CN107687991A - 一种模拟小肠蠕动的装置及纳米药物扩散的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了模拟小肠蠕动的装置及纳米药物扩散的试验方法。装置包括底座、双向拉伸机构及试样片。底座的底部设置观察孔，以供显微镜从观察孔观察。双向拉伸机构设置于底座上，双向拉伸机构包括至少一组移动机构，每组移动机构包括两个可同步靠拢或背离的移动件。试样片设置有用于容置试样的容置腔，容置腔的开口可通过透明高分子膜封闭，开口朝向观察孔，试样片的两端分别与同一组移动机构的两个移动件固定。本发明的装置可以通过显微镜从观察孔处透过透明高分子膜观察试样。当移动机构的两个移动件同步背离或靠拢时，试样片在原位被拉伸或恢复原状，以此模拟小肠蠕动时的收缩，且试样片在被拉伸或恢复原状时保持原位，有利于显微镜定点观察。

Description

一种模拟小肠蠕动的装置及纳米药物扩散的试验方法
技术领域
本发明涉及生物医学的设备，尤其涉及一种模拟小肠蠕动的装置及纳米药物扩散的试验方法。
背景技术
口服纳米药物是一种尺寸介于1～1000nm之间的药物，其可以将疏水的药剂包裹在脂质体内，从而促进其吸收。口服纳米药物首先通过口腔进入消化道和胃，然后进入小肠，在小肠内穿过小肠粘液以及小肠上皮细胞进入血液循环系统。而小肠粘液是由复杂的黏蛋白网络构成，形成了天然的屏障以阻止外部病菌进入人体的血液循环系统，同时也限制了口服纳米药物的吸收。实验结果表明：物质的形状决定了其在肠道粘液中的运动能力，例如大肠杆菌，杆状的构型可以帮助其在肠道粘液中自由穿梭。而肠道的蠕动引起粘液的流动是否也会影响到口服纳米药物的吸收？如果有影响，那么对于不同的肠道蠕动状况是否存在一种最优的形状使得口服纳米药物的吸收效率达到最高？这些问题对于口服纳米药物的研发具有重要的意义。因此迫切需要一种可在离体环境下模拟小肠蠕动并能在荧光显微镜下原位观测纳米药物运动的实验装置以及试验方法。
目前已有的胃肠道模型主要通过震荡装置和搅拌装置来模拟胃肠道蠕动。但是现有的震荡装置和搅拌装置等均不适合使用显微镜观察，因此无法观测其对纳米药物运动的影响。
发明内容
本发明的第一目的在于提出一种模拟小肠蠕动的装置，可以保持试样片原位伸展和回位，并通过显微镜观察试样。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种模拟小肠蠕动的装置，包括：
底座，底部设置观察孔，以供显微镜从观察孔观察；
双向拉伸机构，设置于底座上，双向拉伸机构包括至少一组移动机构，每组移动机构包括两个可同步靠拢或背离的移动件；
试样片，设置有用于容置试样的容置腔，容置腔的开口可通过透明高分子膜封闭，开口朝向观察孔，且位于观察孔对应的观察区域内，试样片的两端分别与同一组移动机构的两个移动件固定；
当移动机构的两个移动件同步背离或靠拢时，试样片在原位被拉伸或恢复原状。
其中，双向拉伸机构还包括：
导向机构，固定于底座的上方，与移动件连接，移动件可沿导向机构移动；
驱动机构，固定于底座，分别与同一组的移动件连接，以驱动同一组的移动件同步背离或靠拢。
其中，导向机构分别与移动件的两侧连接，驱动机构连接于移动件的中部，同一组移动机构连接有两个试样片，两个试样片相对设置于驱动机构的两侧。
其中，导向机构包括平行且相对设置的导向杆，移动件的两侧分别穿过导向杆，底座上凸设有相对设置的支撑部，导向杆的两端分别与支撑部固定。
其中，驱动机构包括：
传动组件，分别与同一组的移动件连接，以驱动同一组的移动件同步背离或靠拢；
动力组件，与传动组件连接，用于带动传动组件运动。
其中，传动组件包括丝杆，移动件上设置有与丝杆配合的螺母，丝杆的一端与动力组件连接，另一端分别穿过同一组的两个移动件的螺母；其中，
在与两个移动件的螺母的配合区域，丝杆的旋向相反；或
两个移动件的螺母的旋向相反。
其中，传动组件包括：
齿轮，可转动的设置于底座，且与动力组件连接；
两个相对设置的齿条，分别从齿轮的两侧与齿轮啮合，每个齿条各连接一个移动件。
其中，动力组件包括步进电机和联轴器，联轴器的两端分别连接步进电机和传动组件。
其中，试样片和透明高分子膜均由聚二甲基硅氧烷制成，透明高分子膜的厚度小于显微镜的工作距离。
本发明的第二目的在于提出一种纳米药物扩散的试验方法，可以使用上述的装置模拟小肠蠕动，并通过显微镜观察试样中纳米药物的运动过程。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米药物扩散的试验方法，采用上述的模拟小肠蠕动的装置，试验方法包括：
