控制系统以及蠕动泵组成，通过蠕动泵实现发酵过程中的半自动补液、换液，通过控制系统实现对发酵参数的精准控制。建立了一种体外连续培养肠道菌群的方法，通过定时补液的方式实现肠道菌群体外的稳定连续培养。本发明专利技术的有益效果是：提供一种结构紧凑、还原度高、稳定性好、方便检测且环境友好的肠道菌群体外培养的装置及方法。的装置及方法。的装置及方法。

【技术实现步骤摘要】
一种新型肠道菌群体外培养的装置和方法


[0001]本专利技术属于微生物学
，具体涉及一种肠道菌群体外培养的装置和方法。

技术介绍

[0002]人体的肠道栖息着大量的微生物，包含1000-1200种细菌，被称为肠道菌群，其数量是人体细胞的10倍，被称为人体的一大隐形的“器官”。肠道菌群在人体的营养物质代谢、自身发育、免疫与疾病的产生等方面发挥着重要的作用。人体肠道菌群的建立与饮食存在密切联系。肠道菌群可以影响营养物质的代谢转化及其被机体的吸收利用。为了更加深入了解肠道菌群的结构和功能，体外肠道模拟装置逐渐成为一种肠道菌群的重要研究手段，实现肠道菌群的体外稳定培养可以有助于研究肠道菌群代谢目标化合物的能力。而且该系统不受道德问题局限的研究手段，是研究益生元的和益生菌作用机制不可替代的工具。
[0003]体外肠道模拟装置是根据人体胃肠道的生理机能，通过模拟食物消化行为来实现对肠道菌群结构及其与特定营养物质、药物和非营养化合物相互作用的研究工具。经过对现有技术的检索发现，人体肠道微生物生态系统模拟器(SHIME)是最常用的的胃肠道连续模型，它可以模拟包括胃、小肠和不同的结肠区域，通过在不同装置中模拟胃肠道不同部位的营养条件，从而实现肠道菌群的体外培养，但是该模型结构复杂、涉及多个组成单元，操作过于繁琐。在SHIME的基础上，也发展了一些改进模型，其中一篇是专利“一种人肠道菌群连续培养的系统及方法”(申请号：200810048065.8)，该篇专利介绍了一种能模拟肠道的、连续流动的肠道菌群立体培养装置及方法，该装置培养过程是在一个发酵瓶内实现的，通过匀速补液和液位计控制的排液进行菌群体外培养。但是该装置结构简单，培养基成分单一，很难准确模仿食物在消化道不同部位的具体消化过程，影响菌群体外培养的可靠性。另一篇与本专利技术较为接近的现有技术是专利“一种全自动肠道菌群体外模拟模型装置”(申请号：201110318448.4)，此装置由多个发酵单元串联而成，通过蠕动泵实现培养基的恒定速率连续流入，通过设置发酵液流出口与流入口，实现液体在整个培养装置中的流动。但是此装置培养基是持续导入，并不符合正常进食的基本状况，未能实现胃肠道环境的准确模拟。且该装置未设有取样口，无法实现发酵过程中的实时取样，难以监测发酵过程中的菌群变化。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种操作简单，可以模拟肠道环境和食物消化过程的肠道菌群体外培养装置和方法。
[0005]一种肠道菌群体外培养的装置，所述装置包括生物反应器，所述生物反应器包括预处理瓶4、发酵瓶5、废液瓶10；
[0006]所述预处理瓶4、发酵瓶5、废液瓶10均为上端开口的容器，开口端设有可开启和关闭的用于密闭开口端的瓶盖；
[0007]所述预处理瓶4和发酵瓶5通过软管经发酵蠕动泵11相连，软管一开口端伸入至预
处理瓶4内的底部，另一开口端伸入至发酵瓶5内的中上部；
[0008]于所述预处理瓶4和发酵瓶5的外部底端设有电加热模块16；于所述预处理瓶4和发酵瓶5内的中下部分别设有温度传感器A14、温度传感器B15，电加热模块16经开关与外电源相连，温度传感器A14、温度传感器B15通过导线与中央控制器相连，中央控制器通过开关实现对电加热模块的控制；于所述预处理瓶4和发酵瓶5内的中下部分别设有转子A17、转子B18，转子A17、转子B18分别与其驱动电机的输出轴相连，通过中央控制器实现对驱动电机的控制；
[0009]于所述预处理瓶4和发酵瓶5内的中下部分别设有pH电极A19、pH电极B20；pH电极A19、pH电极B20分别通过导线与中央控制器相连；
[0010]酸瓶21通过导管经酸蠕动泵22与发酵瓶5内部相连通，碱瓶23通过导管经碱蠕动泵24与发酵瓶5内部相连通，通过中央控制器控制酸蠕动泵22、碱蠕动泵24的运行；
[0011]所述发酵瓶5通过软管经废液蠕动泵12与废液瓶10相连，软管一开口端伸入至发酵瓶5内的底部，另一开口端伸入至废液瓶10内的中上部；
[0012]所述预处理瓶4和发酵瓶5通过导管与氮气瓶1相连，
