CN108008088B - 一种肠道体外可视化仿生反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肠道体外可视化仿生反应器，属于仿生反应器领域，包括第一反应瓶、第二反应瓶、取样瓶、恒温循环水槽，第一反应瓶、第二反应瓶和取样瓶依次通过法兰片对接；第一反应瓶和第二反应瓶的输出管分别连接有支输出胶管，并汇合成一股总输出胶管与恒温循环水槽的回水口连接，第一反应瓶和第二反应瓶的输入管分别连接有支输入胶管，并汇合成一股总输入胶管与恒温循环水槽的出水口连接，每个支输出胶管和每个支输入胶管上设有阀门，总输出胶管和总输入胶管上设有齿轮泵。本发明一种肠道体外可视化仿生消化反应器，结构简单，方便拆卸，密封性好，可视性强，可模拟人肠道的蠕动，模拟消化的重复性好。

Description

一种肠道体外可视化仿生反应器

技术领域

本发明涉及一种肠道体外可视化仿生反应器，属于仿生反应器领域。

背景技术

人类消化道体外模拟装置的不断推广，为食品科学，人类营养学的研究提供了巨大的方便，逐渐被学术界接受。在现代食品加工的研究过程中，客观精确地评定食物在人体内的消化过程对于确定食物组分至关重要，而人类消化道体外模拟装置的运用在评定食物在人体内的消化过程中会起到关键作用。

现有技术通常使用三角瓶或烧杯作为胃模拟消化装置。进行模拟消化实验时，先将一定量的食物装入三角瓶或烧杯中，然后向三角瓶中加入模拟胃液或肠液；然后，将三角瓶或烧杯放置在恒温水浴摇床上振动消化一段时间，此过程即为模拟人肠道的消化过程，待消化结束后，再离心或过滤分离出已消化与未消化物质。采用三角瓶或烧杯作为胃肠道模拟消化装置时，由于三角瓶或烧杯中的消化产物对消化反应有抑制作用，导致这类消化实验的测定结果不准确。

与以一个三角瓶或烧杯为人肠道模拟消化装置相比，1993年，比利时的Molly等人开发出一个多腔室的动态消化道模拟装置。在研制初期，该模拟装置只包括5个由计算机控制的反应器串联组成，分别模拟人的十二指肠/空肠、回肠、盲肠/升结肠、横结肠和降结肠。CN104851346A公开了一种模块化动物消化道体外模拟系统及其人类肠道模拟方法，包括胃、小肠、升结肠、横结肠和降结肠五个部分，每个部分的核心为反应罐；反应罐存储消化液及肠菌培养基，是模拟食物消化、肠菌生长的场所；每个反应罐的水夹层均与恒温水浴相通实现37℃恒温效果；每个反应罐的蠕动由磁力搅拌模拟。CN105974066A公开了一种立式动物胃肠道仿生消化装置，包括模拟消化管、搅拌棒、电机和磁力传动装置；模拟消化管为一中空管体，该管体的两端各设有一磨口，该管体的侧面设有输入管和输出管，模拟消化管内放置有透析管，该透析管的两端分别从该玻璃管的两个磨口处伸出而外翻，外翻露于磨口外侧的透析管端部被橡皮条捆扎固定在磨口上，捆扎透析管端部后的两个磨口分别塞有一橡胶塞和一带有输液管的橡胶塞。

以上几种人类和动物胃肠道模拟消化装置，采用搅拌作为模拟胃肠道蠕动的方式，搅拌产生的食物在胃肠道内的运动与真实情况相差较大，不能逼真的模拟真实胃肠道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种肠道体外可视化仿生消化反应器。

本发明提供的肠道体外可视化仿生消化反应器包括第一反应瓶、第二反应瓶、取样瓶、恒温循环水槽，所述第一反应瓶、所述第二反应瓶和所述取样瓶依次通过法兰片对接；所述第一反应瓶和所述第二反应瓶的输出管分别连接有支输出胶管，并汇合成一股总输出胶管与所述恒温循环水槽的回水口连接，所述第一反应瓶和所述第二反应瓶的输入管分别连接有支输入胶管，并汇合成一股总输入胶管与所述恒温循环水槽的出水口连接，每个支输出胶管和每个支输入胶管上设有阀门，所述总输出胶管和所述总输入胶管上设有齿轮泵。