将试样放入容置腔内，试样是混有纳米药物的小肠粘液；
用透明高分子膜封闭容置腔；
将装有试样的试样片的两端分别与同一组移动机构的两个移动件固定；
控制双向拉伸机构动作，使得移动件同步背离或靠拢，以使得试样片在原位被拉伸或恢复原状；
通过显微镜观察试样中纳米药物的运动状况。
有益效果：本发明提供了一种模拟小肠蠕动的装置及一种纳米药物扩散的试验方法。模拟小肠蠕动的装置包括底座、双向拉伸机构及试样片。底座的底部设置观察孔，以供显微镜从观察孔观察。双向拉伸机构设置于底座上，双向拉伸机构包括至少一组移动机构，每组移动机构包括两个可同步靠拢或背离的移动件。试样片设置有用于容置试样的容置腔，容置腔的开口可通过透明高分子膜封闭，开口朝向观察孔，且位于观察孔对应的观察区域内，试样片的两端分别与同一组移动机构的两个移动件固定。当移动机构的两个移动件同步背离或靠拢时，试样片在原位被拉伸或恢复原状，以此模拟小肠蠕动时的收缩。本发明的装置在底座设置观察孔，可以通过显微镜从观察孔处透过透明高分子膜观察试样。由于两个移动件同步背离或靠拢，试样片可以在被拉伸或恢复原状的过程中保持在原来的位置，不会随着拉伸过程移动，有利于显微镜定点观察。
本发明还提供了利用上述模拟小肠蠕动的装置进行纳米药物扩散的试验方法，可以通过显微镜非常方便地观察纳米药物的运动状况。
附图说明
图1是本发明的实施例1提供的模拟小肠蠕动的装置的正面结构示意图。
图2是本发明的实施例1提供的模拟小肠蠕动的装置的背面结构示意图。
图3是本发明的实施例1提供的装有试样的试样片的剖视图。
其中：
1-底座，11-观察孔，12-支撑部，2-双向拉伸机构，21-移动件，22-导向杆，23-驱动机构，231-传动组件，2311-丝杆，2312-螺母，232-动力组件，2321-步进电机，2322-联轴器，3-试样片，31-容置腔，32-透明高分子膜，4-试样。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1～图3所示，本实施例提供了一种模拟小肠蠕动的装置，主要用于在离体环境中模拟小肠的蠕动。具体而言，模拟小肠蠕动的装置包括底座1、双向拉伸机构2和试样片3。底座1的底部设置观察孔11，以供显微镜从观察孔11观察。双向拉伸机构2设置于底座1上，双向拉伸机构2包括一组移动机构，每组移动机构包括两个可同步靠拢或背离的移动件21。试样片3设置有用于容置试样4的容置腔31，容置腔31的开口可通过透明高分子膜32封闭，开口朝向观察孔11，且位于观察孔11对应的观察区域内，试样片3的两端分别与同一组移动机构的两个移动件21固定。当移动机构的两个移动件21同步背离或靠拢时，试样片3在原位被拉伸或恢复原状。在本实施例中，双向拉伸机构2内设置了一组移动机构，实际上，移动机构的数量也可以超过一组，具体数量可以根据实际情况确定，此处不做限定。
在使用此装置时，先将试样4装入容置腔31并通过透明高分子膜32封闭后，可以使用倒置型的荧光显微镜，将底座1放置在载物台上，将物镜的镜头对准观察孔11内的试样片3，透过透明高分子膜32观察容置腔31内的试样4。在本实施例中，试样片3和透明高分子膜32均由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)制成，成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性。其中，透明高分子膜32的厚度应该要小于显微镜的工作距离，以使得显微镜可以透光透明高分子膜32观察试样4。在本实施例中，透明高分子膜32可以小于1mm。透明高分子膜32可以粘在容置腔31的外围，将开口封闭。
当移动机构的两个移动件21同步背离或靠拢时，试样片3在原位被拉伸或恢复原状，容置腔31内的试样4会被挤压向两侧移动或回流，可以模拟小肠蠕动时的收缩和舒张。本发明的装置在底座1设置观察孔11，可以直接通过显微镜从观察孔11处透过透明高分子膜32观察试样4，解决了目前的模拟装置无法直接使用显微镜观察的问题。在本实施例中，由于两个移动件21同步背离或靠拢，试样片3可以在被拉伸或恢复原状的过程中保持在原来的位置，不会随着拉伸过程移动，有利于显微镜定点观察，而不需要跟随试样片3移动。并且，试验片3始终处于被拉伸和恢复原状的状态中，不会被压缩而凸起，因此，不会导致显微镜无法对焦，甚至触碰到显微镜。
