CN108641901A - 口腔生物膜体外厌氧模型装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明是一种口腔生物膜体外厌氧模型装置及其应用。该装置包括营养供给及厌氧生成系统（1）和生物膜培养系统（2）两部分，通过其上的磨砂部分（10）和（11）接触连接，营养供给及厌氧生成系统（1）上设有营养液输送入口（3）、营养液供给筛（4）和厌氧包存放室（9），生物膜培养系统（2）上设有生物膜培养仓（6）、生物膜培养介质支架（7）、营养液流出筛（8）和废液排出口（5）。在该装置中培养生物膜仓内可放置1至多个生物膜培养介质。该装置能够有效模拟口腔内微生物生物膜形成的微生态环境，方便生物膜培养介质的更换，实现多研究需求及功能用途，易于实现且成本低廉，操作简便灵活，有利于在常规实验室的推广应用。

Description

口腔生物膜体外厌氧模型装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种口腔生物膜体外厌氧模型装置及其应用，属于生物膜口腔生物医学领域。

背景技术

人体口腔具有复杂的解剖结构和特殊的生理特点，定植着复杂的微生物群落，是人体重要的微生态环境之一（Journal of Clinical Microbiology, 2005, 43(11):5721-5732）。研究表明，口腔微生物群落的构成和丰度与龋病、牙周病、智齿冠周炎等口腔疾病，及肺炎、肿瘤、心血管疾病和糖尿病等全身系统性疾病紧密相关，影响着人体健康（华西口腔医学杂志, 2015, 33(6):555-560）。口腔微生物群落多以“生物膜”（biofilms）的形式行使其生理学功能，还有部分呈浮游状态（Oral Microbiology &Immunology, 2010, 25(6):418-425）。

生物膜是微生物群落与自身产生的胞外基质相互作用在介质表面黏附所形成的特殊结构，是微生物适应环境的一种生长模式，多数情况下由许多微生物种类组成，其结构和代谢具有复杂性、动态性（Progress in Drug Research, 1991:91-105）。在口腔的黏膜、牙齿、及种植体或修复体等表面都可以形成生物膜，生物膜中微生物的代谢能力、生存活力及抗药性等与浮游微生物呈现完全不同的生理特征（中华口腔医学研究杂志, 2016, 10(1):72-76）。以浮游状态微生物（即游离微生物）为研究对象，进行各类口腔疾病和抗菌性产品的研究，其结果与口腔微生物及口腔状态的真实情况存在很大差异。因此，建立模拟口腔环境的口腔生物膜模型，能够较为接近反映口腔微生物及口腔状态的真实情况，提高体外实验研究结果在指导口腔疾病及口腔抗菌性等产品中的价值。目前，口腔生物膜模型已有报道，例如Sissons等建立了一种多站式牙菌斑微生态人工口腔系统（Journal ofDental Research, 1991, 70(11):1409-1416），Kinniment等采用恒-深膜发酵器建立了一种恒态式口腔生物膜模型（Microbiology, 1996, 142:631-638），Zhu/Liu等基于一种特殊的玻璃培养室建立了一种人工口腔模型（International Journal of ComputerizedDentistry, 1998），刘敏等采用圆底烧瓶建立了一种人工口腔模型（中华口腔医学杂志,1996(2):110-112），李鸣宇等以恒温操作箱为基础建立了一种保健品体外药敏实验口腔模型（实用口腔医学杂志, 2003, 19(4):318-320），张伟力等采用海绵舌和人工牙分别建立了AMA和AMB两种人工口腔模型（安徽农业大学学报, 1997(1):58-61），周学东等采用恒流培养室建立了一种口腔生物膜动态模型（CN200952006Y；CN100408669C），高露洁-棕榄公司公开了一种附着以表面的多样本的口腔生物膜模型（CN106795472A），李淑钰等公开了一种基于细胞培养板的牙菌斑生物膜模型（CN105524869A）等。国外建立的人工口腔模型的结构相对复杂、设备精度要求较高、造价昂贵、应用成本高，因此推广应用受到很大限制。国内各实验室自建的人工口腔模型的结构相对简单、操作方便、应用成本相对较低，这些模型存在的问题有：（1）这些人工口腔模型一般是根据各自的实验需求基于自身实验室的现有条件建立，例如有的是针对成膜介质均一化获得重复性结果建立的（CN105524869A），有的是针对成膜介质粗糙度及多样本获得建立的（CN106795472A），有的是针对连续实时监测建立的（CN200952006Y；CN100408669C），不同程度地使用了厌氧发酵罐、气体罐等设备，在进行其他功能和用途的研究时因设备的专一性等受到很大的限制；（2）这些装置既包括动态模型也包括静态模型，其中静态模型在模拟口腔环境方面有一定的局限性；动态模型中厌氧环境形成配置专用的厌氧设备，耗费较高；（3）此外，这些装置的生物膜形成介质相对固定，一旦有其他研究需求进行介质更换时往往不可实现。以上问题不同程度地限制了这些人工口腔模型的推广应用。