在一种实施方式中，所述肠道体外可视化仿生消化反应器还包括与所述第一反应瓶对接的第一转接头、与所述第二反应瓶对接的第二转接头和分别放置在所述第一反应瓶和所述第二反应瓶中的仿生肠道。

在一种实施方式中，所述第一转接头和所述第二转接头均为中空半球体，在中空半球体的开口处均设有法兰片，所述第一转接头的弧顶设有输入管，所述第二转接头的弧顶设有输出管。

在一种实施方式中，所述第一反应瓶和所述第二反应瓶均为中空管体，左右端开口处各设有一法兰片；仿生肠道的两端分别从该中空管体两个开口处伸出而外翻，外翻露于法兰片外侧的乳胶管端部套在法兰片上。

在一种实施方式中，所述取样瓶为一中空管体，左右端开口处各设有一法兰片，其侧面开有五个与所述中空管体垂直相通的玻璃管；其中两个玻璃管的开口竖直朝上，端口设有外螺纹；其中两个玻璃管的开口竖直朝下，一个玻璃管的端口设有外螺纹，另一个玻璃管的端口外壁设有倒丝；其中一个玻璃管水平设置，端口设有磨口，磨口塞有橡胶塞。

在一种实施方式中，所述第一转接头、所述第一反应瓶、所述取样瓶、所述第二反应瓶和所述第二转接头通过法兰片依次相接后，通过夹具夹紧相接的两个法兰片。

在一种实施方式中，采用不同尺寸的反应瓶和乳胶仿生肠道，分别模拟小肠和大肠。

在一种实施方式中，所述第一反应瓶、所述第二反应瓶、所述第一转接头、所述第二转接头和所述取样瓶的材质均为玻璃。

本发明提供的一种肠道体外可视化仿生消化反应器，与现有的肠道模拟消化装置相比，采用内套设乳胶仿生肠道的玻璃反应器，可以实现对样品的保温。且可以通过玻璃瓶与乳胶仿生肠道之间的循环水的压力对乳胶仿生肠道的挤压，实现样品的往复运动，从而模拟在真实肠道的蠕动的情况下食物的消化；采用齿轮泵提高循环水压力，解决恒温循环水槽供水的压力不足以对乳胶仿生肠道产生挤压的问题；取样瓶设有可拧盖的螺口，可以插入pH电极；设有带橡胶塞的磨口，可以用注射器取样。实现对样品在模型内变化过程的实时观测，得到过程数据，所述过程数据的收集为优化模型的操作参数提供参考；各部分相对独立，方便拆卸。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的肠道体外可视化仿生消化反应器的结构示意图；

图2为肠道体外可视化仿生消化反应器的剖面图；

图3为取样瓶的示意图；

图4为对照例提供的本发明的仿生消化反应器、现有的仿生反应器和小鼠肠道内消化结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种肠道体外可视化仿生消化反应器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

参照图1，是本实施例一的一种肠道体外可视化仿生消化反应器，包括第一转接头1和第二转接头5、第一反应瓶2和第二反应瓶4、取样瓶3、以及恒温循环水槽(图中未示出)。所述第一反应瓶2、所述第二反应瓶4和所述取样瓶3依次通过法兰片6对接，并通过夹具夹紧相接的两个法兰片。所述第一反应瓶2的输出管21和所述第二反应瓶4的输出管41分别连接有支输出胶管，并汇合成一股总输出胶管与所述恒温循环水槽的回水口连接，所述第一反应瓶2的输入管22和所述第二反应瓶4的输入管42分别连接有支输入胶管，并汇合成一股总输入胶管与所述恒温循环水槽的出水口连接，每个支输出胶管和每个支输入胶管上设有阀门，所述总输出胶管和所述总输入胶管上设有齿轮泵。

所述第一转接头1和所述第二转接头5均为中空半球体，在中空半球体的开口处均设有法兰片6，所述第一转接头1的弧顶设有样品输入管11，所述第二转接头5的弧顶设有样品输出管51，所述样品输入管11和所述样品输出管51分别与胶管连通，在胶管上设有阀门，用于向肠道体外可视化仿生消化反应器中注入和流出样品。所述第一反应瓶2和所述第二反应瓶4均为中空管体，仿生肠道分别放置在所述第一反应瓶2和所述第二反应瓶4内，所述仿生肠道的两端分别从该中空管体两个开口处伸出而外翻，外翻露于法兰片外侧的乳胶管端部套在法兰片上。