在本实施例中，双向拉伸机构2还包括导向机构和驱动机构23。导向机构固定于底座1的上方，并且与移动件21连接，移动件21可沿导向机构移动。驱动机构23固定于底座1，且分别与同一组的移动件21连接，以驱动同一组的移动件21同步背离或靠拢。通过设置导向机构，可以引导移动件21的移动，保持两个移动件21在移动方向上不会偏离。为了保持试验片3和整个双向拉伸机构2的平衡，导向机构分别与移动件21的两侧连接，驱动机构23连接于移动件21的中部，同一组移动机构连接有两个试样片3，两个试样片3相对设置于驱动机构23的两侧。移动件21的中部与驱动机构23连接，两侧分别连接导向机构，可以确保驱动机构23带动移动件21移动时，移动件21的两侧保持平衡。而将两个试样片3在驱动机构23的两侧，并各自与两个移动件21连接，当移动件21移动时，会从两侧同时拉动两个试样片3，可以抵消彼此的扭矩，与导向机构配合，进一步保证移动件21在移动过程中不会扭转，确保试样片3在原位被拉伸或恢复原状。
具体而言，本实施例中的导向机构包括平行且相对设置的导向杆22，移动件21的两侧分别穿过导向杆22，底座1上凸设有相对设置的支撑部12，导向杆22的两端分别与支撑部12固定。导向杆22的数量为两根，分别设置于移动件21的两侧。导向杆22的方式结构简单，且能很好地对移动件21导向，确保移动件21移动方向正确。
驱动机构23可以包括传动组件231和动力组件232，传动组件231分别与同一组的移动件21连接，以驱动同一组的移动件21同步背离或靠拢。动力组件232与传动组件231连接，用于带动传动组件231运动。具体而言，动力组件232包括步进电机2321和联轴器2322，联轴器2322的两端分别连接步进电机2321和传动组件231。步进电机2321可以精确控制转动的角度，以此精确控制传动组件231的运动，使得移动件21按照预设的频率和拉伸幅度运动。
在本实施例中，传动组件231包括丝杆2311，移动件21上设置有与丝杆2311配合的螺母2312，丝杆2311的一端与动力组件232连接，另一端分别穿过同一组的两个移动件21的螺母2312。并且，丝杆2311在与两个移动件21的螺母2312的配合区域，丝杆2311的旋向相反。丝杆2311具有旋向相反的两种螺纹，并且分别与两个螺母2312配合，当动力组件232带动丝杆232转动时，螺母2312分别朝相反的方向运动，同步相对靠拢或背离。
此外，为了实现同步相对靠拢或背离，也可以在同一组移动机构的两个移动件21采用旋向相反的螺母2312，当丝杆232转动时，同样也可以使得两个移动件21反向运动。
采用丝杆螺母结构配合导向杆22，实现移动件21的导向和驱动，结构简单，而且丝杆螺母结构可以设置在移动件21的中部，确保移动件21中部受力，与导向杆22配合，保证移动件21平衡且平稳移动，可靠性高。
实施例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，在本实施例中，传动组件为齿轮齿条结构，传动组件包括齿轮和两个相对设置的齿条，齿轮可转动的设置于底座，且与动力组件连接。两个相对设置的齿条分别从齿轮的两侧与齿轮啮合，每个齿条各连接一个移动件。具体而言，齿轮的端面可以与移动件平行设置，动力组件可以包括依次连接的步进电机、两个相互配合形成垂直方向的锥形齿轮，锥齿轮与齿轮同轴，并带动齿轮旋转。动力组件也可以利用蜗轮蜗杆结构将步进电机与齿轮连接，或者是将步进电机的输出轴设置为与齿轮的轴向平行。
当齿轮转动时，与齿轮的两侧啮合的齿条分别朝向相反的方向移动，带动各自连接的移动件反向移动。
实施例3
本实施例提供了一种纳米药物扩散的试验方法，采用上述实施例中的模拟小肠蠕动的装置，试验方法包括：
将试样4放入容置腔31内，试样4是混有纳米药物的小肠粘液；
用透明高分子膜32封闭容置腔31；
将装有试样4的试样片3的两端分别与同一组移动机构的两个移动件21固定；
控制双向拉伸机构2动作，使得移动件21同步背离或靠拢，以使得试样片3在原位被拉伸或恢复原状；
通过显微镜观察试样4中纳米药物的运动状况。
通过上述的试验方法，不仅可以在离体环境中模拟小肠蠕动环境，而且可以直接通过显微镜观察试样片中的试样，可以直接观察小肠粘液对纳米药物的运动的影响，有利于后期针对观察结果改进纳米药物的形状。由于模拟小肠蠕动的装置可以使得试样片在原位伸展或恢复，因此，通过显微镜观察时可以保持定点观测，方便观察及使用摄像机等记录。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种模拟小肠蠕动的装置，其特征在于，包括：
