專利名稱：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
技術領域：
本實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，針對不同生物體的生活習性，對生物體胃腸道生理功能狀態(tài)進行體外條件下模擬的裝置，該裝置可對消化道內部的PH值，壓力、溫度、酶等參數進行測定和自動調節(jié)，以達到在體外重現生物體胃腸道系統(tǒng)的目的。
背景技術：
由于化肥農藥等的過量使用和水體、農田的廣泛污染，生產的食物也積累了大量重金屬和農藥等各種污染物，食用對人體健康構成嚴重威脅。生物有效性一般通過動物(鵝，小鼠)的活體實驗(in vivo)得到，但具有實驗周期長、費用高、結果重現性差等缺點。體外實驗(in vitro,或稱模擬實驗)時間短、費用低廉、結果重現性好、易于復雜實驗的簡單化設計，并適合大批量樣品的快速測定，因此胃腸系統(tǒng)的體外模擬實驗成為一種非常有效的評估污染物生物有效性的方法，且在方法學上日趨成熟。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，特別是厭氧微生物在環(huán)境中的污染物分解轉化方面起至關重要的作用。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在已知正常成年人的腸道內的總重量有廣2 kg，包含約500^1000個不同的種類，其細胞總量(IO14)是人體自身細胞的10倍，其編碼的基因數量為是人體自身基因的100多倍，蘊含著海量的遺傳信息。腸道微生物群落與宿主的消化、營養(yǎng)、代謝、免疫等方面密切相關，是進入人體的“環(huán)境”因素，其地位與作用相當于后天獲得的一個重要“器官”。如此數量龐大的微生物群體，通過長期與宿主的共同進化，在營養(yǎng)和代謝調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，如纖維素、半纖維素、膠質、淀粉等植物多糖。腸道微生物基因組是控制人體健康的“人類第二基因組”，與人體基因組一起，通過與環(huán)境條件相互作用，影響著人體的生理代謝。通過食物進入人體的有害污染物進入大腸后，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)，有效性簡化提取法(SBET)等。這些方法更側重與消化系統(tǒng)中酶等消化液對污染物生物有效性的影響，沒有考慮大腸及大腸微生物的作用，并不是一個完整的消化系統(tǒng)。比利時根特大學發(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，包括升結腸、橫結腸、降結腸，通過精確控制PH來控制不同階段的微生物菌群。這不僅模擬了整個消化系統(tǒng)，還可以考察大腸微生物對污染物的代謝行為。充分考慮不同生物體，食品類別等在進食消化過程方面的較大差異，本研究對SHME系統(tǒng)進行了改進，使其便于根據研究的需要，模擬設置不同反應系統(tǒng)和各種參數，根據要求智能化調節(jié)各種參數，以達到可以模擬多種生物體消化系統(tǒng)的生理環(huán)境，為準確評估各種食物中有害污染物的有效性、轉化等，提供技術上的支持。發(fā)明內容本實用新型的目的在于將原有的SHME裝置進行技術改進，對其應用范圍進行擴展，不僅實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其它生物體胃腸道及微生態(tài)系統(tǒng)的模擬。通過智能化控制對消化道內部的PH值，壓力、溫度、酶等參數進行測定和自動調節(jié)，以實現對各類生物復雜的胃腸道生理功能狀態(tài)進行體外條件下的模擬。本實用新型發(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)各部分的多個密閉型夾層儲液罐，該夾層儲液罐包括一個存儲各類消化液，聚四氟乙烯材質的內罐，以及玻璃材質外罐，在內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，從而達到恒溫目的，其中水溫根據需要模擬的具體生物類別來進行設定。各部分消化蠕動通過在各個玻璃罐下的磁力攪拌器進行攪拌加以模擬。在儲液罐上端的蓋子上有若干個孔，通過蠕動泵定時轉移各個玻璃罐之間的消化液，還可通過蠕動泵以一定的泵速正反轉控制，向儲液罐中自動加入，或者取出消化液，并對取出液進行物質的分析。 基于微生物生長條件所需要的條件不同，如pH值，可通過pH值控制器添加HCL或NaOH溶液，對各個玻璃罐中溶液進行自動調節(jié)控制，使其維持在所需的正常pH值范圍內。在儲液罐上端可增加各類傳感器，如壓力、溫度、酶傳感器，可對內罐的消化液進行實時的在線測定和調節(jié)。整個控制裝置包括若干個蠕動泵和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RS485轉RS232轉換器后，由串行接口和計算機連接，并通過專用軟件進行參數設定和控制，達到快速、準確、省時省力，智能控制的目的。