[0013]所述预处理瓶4通过软管经基础补料蠕动泵8与基础培养基瓶6相连通，所述预处理瓶4通过软管经补料蠕动泵9与调节培养基瓶7相连通。
[0014]优选的，所述装置由气路系统、补料系统、生物反应器组成，
[0015]所述气路系统包括氮气瓶1及减压阀2，所述氮气瓶1经减压阀2通过进气管路3与所述生物反应器中的预处理瓶4和发酵瓶5相连；
[0016]所述补料系统包括基础培养基瓶6和调节培养基瓶7组成，所述基础培养基瓶6通过软管与预处理瓶4相连，通过设置于软管上的基础补料蠕动泵8实现液体从基础培养基瓶6流入预处理瓶4；所述调节培养基瓶7通过软管与预处理瓶4相连，通过设置于软管上的调节补料蠕动泵9实现液体从调节培养基瓶7流入预处理瓶4；
[0017]所述生物反应器由预处理瓶4、发酵瓶5、废液瓶10、控制系统以及蠕动泵组成，所述预处理瓶4和发酵瓶5通过软管相连，通过设置于软管上的发酵蠕动泵11控制液体从预处理瓶4流入发酵瓶5；所述发酵瓶5通过软管与废液瓶10相连，通过设置于软管上的废液蠕动泵12实现液体从发酵瓶5流入废液瓶10；所述预处理瓶4和发酵瓶5的瓶盖上均分别设置有排气口；
[0018]所述控制系统包括显示屏13、中央控制器以及与预处理瓶4和发酵瓶5匹配的控温系统、搅拌系统、pH调控系统，显示屏13通过导线与中央控制器相连；所述控温系统包括通过导线与中央控制器相连的温度传感器A14、温度传感器B15以及加热模块16；所述中央控制器接收温度传感器传递的信号，并对加热模块16发出指令，通过调控加热模块16的电源开关实现对温度的调节；所述搅拌系统包括通过导线与中央控制器连接的驱动电机，以及分别与各自驱动电机的输出轴相连的转子A17和转子B18；所述pH控制系统包括通过导线与中央控制器相连的pH电极A19和pH电极B20，以及酸瓶21和酸蠕动泵22，碱瓶23和碱蠕动泵24，酸瓶21通过导管经酸蠕动泵22与发酵瓶5内部相连通，碱瓶23通过导管经碱蠕动泵24与发酵瓶5内部相连通；所述中央控制器接收pH电极传递的信号，分别通过与中央控制器相连的酸蠕动泵22、碱蠕动泵24的开关对酸蠕动泵22、碱蠕动泵24发出指令，通过将酸瓶21和碱瓶23的溶液泵入发酵瓶实现对生物反应器pH的调节。
[0019]优选的，所述预处理瓶4和发酵瓶5的瓶盖上均分别设置有排气口，排气口经空气过滤器和单向止回阀与排气管路连接，排气管路末端(出口端)通向通风橱或大气；
[0020]于预处理瓶4的瓶盖上设置有加样口26；于发酵瓶5的瓶盖上设置有取样孔27，发酵瓶5内设有上端与取样孔27相连，下端伸入至发酵瓶5下部的取样管。
[0021]优选的，电加热模块16为电加热块、电加热丝、电加热带中的一种或二种以上。
[0022]优选的，发酵蠕动泵11、基础补料蠕动泵8、补料蠕动泵9、废液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种肠道菌群体外培养的装置，其特征在于，所述装置包括生物反应器，所述生物反应器包括预处理瓶(4)、发酵瓶(5)、废液瓶(10)；所述预处理瓶(4)、发酵瓶(5)、废液瓶(10)均为上端开口的容器，开口端设有可开启和关闭的用于密闭开口端的瓶盖；所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)通过软管经发酵蠕动泵(11)相连，软管一开口端伸入至预处理瓶(4)内的底部，另一开口端伸入至发酵瓶(5)内的中上部；于所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)的外部底端设有电加热模块(16)；于所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)内的中下部分别设有温度传感器A(14)、温度传感器B(15)，电加热模块(16)与外电源相连，温度传感器A(14)、温度传感器B(15)通过导线与中央控制器相连，中央控制器控制电加热模块的工作；于所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)内的中下部分别设有转子A(17)、转子B(18)，转子A(17)、转子B(18)分别与其驱动电机的输出轴相连，通过中央控制器实现对驱动电机的控制；于所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)内的中下部分别设有pH电极A(19)、pH电极B(20)；pH电极A(19)、pH电极B(20)分别通过导线与中央控制器相连；酸瓶(21)通过导管经酸蠕动泵(22)与发酵瓶(5)内部相连通，碱瓶(23)通过导管经碱蠕动泵(24)与发酵瓶(5)内部相连通，通过中央控制器控制酸蠕动泵(22)、碱蠕动泵(24)的运行；所述发酵瓶(5)通过软管经废液蠕动泵(12)与废液瓶(10)相连，软管一开口端伸入至发酵瓶(5)内的底部，另一开口端伸入至废液瓶(10)内的中上部；所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)通过导管与氮气瓶(1)相连，所述预处理瓶(4)通过软管经基础补料蠕动泵(8)与基础培养基瓶(6)相连通，所述预处理瓶(4)通过软管经补料蠕动泵(9)与调节培养基瓶(7)相连通。