底座(1)，底部设置观察孔(11)，以供显微镜从所述观察孔(11)观察；
双向拉伸机构(2)，设置于所述底座(1)上，所述双向拉伸机构(2)包括至少一组移动机构，每组移动机构包括两个可同步靠拢或背离的移动件(21)；
试样片(3)，设置有用于容置试样(4)的容置腔(31)，所述容置腔(31)的开口可通过透明高分子膜(32)封闭，所述开口朝向所述观察孔(11)，且位于所述观察孔(11)对应的观察区域内，所述试样片(3)的两端分别与同一组所述移动机构的两个移动件(21)固定；
当所述移动机构的两个所述移动件(21)同步背离或靠拢时，所述试样片(3)在原位被拉伸或恢复原状。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向拉伸机构(2)还包括：
导向机构，固定于所述底座(1)的上方，与所述移动件(21)连接，所述移动件(21)可沿所述导向机构移动；
驱动机构(23)，固定于所述底座(1)，分别与同一组的所述移动件(21)连接，以驱动同一组的所述移动件(21)同步背离或靠拢。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导向机构分别与所述移动件(21)的两侧连接，所述驱动机构(23)连接于所述移动件(21)的中部，同一组所述移动机构连接有两个所述试样片(3)，两个试样片(3)相对设置于所述驱动机构(23)的两侧。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述导向机构包括平行且相对设置的导向杆(22)，所述移动件(21)的两侧分别穿过所述导向杆(22)，所述底座(1)上凸设有相对设置的支撑部(12)，所述导向杆(22)的两端分别与所述支撑部(12)固定。
5.如权利要求2～4任一项所述的装置，其特征在于，所述驱动机构(23)包括：
传动组件(231)，分别与同一组的所述移动件(21)连接，以驱动同一组的所述移动件(21)同步背离或靠拢；
动力组件(232)，与所述传动组件(231)连接，用于带动所述传动组件(231)运动。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传动组件(231)包括丝杆(2311)，所述移动件(21)上设置有与所述丝杆(2311)配合的螺母(2312)，所述丝杆(2311)的一端与所述动力组件(232)连接，另一端分别穿过同一组的两个所述移动件(21)的螺母(2312)；其中，
在与两个所述移动件(21)的螺母(2312)的配合区域，所述丝杆(2311)的旋向相反；或
两个所述移动件(21)的螺母(2312)的旋向相反。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传动组件包括：
齿轮，可转动的设置于所述底座，且与所述动力组件连接；
两个相对设置的齿条，分别从所述齿轮的两侧与所述齿轮啮合，每个所述齿条各连接一个所述移动件。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述动力组件(232)包括步进电机(2321)和联轴器(2322)，所述联轴器(2322)的两端分别连接所述步进电机(2321)和所述传动组件(231)。
9.如权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述试样片(3)和所述透明高分子膜(32)均由聚二甲基硅氧烷制成，所述透明高分子膜(32)的厚度小于所述显微镜的工作距离。
10.一种纳米药物扩散的试验方法，采用权利要求1～9任一项所述的模拟小肠蠕动的装置，所述试验方法包括：
将试样(4)放入所述容置腔(31)内，所述试样(4)是混有纳米药物的小肠粘液；
用所述透明高分子膜(32)封闭所述容置腔(31)；
将装有所述试样(4)的试样片(3)的两端分别与同一组所述移动机构的两个移动件(21)固定；
控制所述双向拉伸机构(2)动作，使得所述移动件(21)同步背离或靠拢，以使得所述试样片(3)在原位被拉伸或恢复原状；
通过显微镜观察所述试样(4)中所述纳米药物的运动状况。
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