CN104790488B - 一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，包括马桶主体、水箱和虹吸管道，所述智能马桶还包括粪样检测机构，粪样检测机构包括一个封闭的壳体以及设置在壳体内的中央控制器、PCR反应装置、真空泵、电泳槽、TAE缓冲液储管、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置。本发明的智能马桶是基于ERIC‑PCR基因指纹图谱技术进行开发，使人体肠道菌群结构的动态检测成为可能，弥补了健康检测领域内肠道菌群动态检测的空缺，为家用智能化健康检测系统的发展提供了新的硬件基础，同时整个粪样检测装置也可作为一种快速自动PCR‑电泳检测设备开发，尤其可以应用于肠道菌群与人体健康关系的研究，作为一个取样分析工具。

Description

一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶

技术领域

本发明涉及智能马桶技术领域，具体涉及一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对自身的健康越来越重视，为了满足人们实时动态检测自身健康的需求，各种家用健康检测器如血糖仪、血压计等相继被推出，并且伴随智能手机的兴起，其衍生产品智能手环、智能手表等也加入了检测心率、睡眠质量等健康监测功能。但是，针对人体肠道健康进行快速实时监测的设备却很少，尤其是缺乏对人体肠道菌群变化进行监测的仪器，而越来越多的研究表明肠道菌群变化对人体健康的重要性。而粪便又是直接来自肠道的，其菌群组成的变化基本能够反映肠道菌群的状态，因此利用马桶对其进行取样检测获得的参数即可有效分析宿主肠道的菌群健康。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，包括马桶主体、水箱和虹吸管道，所述智能马桶还包括粪样检测机构，粪样检测机构包括一个封闭的壳体以及设置在壳体内的中央控制器、PCR反应装置、真空泵、电泳槽、TAE缓冲液储管、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置，所述PCR反应装置包括盒体、设置在盒体内的1#反应管和2#反应管、用于对1#反应管和2#反应管进行温控的自动控温器以及用于向2#反应管加样的微量注射器，1#反应管和2#反应管之间通过导管相连通，1#反应管还通过导管与马桶本体的虹吸管道连通，2#反应管还通过导管与电泳槽相连通，电泳槽的缓冲液注入口通过导管连接至TAE缓冲液储管，所述紫外凝胶成像装置包括紫外灯及摄像头，摄像头设置在电泳槽的上方，紫外灯设置在壳体的上部，用于控制粪样检测机构物料转移的所述真空泵通过导管分别连接至1#反应管和2#反应管之间的导管、1#反应管和虹吸管道之间的导管、2#反应管与电泳槽之间的导管以及TAE缓冲液储管与电泳槽之间的导管，所述数据传输装置包括一个与摄像头相连接的无线信号发射器，用于将摄像头采集的凝胶图像信息发送至指定的智能终端，所述智能终端为智能手机或电脑。且智能终端上安装有图片处理及图谱数据处理软件。用于控制粪样检测机构进程的所述中央控制器分别与真空泵、PCR反应装置的自动控温器、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置电连接。该智能马桶还包括设置在壳体内的废液槽，废液槽的进口与电泳槽相连接，废液槽的出口通过管道连接至外部排污管道。该智能马桶的水箱内还设置有过滤器，用于对水箱内的水进行过滤除菌。

本发明智能马桶的工作原理为：在马桶冲水过程中对形成的粪便悬液进行取样，样品进入马桶后面的一个PCR电泳分析盒内，经过生成模版、ERIC-PCR、电泳以及成像四步过程，产生一张粪便中全部细菌的DNA指纹图谱，然后通过数据无线传输装置直接将图片传给智能手机或电脑等客户端，客户端上的软件再对图片数据进行汇总分析，分析菌群的变化情况，给出科学合理的健康建议。

有益效果

本发明的智能马桶是基于ERIC-PCR基因指纹图谱技术进行开发，使人体肠道菌群结构的动态检测成为可能，弥补了健康检测领域内肠道菌群动态检测的空缺，为家用智能化健康检测系统的发展提供了新的硬件基础，同时整个粪样检测装置也可作为一种快速自动PCR-电泳检测设备开发，尤其可以应用于肠道菌群与人体健康关系的研究，作为一个取样分析工具。

附图说明

图1为本发明智能马桶的结构示意图；

图中标记：1、马桶主体，2、水箱，3、壳体，4、中央控制器，5、真空泵，6、电泳槽，7、TAE缓冲液储管，8、盒体，9、1#反应管，10、2#反应管，11、微量注射器，12、紫外灯，13、摄像头，14、无线信号发射器，15、废液槽，16、过滤器。

具体实施方式

如图所示：一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，包括马桶主体1、水箱2和虹吸管道，水箱2内还设置有过滤器16，用于对水箱2内的水进行过滤除菌。智能马桶还包括粪样检测机构，粪样检测机构包括一个封闭的壳体3以及设置在壳体3内的中央控制器4、PCR反应装置、真空泵5、电泳槽6、TAE缓冲液储管7、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置，所述PCR反应装置包括盒体8、设置在盒体8内的1#反应管9和2#反应管10、用于对1#反应管9和2#反应管10进行温控的自动控温器以及用于向2#反应管10加样的微量注射器11，1#反应管9和2#反应管10之间通过导管相连通，1#反应管9还通过导管与虹吸管道连通，2#反应管10还通过导管与电泳槽6相连通，电泳槽6的缓冲液注入口通过导管连接至TAE缓冲液储管7，所述紫外凝胶成像装置包括紫外灯12及摄像头13，摄像头13设置在电泳槽6的上方，紫外灯12设置在壳体3的上部，用于控制粪样检测机构物料转移的所述真空泵5通过导管分别连接至1#反应管9和2#反应管10之间的导管、1#反应管9和虹吸管道之间的导管、2#反应管10与电泳槽6之间的导管以及TAE缓冲液储管7与电泳槽6之间的导管，所述数据传输装置包括一个与摄像头13相连接的无线信号发射器14，用于将摄像头13采集的凝胶图像信息发送至指定的智能终端，智能终端为智能手机或电脑，智能终端上安装有图片处理及图谱数据处理软件。用于控制粪样检测机构进程的所述中央控制器4分别与真空泵5、PCR反应装置的自动控温器、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置电连接。智能马桶还包括设置在壳体3内的废液槽15，废液槽15的进口与电泳槽6相连接，废液槽15的出口通过管道连接至外部排污管道。