具体的，所述取样瓶3为一中空管体，如图3所示。所述取样瓶3左右端开口处各设有一法兰片，其侧面开有五个与所述中空管体垂直相通的玻璃管；其中玻璃管31和玻璃管32的开口竖直朝上，端口设有外螺纹；其中玻璃管33和玻璃管34的开口竖直朝下，玻璃管33的端口设有外螺纹，玻璃管34的端口外壁设有倒丝；玻璃管35水平设置，端口设有磨口，磨口塞有橡胶塞。

具体的，采用不同尺寸的反应瓶和乳胶仿生肠道，分别模拟小肠和大肠。所述第一转接头1、所述第一反应瓶2、所述第二反应瓶4、所述第二转接头5和所述取样瓶3的材质均为玻璃。

参照图2和图3，本实施例的一种肠道体外可视化仿生消化反应器，通过在反应器消化食物样品的实验，评估肠道体外可视化仿生消化反应器的模拟效果。

模拟消化食物样品主要包括以下步骤：

第一步：制备食物样品

称取适量的食物粉末，用0.2％(w/v)的黄原胶溶液稀释成悬浊液。

取悬浊液置于烧杯中，加入一定量的0.1mol/L的盐酸，37℃保温一段时间，制成食物样品。

食物粉末配方：小麦粉100g，浓缩乳清蛋白粉40g，食用盐1g。

第二步：加样品

参见图2，所述食物样品从所述第一转接头1的输入管11以一定流速注入所述肠道体外可视化仿生消化反应器，然后从所述输入管11向所述肠道体外可视化仿生消化反应器内注入一定量的0.1mol/L的NaHCO3和一定量的胰液和肠液。

第三步：工作过程

输入管22和输入管42为循环水输入管，输出管21和输出管41为循环水输出管，仿生肠道7放置在所述第一反应瓶2中，仿生肠道8放置在所述第二反应瓶4中。下面为操作步骤：

①关闭与输入管11和输出管51，打开与输出管21、41，输入管22、42连接的胶管上的阀门，打开与恒温循环水槽出水口连接的总输入胶管上的齿轮泵，使两个反应瓶与仿生肠道之间的夹层充满循环水；②打开与输入管22连接的胶管上的阀门，关闭与输出管21、41，输入管42连接的胶管上的阀门，使循环水持续流入所述第一反应瓶2的夹层，在循环水压力下，所述第一反应瓶2内的仿生肠道7受到挤压，内含的样品被挤入所述第二反应瓶4内的仿生肠道8里；③打开与输入管42连接的胶管上的阀门，关闭与输入管22、输出管21，41连接的胶管上的阀门，使循环水持续流入所述第二反应瓶4的夹层，在循环水压力下，所述第二反应瓶4内的仿生肠道8受到挤压，内含的样品被挤入所述第一反应瓶2内的仿生肠道7；重复操作所述步骤②和③。

第四步：取样

参见图3，所述取样管3为一中空管体，所述中空管体左右端开口处各设有法兰片，其侧面开有五个与所述中空管体垂直相通玻璃管；其中玻璃管31和玻璃管32的开口竖直朝上，端口设有外螺纹，所述玻璃管31为pH电极插入管，所述玻璃管32为显微镜探头插入管，其与设内螺纹且盖上设圆孔的塑料盖搭配，可以使pH电极和显微镜探头插入其中且连接处密封。玻璃管33和玻璃管34在所述中空管体的一母线上，开口竖直朝下，其中玻璃管34放料管，其的端口外壁设有倒丝，用于收集反应结束后的样品；玻璃管35水平设置，其端口设有磨口，磨口塞有橡胶塞，为取样口，重复操作所述步骤②和③多次直至样品混合均匀后，采用针筒注射器从取样口处取样，然后测定还原糖和蛋白质含量。

对照例

人体肠道的消化是一个复杂的过程，传统的肠道模拟消化反应器是静态消化模拟，它不能模拟食物在肠道内发生的物理和生理过程，比如pH的变化、肠壁的蠕动等。现有技术一般采用恒温水浴摇床、磁力搅拌器和上下移动混合器等仪器简单的将食物和模拟肠液进行一次性混合后，置于37℃水浴中搅拌1-2h来模拟食物的肠道消化过程。