发明内容

针对现有技术问题的不足，本发明提供了一种口腔生物膜体外厌氧模型装置及其应用，有效实现了体外厌氧环境中口腔生物膜的动态形成，可根据研究需求更换培养介质，避免了厌氧发酵罐等特殊设备的使用，操作方便灵活，有利于在常规实验室的推广应用。

本发明具体是由营养供给及厌氧生成系统和生物膜培养系统两部分组成的口腔生物膜体外厌氧模型装置通过常规方法采用玻璃或聚乙烯等材料制成，易于实现且成本低廉，营养供给和废液排出通过常见蠕动泵实现、厌氧环境通过商品化厌氧包实现、生物膜培养通过在生物膜培养介质支架上设置生物膜培养介质实现。

本发明的技术方案为：

一种口腔生物膜体外厌氧模型装置，包括营养供给及厌氧生成系统（1）和生物膜培养系统（2）两部分，营养供给及厌氧生成系统（1）为上半部分，生物膜培养系统（2）为下半部分，两者通过其上的磨砂部分（10）和（11）接触连接，营养供给及厌氧生成系统（1）上设有营养液输送入口（3）、营养液供给筛（4）和厌氧包存放室（9），生物膜培养系统（2）上设有生物膜培养仓（6）、生物膜培养介质支架（7）、营养液流出筛（8）和废液排出口（5）。

优选地，所述的营养液供给筛（4）的筛孔直径范围是10-25μm。

优选地，所述的营养液流出筛（8）的筛孔直径范围是50-100 μm。

优选地，所述生物膜培养仓（6）的体积范围是5-100 mL。

优选地，所述生物膜培养仓（6）内可放置1至多个生物膜培养介质。

采用口腔生物膜体外厌氧模型装置制备口腔生物膜的方法如下：

步骤（1）：将营养供给及厌氧生成系统和生物膜培养系统进行高压蒸汽灭菌，烘干后备用；

步骤（2）：根据研究需求，确定以下内容：①生物膜培养介质的类型、参数和消毒灭菌；②口腔微生物的种类组成、浓度和液体增菌培养；③适用于所选生物膜培养介质和口腔微生物的营养液类型、成分和配制；

步骤（3）：按照无菌操作，将生物膜培养介质置于生物膜培养系统（2）中生物膜培养仓（6）上的生物膜培养介质支架（7）上；

步骤（4）：根据研究需求，将含有口腔微生物液体培养液和营养液按照一定比例充分混匀后，添加至生物膜培养仓（6）上；

步骤（5）：将厌氧包置于营养供给及厌氧生成系统（1）上的厌氧包存放室（9）；

步骤（6）：将营养供给及厌氧生成系统（1）底部口的磨砂部分（10）置于生物膜培养系统（2）顶部口的磨砂（11）部分；

步骤（7）：将营养供给及厌氧生成系统（1）上的营养液输送入口（3）通过灭菌软管连接至营养液供给瓶，将生物膜培养系统（2）上的废液排出口（5）连接至废液瓶，通过蠕动泵实现营养液的定时定速供给和废液的定期排出；