本发明智能马桶的工作原理为：当马桶冲水过程中在水压的作用下约有50μL的粪便浑浊液经导管流入1#反应管内。马桶内设有一紫外消毒灯，可对水和马桶池等进行消毒除菌，避免杂菌干扰检测的同时也能保证马桶的清洁，保护人们的健康。PCR反应装置的微型自动控温器能在4～100℃之间进行自动定时控温，来自马桶的粪样液首先流入1#反应管内，控温装置启动，100℃保温10min后立即4℃保温5min，管内即生成PCR反应所需要的模版。微量注射器在马桶使用前预先从引物管和反应液管中分别抽取2μL的引物和21μL的反应液（引物管和反应液管抽取后要立即放入-20℃冰箱内保存）。模版生成后，在真空泵的作用下，2#反应管从1#反应管抽取2μL的模版，同时微量注射器内的引物和反应液自动注入2#反应管内。控温装置开启，94℃/5min-30个循环（94℃ 1min，58℃ 1min，72℃ 5min）-72℃/7min。反应停止后，在真空泵的作用下，约7μL的PCR产物注入下面电泳槽内凝胶的加样孔里（电泳槽长7cm、宽1cm、高1cm，里面的特制可循环使用的凝胶浸渍在TAE电泳缓冲液中）。加样后，电泳开始，50V/2h，电泳结束后盒内的紫外灯开启，电泳槽上端的摄像头对凝胶进行拍照，生成指纹图谱照片。拍照后，继续电泳，使DNA样品排出胶块。完成后，马桶内的导管口再次打开，利用马桶里经过过滤除菌的无菌水对导管，1#反应管和2#反应管及电泳槽进行冲洗。3次冲洗后，管口关闭，电泳槽连接的TAE缓冲液管的管口开启，向电泳槽内注入新鲜的缓冲液。电泳槽内的紫外灯开启，对整个PCR电泳装置进行消毒除菌，保证整个装置的无菌环境。通过家庭局域网或路由器WIFI将生成的图片传给手机或电脑等智能客户端，客户端上的图片处理软件对图谱数据进行处理，分析排便者的肠道菌群状况，然后给出科学的健康建议。

本发明的智能马桶是基于ERIC-PCR基因指纹图谱技术进行开发，使人体肠道菌群结构的动态检测成为可能，弥补了健康检测领域内肠道菌群动态检测的空缺，为家用智能化健康检测系统的发展提供了新的硬件基础，同时整个粪样检测装置也可作为一种快速自动PCR-电泳检测设备开发，尤其可以应用于肠道菌群与人体健康关系的研究，作为一个取样分析工具。

Claims (5)

1.一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，包括马桶主体（1）、水箱（2）和虹吸管道，其特征在于：所述智能马桶还包括粪样检测机构，粪样检测机构包括一个封闭的壳体（3）以及设置在壳体（3）内的中央控制器（4）、PCR反应装置、真空泵（5）、电泳槽（6）、TAE缓冲液储管（7）、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置，所述PCR反应装置包括盒体（8）、设置在盒体（8）内的1#反应管（9）和2#反应管（10）、用于对1#反应管（9）和2#反应管（10）进行温控的自动控温器以及用于向2#反应管（10）加样的微量注射器（11），1#反应管（9）和2#反应管（10）之间通过导管相连通，1#反应管（9）通过导管与虹吸管道连通，2#反应管（10）通过导管与电泳槽（6）相连通，电泳槽（6）的缓冲液注入口通过导管连接至TAE缓冲液储管（7），所述紫外凝胶成像装置包括紫外灯（12）及摄像头（13），摄像头（13）设置在电泳槽（6）的上方，紫外灯（12）设置在壳体（3）内的上部，用于控制粪样检测机构物料转移的所述真空泵（5）通过导管分别连接至1#反应管（9）和2#反应管（10）之间的导管、1#反应管（9）和虹吸管道之间的导管、2#反应管（10）与电泳槽（6）之间的导管以及TAE缓冲液储管（7）与电泳槽（6）之间的导管，所述数据传输装置包括一个与摄像头（13）相连接的无线信号发射器（14），用于将摄像头（13）采集的凝胶图像信息发送至指定的智能终端，用于控制粪样检测机构进程的所述中央控制器（4）分别与真空泵（5）、PCR反应装置的自动控温器、紫外凝胶成像装置以及数据传输装置电连接。

2.如权利要求1所述的一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，其特征在于：所述智能终端为智能手机或电脑。

3.如权利要求2所述的一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，其特征在于：所述智能终端上安装有图片处理及图谱数据处理软件。

4.如权利要求1所述的一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，其特征在于：还包括设置在壳体（3）内的废液槽（15），废液槽（15）的进口与电泳槽（6）相连接，废液槽（15）的出口通过管道连接至外部排污管道。

5.如权利要求1所述的一种能够动态检测人体肠道菌群变化的家用智能马桶，其特征在于：所述水箱（2）内还设置有过滤器（16），用于对水箱（2）内的水进行过滤除菌。