圖I為本實用新型實施例的結構組成示意圖。圖2為本實用新型實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胃液儲液罐3小腸儲液罐4升結腸儲液罐5橫結腸儲液罐6橫結腸儲液罐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玻璃材質外罐16蠕動泵控制裝置A 17蠕動泵控制裝置B 18提取消化液蠕動泵19 pH值控制裝置20 pH值控制器21提取酸堿液蠕動泵22傳感器裝置23 RS485轉RS232轉換器24計算機。
具體實施方式
以下結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明。如圖I和2所示，以人的胃腸道消化系統(tǒng)模擬為例，該模型包括胃液儲液罐2、小腸儲液罐3、升結腸儲液罐4、橫結腸儲液罐5、橫結腸儲液罐6等5個密閉型儲液罐，每個儲液罐外部由一個玻璃外罐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以達到恒溫效果；胃和腸消化蠕動通過在每個玻璃罐下用磁力攪拌器14進行攪拌加以模擬，在各個密封罐的上端，有若干個孔，可通過蠕動泵控制裝置A16和蠕動泵控制裝置B17定時地向玻璃罐中加入(泵管和蠕動泵的連接已省略)，如通過提取消化液蠕動泵18向胃液儲液罐2中加入食物液7和胃液8，向小腸儲液罐3中加入小腸液9等 。各個部分的消化罐中的pH值通過pH值控制裝置19和提取酸堿液蠕動泵21來吸取HCL溶液11或者NaOH溶液12達到自動控制的目的。并通過蠕動泵控制裝置定時轉移每個儲液罐之間的消化液，最后的反應液排放至廢液缸10。每個消化罐上端中插有傳感器裝置22，如對消化罐內的溫度、酶含量、壓力、pH值等參數的實時測定的傳感器。以上參數能對消化道生理狀況、食物分解以及營養(yǎng)吸收有重要影響。整個控制裝置包括若干個蠕動泵和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RS485轉RS232轉換器23后，由串行接口和計算機24連接，并通過專用軟件進行參數設定和控制，達到快速、準確、省時省力，智能控制的目的。
權利要求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、多個蠕動泵和PH值控制器、各類傳感器，RS485轉RS232轉換器和專用操作軟件；所有器件的控制，均通過RS485轉RS232轉換器后，由串行接口和計算機連接，并通過專用軟件進行參數設定和控制。
2.如權利要求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液罐內罐是聚四氟乙烯材質的反應罐，外罐為有機玻璃材質，內外罐間充滿循環(huán)水。
3.如權利要求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，采用的是磁力攪拌器攪拌消化液。
4.如權利要求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 消化液的添加或者取出，選用的是蠕動泵。
5.如權利要求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玻璃罐中溶液維持在所需的正常PH值范圍內，是通過pH值控制器和兩個蠕動泵配合，添加HCl或NaOH溶液。
6.如權利要求I所述的智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置，其特征在于儲液罐上端可增加各類傳感器，可對內罐的消化液進行實時的在線測定和調節(jié)。
7.如權利要求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RS485轉RS232轉換器后，由串行接口和計算機連接，并通過所配套的專用軟件可對各個子模塊裝置進行實時的參數設定和智能控制。
專利摘要本實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)各部分的多個密閉型夾層儲液罐，內罐用于盛裝消化液，夾層部分充滿循環(huán)水，以保證整個系統(tǒng)恒溫；由磁力攪拌模擬生物的消化，通過蠕動泵定時轉移各個玻璃罐之間的消化液?；谖⑸锷L條件所需要的條件不同，如pH值，可通過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。在儲液罐上端可增加各類傳感器，如壓力、溫度、酶傳感器，可對內罐的消化液進行實時的在線測定和調節(jié)。整個控制裝置所有器件的控制，通過串行接口和計算機連接，并通過專用軟件進行參數設定和控制，達到智能控制的目的。
文檔編號C12M1/38GK202658158SQ2012202119
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權日2012年5月14日
發(fā)明者蔡超, 朱永官, 孫國新, 章臻 申請人:中國科學院城市環(huán)境研究所