步骤（8）：根据研究需求，可将生物膜培养系统（2）置于恒温水浴锅或其他实验室常见恒温设备中，以实现培养系统内的恒温状态；

步骤（9）：根据研究需求，停止蠕动泵时，即可拆开营养供给及厌氧生成系统（1），取出生物膜培养介质进行后续处理和实验研究。

本发明具有以下优点：

1、根据研究需求，结合口腔实际状况，设定营养液经蠕动泵定期定时供给和经营养筛的柔和供给，很好地模拟了口腔内营养的供给状态；生物膜培养系统上的生物膜培养仓与生物膜培养介质的接触状况较好模拟了口腔内各类介质与口腔的实际状态；生物膜培养系统上的营养液流出筛很好地模拟了营养液自口腔向消化道等的排出；以上设计使该装置能够有效模拟口腔内的微生物生物膜及其微生态环境；

2、通过营养供给及厌氧生成系统顶部的厌氧包存放室中厌氧包，满足了该装置的厌氧环境，避免了厌氧罐及气瓶等设备的配置使用，大大降低了实验成本；

3、生物膜培养系统设置生物膜培养介质支架，方便更换生物膜培养介质，实现了模型的多研究需求及功能用途；

4、该装置采用玻璃或聚乙烯等材料通过常规方法即可制成，易于实现且成本低廉，操作简便灵活，有利于在常规实验室的推广应用。

附图说明

图1是本发明的口腔生物膜体外厌氧模型装置的整体结构示意图；

图2是本发明生物膜培养仓的结构示意图。

其中附图标记含义如下：

1、营养供给及厌氧生成系统；2、生物膜培养系统；3、营养液输送入口；4、营养液供给筛；5、废液排出口；6、生物膜培养仓；7、生物膜培养介质支架；8、营养液流出筛；9、厌氧包存放室，10、底部口的磨砂部分，11、顶部口的磨砂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种口腔生物膜体外厌氧模型装置，包括营养供给及厌氧生成系统1和生物膜培养系统2两部分，营养供给及厌氧生成系统1为上半部分，生物膜培养系统2两部分为下半部分，两者通过其上的磨砂部分10和11接触连接，营养供给及厌氧生成系统1上设有营养液输送入口3、营养液供给筛4和厌氧包存放室9，生物膜培养系统2上设有生物膜培养仓6、生物膜培养介质支架7、营养液流出筛8和废液排出口5。

优选地，所述的营养液供给筛4的筛孔直径范围是10-25 μm。

优选地，所述的营养液流出筛8的筛孔直径范围是50-100 μm。

优选地，所述生物膜培养仓6的体积范围是5-100 mL。

优选地，所述所述生物膜培养仓6内可放置1至多个生物膜培养介质。

采用口腔生物膜体外厌氧模型装置制备口腔生物膜的方法如下：

步骤（1）：将营养供给及厌氧生成系统和生物膜培养系统进行高压蒸汽灭菌，烘干后备用；

步骤（2）：根据研究需求，确定以下内容：①生物膜培养介质的类型、参数和消毒灭菌；②口腔微生物的种类组成、浓度和液体增菌培养；③适用于所选生物膜培养介质和口腔微生物的营养液类型、成分和配制；