本发明是更接近真实肠道的动态消化模型，可对肠道内的流体动力学、蠕动收缩等进行很好的重现，全面地模拟了肠道内的物理作用和生理学过程。

第一步：制备食物悬浊液

称取适量的食物粉末，用0.2％(w/v)的瓜尔胶溶液稀释成悬浊液。

食物粉末配方：玉米粉100g，浓缩乳清蛋白粉40g，食用盐1g。

第二步：加样品

参见图2，所述食物样品从所述第一转接头1的输入管11以一定流速注入所述肠道体外可视化仿生消化反应器，然后从所述输入管11向所述肠道体外可视化仿生消化反应器内注入一定量的0.1mol/L的NaHCO₃和一定量的胰液和肠液

第三步：工作过程

加入食物样品之前，注入0.6mL模拟肠液和胰液以模拟肠道内的消化环境。为了更加真实的模拟摄入玉米粉的过程，采取分批方式将食物样品从模拟食管加入到胃肠道模型内，进样时间持续为10min。进样期间，通过注射泵精确控制模拟肠液和胰液的输入速率，进样结束后，通过水压对肠道进行蠕动压缩，蠕动压缩频率为10次/分钟，压缩幅度为1cm。待食物样品分别消化3h后，将肠道内消化物全部取出，测其还原糖和蛋白质含量。本发明的肠道可视化仿生消化反应器、现有的仿生反应器和小鼠肠道内消化结果对比如图4所示。

由图4可见，本发明的仿生反应器与传统仿生反应器相比，能够更加逼真地模拟与活体小鼠肠道内消化食物的过程结果，体现出了本发明仿生反应器的明显优势。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，包括第一反应瓶、第二反应瓶、取样瓶、恒温循环水槽，所述第一反应瓶、所述取样瓶和所述第二反应瓶依次通过法兰片对接；所述第一反应瓶和所述第二反应瓶的输出管分别连接有支输出胶管，并汇合成一股总输出胶管与所述恒温循环水槽的回水口连接，所述第一反应瓶和所述第二反应瓶的输入管分别连接有支输入胶管，并汇合成一股总输入胶管与所述恒温循环水槽的出水口连接，每个支输出胶管和每个支输入胶管上设有阀门，所述总输出胶管和所述总输入胶管上设有齿轮泵；采用不同尺寸的反应瓶和乳胶仿生肠道，分别模拟小肠和大肠。

2.如权利要求1所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述肠道体外可视化仿生消化反应器还包括与所述第一反应瓶对接的第一转接头、与所述第二反应瓶对接的第二转接头和分别放置在所述第一反应瓶和所述第二反应瓶中的仿生肠道。

3.如权利要求2所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述第一转接头和所述第二转接头均为中空半球体，在中空半球体的开口处均设有法兰片，所述第一转接头的弧顶设有输入管，所述第二转接头的弧顶设有输出管。

4.如权利要求2所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述第一反应瓶和所述第二反应瓶均为中空管体，左右端开口处各设有一法兰片；仿生肠道的两端分别从该中空管体两个开口处伸出而外翻，外翻露于法兰片外侧的乳胶管端部套在法兰片上。

5.如权利要求1所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述取样瓶为一中空管体，左右端开口处各设有一法兰片，其侧面开有五个与所述中空管体垂直相通的玻璃管；其中两个玻璃管的开口竖直朝上，端口设有外螺纹；其中两个玻璃管的开口竖直朝下，一个玻璃管的端口设有外螺纹，另一个玻璃管的端口外壁设有倒丝；其中一个玻璃管水平设置，端口设有磨口，磨口塞有橡胶塞。

6.如权利要求2所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述第一转接头、所述第一反应瓶、所述取样瓶、所述第二反应瓶和所述第二转接头通过法兰片依次相接后，通过夹具夹紧相接的两个法兰片。

7.如权利要求1-6任一所述的肠道体外可视化仿生消化反应器，其特征在于，所述第一反应瓶、所述第二反应瓶、所述第一转接头、所述第二转接头和所述取样瓶的材质均为玻璃。