CN109142365A - 一种模拟消化环境实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟消化环境实验平台。包括柜体，柜体为空心立方体，还包括显示与控制机构、用于加热实验用液体介质的储液机构和与储液机构连接的循环机构；显示与控制机构设置在柜体上方靠近柜体边沿处；储液机构设置在柜体上表面一侧；柜体上表面另一侧设置有实验槽；储液机构包括储罐组；储罐组与柜体上表面活动连接且可以拆卸；循环机构包括泵组和试验段组；泵组一端与储罐组连接，另一端与试验段组连接；储罐组、泵组、试验段组均通过连接管连接；泵组设置在柜体内部并位于储罐组下方；试验段组设置在实验槽内部。本发明提供了一种可实时监控，方便记录实验数据的模拟消化环境实验平台。

Description

一种模拟消化环境实验平台

技术领域

本发明属于医学实验技术领域，涉及一种实验平台，尤其涉及一种模拟消化环境实验平台。

背景技术

人体消化液(如胃液、胆汁、胰液等)具有较强的腐蚀性，医用植入物材料若长期接触消化液会发生降解、变形、性能下降等变化，因此研究消化液对植入物材料性能影响是进行消化道内使用医疗器械选材的必要条件。研究消化液对材料性能影响最常规的方法是将材料或植入物直接放入活体动物的消化道内，经过一定时间后从活体动物体内取出，并对材料或植入物性状进行记录和检测。整个实验过程中，研究人员无法直接实时监测材料的性状变化，对材料性状变化节点记录不够精准。通常实验动物个体差异较大需进行多样本实验，且活体动物的试验成本非常高，因此，该领域急需一种可实时观察且成本较低的实验平台。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的医用材料体内实验过程中观察困难且试验成本较高的问题，本发明提出了一种模拟消化环境实验平台，不仅方便工作人员观察、记录实验数据，也大大降低了成本。

本发明所提供的技术方案是：一种模拟消化环境实验平台，包括柜体，上述柜体为空心立方体，其特殊之处在于：还包括显示与控制机构、用于加热实验用液体介质的储液机构和与储液机构连接的循环机构；

上述显示与控制机构设置在柜体上方靠近柜体边沿处；

上述储液机构设置在柜体上表面一侧；上述柜体上表面另一侧设置有实验槽；上述储液机构包括储罐组；

上述储罐组与柜体上表面活动连接且可以拆卸；

上述循环机构包括泵组和试验段组；上述泵组一端与储罐组连接，另一端与试验段组连接；上述储罐组、泵组、试验段组均通过连接管连接；上述泵组设置在柜体内部并位于储罐组下方；上述试验段组设置在实验槽内部；

上述显示与控制机构上设置有触控屏；上述泵组控制器设置有用于控制泵组的开关和流量调节按钮。

作为优选的，上述储罐组包括至少一个储液槽；上述泵组至少包括一个泵体；上述试验段组至少包括一个试验段；上述储液槽、泵体、试验段数量相同；上述储液槽包括储液槽进液口和储液槽出液口；上述泵体包括泵体进口和泵体出口；上述试验段设置有试验段进口和试验段出口；上述储液槽出液口与泵体进口连接；上述泵体出口与试验段进口连接；上述试验段出口与储液槽进液口连接。

作为优选的，上述试验段包括实验观察管；观察管为透明管，两端设置有透明封盖；上述透明封盖与透明管通过螺纹连接；上述观察管一端透明盖上设置有容纳摄像头的通道和进液接口，另一端透明盖上连接出液接口；上述容纳摄像装置的通道前端设置有高透光薄膜。

作为优选的，上述储液槽顶部还设置有盖板和用于测量储液槽内部温度的温度传感器；上述盖板上设置有与温度传感器、储液槽进液口和储液槽出液口匹配的通孔；上述温度传感器与显示与控制机构连接。