步骤（3）：按照无菌操作，将生物膜培养介质置于生物膜培养系统2中生物膜培养仓6上的生物膜培养介质支架7上；

步骤（4）：根据研究需求，将含有口腔微生物液体培养液和营养液按照一定比例充分混匀后，添加至生物膜培养仓6上；

步骤（5）：将厌氧包置于营养供给及厌氧生成系统1上的厌氧包存放室9；

步骤（6）：将营养供给及厌氧生成系统1底部口的磨砂部分10置于生物膜培养系统2顶部口的磨砂部分11；

步骤（7）：将营养供给及厌氧生成系统1上的营养液输送入口3通过灭菌软管连接至营养液供给瓶，将生物膜培养系统2上的废液排出口5连接至废液瓶，通过蠕动泵实现营养液的定时定速供给和废液的定期排出；

步骤（8）：根据研究需求，可选地将生物膜培养系统2置于恒温水浴锅或其他实验室常见恒温设备中，以实现培养系统内的恒温状态；

步骤（9）：根据研究需求，停止蠕动泵时，即可拆开营养供给及厌氧生成系统1，取出生物膜培养介质进行后续处理和实验研究。

实际研究应用表明，本装置完全达到设计要求。

Claims (6)

1.一种口腔生物膜体外厌氧模型装置，其特征在于：包括营养供给及厌氧生成系统（1）和生物膜培养系统（2）两部分，营养供给及厌氧生成系统（1）为上半部分，生物膜培养系统（2）为下半部分，两者通过其上的磨砂部分（10）和（11）接触连接，营养供给及厌氧生成系统（1）上设有营养液输送入口（3）、营养液供给筛（4）和厌氧包存放室（9），生物膜培养系统（2）上设有生物膜培养仓（6）、生物膜培养介质支架（7）、营养液流出筛（8）和废液排出口（5）。

2.根椐权利要求1所述的口腔生物膜体外厌氧模型装置，其特征在于：所述的营养液供给筛（4）的筛孔直径范围是10-25 μm。

3.根椐权利要求1所述的口腔生物膜体外厌氧模型装置，其特征在于：所述的营养液流出筛（8）的筛孔直径范围是50-100 μm。

4.根椐权利要求1所述的口腔生物膜体外厌氧模型装置，其特征在于：所述生物膜培养仓（6）的体积范围是5-100 mL。

5.根椐权利要求1所述的口腔生物膜体外厌氧模型装置，其特征在于：所述生物膜培养仓（6）内可放置1至多个生物膜培养介质。

6.权利要求1所述的口腔生物膜体外厌氧模型装置的应用方法，其特征在于：用于口腔生物膜的制备方法如下：

步骤（1）：将营养供给及厌氧生成系统和生物膜培养系统进行高压蒸汽灭菌，烘干后备用；

步骤（2）：根据研究需求，确定以下内容：①生物膜培养介质的类型、参数和消毒灭菌；②口腔微生物的种类组成、浓度和液体增菌培养；③适用于所选生物膜培养介质和口腔微生物的营养液类型、成分和配制；

步骤（3）：按照无菌操作，将生物膜培养介质置于生物膜培养系统（2）中生物膜培养仓（6）上的生物膜培养介质支架（7）上；

步骤（4）：根据研究需求，将含有口腔微生物液体培养液和营养液按照一定比例充分混匀后，添加至生物膜培养仓（6）上；

步骤（5）：将厌氧包置于营养供给及厌氧生成系统（1）上的厌氧包存放室（9）；

步骤（6）：将营养供给及厌氧生成系统（1）底部口的磨砂部分（10）置于生物膜培养系统（2）顶部口的磨砂部分（11）；

步骤（7）：将营养供给及厌氧生成系统（1）上的营养液输送入口（3）通过灭菌软管连接至营养液供给瓶，将生物膜培养系统（2）上的废液排出口（5）连接至废液瓶，通过蠕动泵实现营养液的定时定速供给和废液的定期排出；

步骤（8）：根据研究需求，可选地将生物膜培养系统（2）置于恒温水浴锅或其他实验室常见恒温设备中，以实现培养系统内的恒温状态；

步骤（9）：根据研究需求，停止蠕动泵时，即可拆开营养供给及厌氧生成系统（1），取出生物膜培养介质进行后续处理和实验研究。