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置由气路系统、补料系统、生物反应器组成，所述气路系统包括氮气瓶(1)及减压阀(2)，所述氮气瓶(1)经减压阀(2)通过进气管路(3)与所述生物反应器中的预处理瓶(4)和发酵瓶(5)相连；所述补料系统包括基础培养基瓶(6)和调节培养基瓶(7)，所述基础培养基瓶(6)通过软管与预处理瓶(4)相连，通过设置于软管上的基础补料蠕动泵(8)实现液体从基础培养基瓶(6)流入预处理瓶(4)；所述调节培养基瓶(7)通过软管与预处理瓶(4)相连，通过设置于软管上的调节补料蠕动泵(9)实现液体从调节培养基瓶(7)流入预处理瓶(4)；所述生物反应器由预处理瓶(4)、发酵瓶(5)、废液瓶(10)、控制系统以及蠕动泵组成，所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)通过软管相连，通过设置于软管上的发酵蠕动泵(11)控制液体从预处理瓶(4)流入发酵瓶(5)；所述发酵瓶(5)通过软管与废液瓶(10)相连，通过设置于软管上的废液蠕动泵(12)实现液体从发酵瓶(5)流入废液瓶(10)；所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)的瓶盖上均分别设置有排气口；所述控制系统包括显示屏(13)、中央控制器以及与预处理瓶(4)和发酵瓶(5)匹配的控温系统、搅拌系统、pH调控系统，显示屏(13)通过导线与中央控制器相连；所述控温系统包括通过导线与中央控制器相连的温度传感器A(14)、温度传感器B(15)以及加热模块(16)；
所述中央控制器接收温度传感器传递的信号，并对加热模块(16)发出指令，通过调控加热模块(16)的电源开关实现对温度的调节；所述搅拌系统包括通过导线与中央控制器连接的驱动电机，以及分别与各自驱动电机的输出轴相连的转子A(17)和转子B(18)；所述pH控制系统包括通过导线与中央控制器相连的pH电极A(19)和pH电极B(20)，以及酸瓶(21)和酸蠕动泵(22)，碱瓶(23)和碱蠕动泵(24)，酸瓶(21)通过导管经酸蠕动泵(22)与发酵瓶(5)内部相连通，碱瓶(23)通过导管经碱蠕动泵(24)与发酵瓶(5)内部相连通，所述中央控制器接收pH电极传递的信号，分别通过与中央控制器相连的酸蠕动泵(22)、碱蠕动泵(24)的开关对酸蠕动泵(22)、碱蠕动泵(24)发出指令，通过将酸瓶(21)和碱瓶(23)的溶液泵入发酵瓶实现对生物反应器pH的调节。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述预处理瓶(4)和发酵瓶(5)的瓶盖上均分别设置有排气口，排气口经空气过滤器和单向止回阀与排气管路连接，排气管路末端(出口端)通向通风橱或大气；于预处理瓶(4)的瓶盖上设置有加样口(26)；于发酵瓶(5)的瓶盖上设置有取样孔(27)，发酵瓶(5)内设有上端与取样孔(27)相连，下端伸入至发酵瓶(5)下部的取样管。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，电加热模块(16)为电加热块、电加热丝、电加热带中的一种或二种以上。5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，发酵蠕动泵(11)、基础补料蠕动泵(8)、补料蠕动泵(9)、废液蠕动泵(12)分别连接继电器后与外电源相连；于发酵蠕动泵(11)、基础补料蠕动泵(8)、补料蠕动泵(9)、废液蠕动泵(12)的进出口二端的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许国旺，欧阳润泽，刘心昱，路鑫，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：