作为优选的，上述柜体内部设置有用于控制泵组工作的电源；上述电源一端与泵组控制器连接，另一端与泵体连接；上述电源为24v。

作为优选的，上述储液槽外表面设置有用于控制储液槽内液体温度的底部加热装置。

作为优选的，上述显示与控制机构与柜体连接处设置有录像储存装置；上述录像储存装置与摄像头连接。

作为优选的，上述录像储存装置为DVR硬盘录像机。

作为优选的，上述观察管出液口连接管上还设置有用于取液体样本的三通装置。

本发明的优点是：本发明所提供的模拟消化环境实验平台拟采用临床收集的胰液、胆汁、胰液等消化液作为实验介质，体外观察并检测材料在消化液中的降解情况、降解产物及性能变化。该实验平台模拟人体消化液分泌速率和流动，可实现实验材料在循环流动消化液中降解状况的实时观察、消化液中降解产物取样分析及材料快捷取出性能测试。本发明所提供的实验平台还设置有显示屏幕和数据存储装置，屏幕可实时显示材料在消化液中性状变化的画面且能保存视频。储液槽中液体可加热到体温，槽体易清洗和换液。循环泵流速可调。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明储罐组液体进出示意图；

图3为本发明观察管结构示意图；

图4为本发明试验段结构示意图；

其中，1-柜体、2-显示与控制机构、3-触控屏、4-储液槽、5-开关、6-流量调节按钮、7-实验槽、8-观察管、9-泵体、10-录像储存装置、11-摄像头、12-试验段、13-三通装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

一种模拟消化环境实验平台，包括柜体1，柜体1为空心立方体，还包括显示与控制机构2、用于加热实验用液体介质的储液机构和与储液机构连接的循环机构；

显示与控制机构2设置在柜体1上方靠近柜体1边沿处；

储液机构设置在柜体1上表面一侧；柜体1上表面另一侧设置有实验槽7；储液机构包括储罐组；

储罐组与柜体1上表面活动连接且可以拆卸；

循环机构包括泵组和试验段组；泵组一端与储罐组连接，另一端与试验段组连接；储罐组、泵组、试验段组均通过连接管连接；泵组设置在柜体内部并位于储罐组下方；试验段组设置在实验槽7内部；

显示与控制机构2上设置有触控屏；泵组控制器设置有用于控制泵组的开关5和流量调节按钮6。

储罐组包括至少一个储液槽4；泵组至少包括一个泵体9；试验段组至少包括一个试验段12；储液槽4、泵体9、试验段12数量相同；储液槽4包括储液槽进液口和储液槽出液口；泵体9包括泵体进口和泵体出口；试验段12设置有试验段进口和试验段出口；储液槽出液口与泵体进口连接；泵体出口与试验段进口连接；试验段出口与储液槽进液口连接。

试验段12包括实验观察管8；观察管8为透明管，两端设置有透明封盖；透明封盖与透明管通过螺纹连接；观察管8一端透明盖上设置有容纳摄像头11的通道和进液接口，另一端透明盖上连接出液接口；容纳摄像装置的通道前端设置有高透光薄膜。

储液槽4顶部还设置有盖板和用于测量储液槽内部温度的温度传感器；盖板上设置有与温度传感器、储液槽进液口和储液槽出液口匹配的通孔；温度传感器与显示与控制机构2连接。

柜体1内部设置有用于控制泵组工作的电源；电源一端与泵组控制器连接，另一端与泵体连接；电源为24v。

储液槽4外表面设置有用于控制储液槽内液体温度的底部加热装置。

显示与控制机构2与柜体1连接处设置有录像储存装置10；录像储存装置10与摄像头11连接。

录像储存装置10为DVR硬盘录像机。

观察管8出液口连接管上还设置有用于取液体样本的三通装置13。

实施例

详细技术参数要求

(1)储液槽

体积500mL，圆柱状，不锈钢材质，内径为没有特殊密封要求，只需顶部设置可打开的盖子；

(2)加热器

加热器需要将四个储罐内的4种流体加热到37℃±0.5℃，并持续保温。

(3)管子

硅胶管内径12mm，接头处采用快速插入式接头；

(4)循环泵

流量0～30mL/min，耐酸碱腐蚀(PH 1.5～8.45)；

(5)观察段

亚克力透明有机玻璃，内径Φ40mm，长100mm，水平排布4根管子；观察段两端加变径接头，与取样口或者管子连接，取样段的端部设置过滤网；

(6)取样口

高出管路30mm，加堵头；

(7)摄像头

摄像头布置在取样管内，要求防水，尺寸满足要求，像素为48万～76万；共4个，每个取样段管内布置1个摄像头；

(8)录像系统

配置与摄像头匹配的录像系统，四路摄像头进入录像系统，可实时显示，并具有视频储存、回放、数据导出等功能。

(9)操作触屏

触摸操作屏上显示4路摄像头信号，可实现4路视频信号的显示、回放、存储等操作。

(10)设备框架及外壳

不锈钢材质，长度500～600mm，宽度600～800mm，高度500～700mm，供电线排放置在壳体内侧，供电电源线引出后与220V市电连接。

(11)泵流量调节及温控器开关

4个泵的流量调节采用旋钮控制，温控器通过开关控制并通过按钮设置温度。

需要进一步说明的是：本发明所提供的多功能消化实验平台由机柜、触控屏、泵控制器、24V工控电源、DVR硬盘录像机、泵体、试验段、储罐、储罐温度显示器、防水摄像头构成。

机箱总体尺寸为600X750X640，机箱采用不锈钢304材质，装配完全无误后进行喷涂，可按照甲方要求在相应位置喷涂标注字体。机箱内部分两个区域，前区靠近试验段，为机械流体区域，该区域为流体介质存储、泵体、试验段等接触液体的区域，后区为流体控制区，该区域为控制流体流动状态、监控试验段状态、检测储罐温度等功能区。两区域之间工程设计时通过隔板隔开，保证电气区域的安全工作，也防止带电运行设备对试验区域的影响。

储液槽采用304不锈钢材质，壁厚1～2mm，在底部留快速接头，可实现硅胶管与接头的快速插拔。圆柱状，不锈钢材质，内径为高度70mm，顶部设置可打开的盖子。罐体的法兰盖上设置有把手，方便将储罐从水浴槽中提出。

水浴槽为更好的利用机柜矩形的安装空间，采用矩形薄壁腔体式结构，尺寸为300mmX300mmX170mm，可容纳4个储罐。实际制作时水浴槽加装盖板，盖板上开孔，并将储罐的壳体法兰卡在盖板的圆孔上；储罐盖板上同时开装配电加热器及热电偶的孔，水浴槽内装水后通过电加热器加热水浴槽中的热水，热电偶测量水浴槽中的水温，采集的温度信号进入温控器，通过温控器控制加热器的输出功率，实现恒温控制的要求。

水浴加热器采用防水型U形加热棒，棒体采用不锈钢材质，要求防水设计，除了发热段棒体可伸入水浴池中以外，加热棒的延伸线也为防水型设计，可伸入液体中。由于本系统流速较低，加热所需功率较低，同时为提高系统的安全性，采用安全电压24V供电的加热器。棒体采用304耐腐蚀不锈钢材料，满足长期运行要求。

温控器是实现恒温控制的核心控制单元，通过温度测量监控及输出功率控制，实现恒温控制，水浴温控器采用高精度、PID控温模式、长寿命固态继电器形式的温控器，通过监控水槽中液态水的温度，控制加热器的加热功率，实现恒温控制的功能。该型温控器精准、稳定、可靠，可适应多种测温传感器接口，且可调节恒温控制所需的温度。

(7)储罐温度显示器

储罐温度显示器对4路储罐中液体的温度进行显示，与其相应的配置储罐中液体温度的传感器，传感器与水浴温度传感器相同，也采用不锈钢材质的PT100型高精度热电阻。该储罐温度显示器本身为温度控制器，如将来扩展功能可作为多路控温器使用。

试验观察段采用透明亚克力有机玻璃材料，内径为Φ40mm，长100mm，在设备内部水平布置四根，观察段两端加变径接头，与取样口或者管子连接，取样段的端部设置过滤网。四路管子通过管卡固定，防止脆性的有机玻璃材质破裂。

摄像头需放置在试验观察段管子内部，因此要求在强酸或者强碱性液体中长期工作，通过调研发现不但没有针对这类应用的摄像头，就是可以长期在水下工作的摄像头在这个经费级别也采购不到。因此为保证摄像头的性能满足项目提出的需求，在观察段管子上开孔粘接摄像头伸入管，伸入管采用较细管径的硅胶管材质，在硅胶管的前端粘贴透光度高的耐酸耐碱性材料，保证摄像头的成像品质。观察段与硅胶伸入管粘接示意图如图所示，摄像头插入硅胶伸入管进行拍摄，在保证拍摄功能完成的同时，也防止了摄像头与酸碱液体的接触。同时为了保证插入的硅胶管在有机玻璃管内的可靠固定，可在有机玻璃管内加入管卡固定硅胶管。

摄像头采用防水高清摄像头，为AV视频输出工业内窥镜，管道监控专用。

操作触屏采用15寸触屏工控一体机，军工级工业触控显示屏。具备多种VGA、DVI等多种接口。产品可适应分辨率1024×768显示，产品尺寸365X290X50mm。适用于医疗、工业、商业等应用场合。

泵体与控制器相互独立的泵供系统，泵控制器及泵体分别集成在安装盒内，泵控制器装配在视频显示屏的右边，使系统的控制统一而集中，泵体与液体的储存罐及试验段集中在机箱的前端区域，使得液体流动区集中而易于观察和控制，同时为满足泵体的操作在机箱的侧面及背部等部位设置为活动件，通过局部部位的拆装，适合泵体、泵控制器等部件的操作和检修。

泵体为带泵头的立方体结构，泵头在前端。泵及控制器之间的控制匹配在出厂时就已经做过，但是该测试时是针对标准状态的液态水做的，如果针对液态水用户可直接应用。本项目中泵需输送不同的粘性液体，因此需在采购到货后需要对泵体及控制器进行计量，使控制器与泵体的控制相互匹配。

24V工控电源是将220V交流市电转换为24V直流标准电信号的供电装置，在本项目中，24V工控电源为温控器、温度显示器、加热器、温度传感器等设备提供电源。该电源采用一线主流产品型号，保证稳定可靠工作。

录像系统采用DVR专用硬盘录像机实现，该设备可兼容多种信号类型、支持数字型或者模拟型信号的摄像头，采用H.264压缩技术，压缩能力更强，画面更清晰，可实现高清视频输出功能、可实现视频本地监控及导出功能、具备多种回放模式等。

在本发明所提供的技术方案中中摄像头的信号线与硬盘录像机相互连接，记录多路视频信号，同时实现视频数据的回放、面板间切换、输出等操作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种模拟消化环境实验平台，包括柜体，所述柜体为空心立方体，其特征在于：还包括显示与控制机构、用于加热实验用液体介质的储液机构和与储液机构连接的循环机构；

所述显示与控制机构设置在柜体上方靠近柜体边沿处；

所述储液机构设置在柜体上表面一侧；所述柜体上表面另一侧设置有实验槽；所述储液机构包括储罐组；

所述储罐组与柜体上表面活动连接且可以拆卸；

所述循环机构包括泵组和试验段组；所述泵组一端与储罐组连接，另一端与试验段组连接；所述储罐组、泵组、试验段组均通过连接管连接；所述泵组设置在柜体内部并位于储罐组下方；所述试验段组设置在实验槽内部；

所述显示与控制机构上设置有触控屏；所述泵组控制器设置有用于控制泵组的开关和流量调节按钮。

2.根据权利要求1所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述储罐组包括至少一个储液槽；所述泵组至少包括一个泵体；所述试验段组至少包括一个试验段；所述储液槽、泵体、试验段数量相同；所述储液槽包括储液槽进液口和储液槽出液口；所述泵体包括泵体进口和泵体出口；所述试验段设置有试验段进口和试验段出口；所述储液槽出液口与泵体进口连接；所述泵体出口与试验段进口连接；所述试验段出口与储液槽进液口连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述试验段包括实验观察管；观察管为透明管，两端设置有透明封盖；所述透明封盖与透明管通过螺纹连接；所述观察管一端透明盖上设置有容纳摄像头的通道和进液接口，另一端透明盖上连接出液接口；所述容纳摄像装置的通道前端设置有高透光薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述储液槽顶部还设置有盖板和用于测量储液槽内部温度的温度传感器；所述盖板上设置有与温度传感器、储液槽进液口和储液槽出液口匹配的通孔；所述温度传感器与显示与控制机构连接。

5.根据权利要求4所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述柜体内部设置有用于控制泵组工作的电源；所述电源一端与泵组控制器连接，另一端与泵体连接；所述电源为24v。

6.根据权利要求5所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述储液槽外表面设置有用于控制储液槽内液体温度的底部加热装置。

7.根据权利要求6所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述显示与控制机构与柜体连接处设置有录像储存装置；所述录像储存装置与摄像头连接。

8.根据权利要求7所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述录像储存装置为DVR硬盘录像机。

9.根据权利要求8所述的一种模拟消化环境实验平台，其特征在于：所述观察管出液口连接管上还设置有用于取液体样本的三通装置。