CN109637323A - 一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，包括依次设置的十二指肠模块、小肠模块和大肠模块；十二指肠模块包括第一管道和挤压第一管道的十二指肠挤压机构；小肠模块包括第二管道、小肠挤压蠕动机构和小肠吸收机构；小肠挤压蠕动机构包括直线滑动组件和小肠挤压组件，直线滑动组件带动小肠挤压组件沿第二管道挤压；小肠吸收机构包括过滤器和挤压第二管道的小肠吸收挤压组件，过滤器设置在第二管道上并对第二管道内的样品固液分离，过滤器上设置有出液口；大肠模块包括第三管道和挤压第三管道的大肠挤压组件。其能够很好的模拟肠道的真实蠕动情况，能处理高粘度固液混合的真实食物，效果好。
Description
技术领域
本发明涉及体外消化系统技术领域，具体涉及一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统。
背景技术
体外仿生肠道消化系统被广泛应用于评价食品和药品的消化后的理化性质以及评价食品和药品消化后的吸收情况。目前市场上常用的体外仿生肠道系统主要分为两种：其一是一系列带搅拌的容器，各组容器分别代表肠道的各段；其二是具有柔性肠道模块和一定蠕动性能的仿生消化系统。
以上两种仿生消化系统或多或少存在以下问题：忽略了人体肠道的解剖细节；没有形成动态的上下游关系；很难对现实的食物(因黏度高、多相、大颗粒等)进行合理的操作；缺少肠道模块蠕动机制导致物料没有充分的时间在蠕动条件下开展消化反应；无法收集肠道内的液体进行分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其能够很好的模拟肠道的真实蠕动情况，能处理高粘度固液混合的真实食物，效果好。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，包括依次设置的十二指肠模块、小肠模块和大肠模块；所述十二指肠模块包括第一管道和挤压第一管道的十二指肠挤压机构；所述小肠模块包括第二管道、小肠挤压蠕动机构和小肠吸收机构；所述小肠挤压蠕动机构包括直线滑动组件和小肠挤压组件，所述直线滑动组件带动所述小肠挤压组件沿第二管道挤压；所述小肠吸收机构包括过滤器和挤压所述第二管道的小肠吸收挤压组件，所述过滤器设置在第二管道上并对所述第二管道内的样品固液分离，所述过滤器上设置有出液口；所述大肠模块包括第三管道和挤压所述第三管道的大肠挤压组件；所述第一管道、第二管道和第三管道依次连通设置。
作为优选的，所述十二指肠模块还包括滚轮组件和十二指肠驱动机构，所述滚轮组件包括位于第一管道两侧的第一滚轮和第二滚轮，所述十二指肠驱动机构驱动第一滚轮和第二滚轮转动，所述第一滚轮与第二滚轮的转动方向相反。
作为优选的，所述十二指肠驱动机构包括带传送组件、第一偏心轮和第二偏心轮，所述第一滚轮通过第一偏心轮与带传送组件连接，所述第二滚轮通过第二偏心轮与带传送结构连接，所述第一滚轮和第二滚轮皆为凹轮。
作为优选的，所述十二指肠挤压机构包括位于第一管道两侧的第一压板和第二压板，所述第一压板与带传送组件间设置有第一传动机构；所述第二压板与带传送组件间设置有第二传动结构，所述第一传动机构和第二传动机构将带传送组件的转动动作转换成直线运动，所述带传送组件驱动第一压板和第二压板相向或背向运动以挤压第一管道。
作为优选的，还包括第二背板，所述第二管道固定设置在第二背板上，所述第二管道包括依次连接的第一小肠管道、第二小肠管道、第三小肠管道、第四小肠管道和第五小肠管道，所述第一小肠管道、第二小肠管道、第三小肠管道和第四小肠管道呈Z字形分布。
作为优选的，所述小肠挤压组件包括第一压轮、第二压轮、第三压轮、第四压轮、第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，所述第一气缸驱动第一压轮挤压所述第一小肠管道，所述第二气缸驱动第二压轮挤压所述第二小肠管道，所述第三气缸驱动第三压轮挤压所述第三小肠管道，所述第四气缸驱动所述第四压轮挤压第四小肠管道。
作为优选的，所述小肠吸收挤压组件包括第五气缸、第六气缸、主动压板和被动压板，所述被动压板和主动压板分别位于第五小肠管道的两侧，所述被动压板固定设置在第二背板上，所述主动压板沿第五小肠管道方向设置有第一挤压端和第二挤压端，所述第五气缸与第一挤压端连接，所述第六气缸与第二挤压端连接。
作为优选的，所述第一管道的管壁上还设置有十二指肠进液管和十二指肠进气管。
作为优选的，所述十二指肠模块包括十二指肠阀，所述十二指肠阀包括第一夹板组件和第一阀门气缸，所述第一阀门气缸驱动第一夹板组件开合以打开或关闭第一管道。
作为优选的，所述第三管道上设置有进菌液管、大肠进气管和大肠泄压管。
本发明的有益效果：
1、本发明中十二指肠挤压机构能很好的模拟食糜和胆汁、胰液在十二指肠中的混合并将高粘度的固液混合物输送到小肠模块中。
2、本发明中小肠挤压蠕动机构能很好的模拟食糜在小肠中的运动状态，并且能将高粘度的固液混合物输送到第二管道的末端。
3、本发明中小肠吸收机构能将小肠消化后获得的样品固液分离，得到的液体进行离心后取上清液，能用来做可吸收物质含量分析。
4、本发明中大肠挤压组件能有效的模拟大肠内的物质的运动状态并混合菌液。
5、本发明十二指肠模块、小肠模块和大肠模块依次设置，能够形成动态的上下游关系，整个系统可对食物进行合理的操作，模拟人体食物消化系统，仿真模拟程度高。
6、本发明能够很好的模拟肠道的真实蠕动情况，能处理高粘度固液混合的真实食物，效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的十二指肠模块的结构示意图；
图3为本发明滚轮组件与十二指肠挤压机构的结构示意图；
图4为小肠模块和大肠模块的结构示意图；
图5为图4在D区域的结构放大图；
图6为图4在E区域的结构放大图。
图中标号说明：A-十二指肠模块；B-小肠模块；C-大肠模块；10、第一管道；11、十二指肠进液管；12、十二指肠进气管；13、第一背板；20、第一滚轮；21、第二滚轮；22、第一转轴；23、第二转轴；24、第一偏心轮；25、第二偏心轮；26、第一皮带；27、第一电机；28、第二电机；30、带传动组件；31、第一传动机构；32、第二传动机构；33、第一压板；34、第二压板；35、十二指肠阀；351、第一阀门气缸；352、第一夹板组件；40、第二管道；41、小肠泄压阀；401、第一小肠管道；402、第二小肠管道；403、第三小肠管道；404、第四小肠管道；405、第五小肠管道；41、小肠泄压管；42、第二背板；43、小肠进气管；50、安装座；51、第一压轮；52、第三压轮；53、第一气缸；54、第二气缸；55、第三气缸；56、第四气缸；60、被动压板；61、主动压板；62、第五气缸；63、第六气缸；64、过滤器；65、出液口；66、小肠阀；661、第二夹板组件；662、第二阀门气缸；70、第三管道；71、大肠泄压管；72、大肠进气管；73、进菌液管；80、大肠挤压组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-图6所示，本发明公开了一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，包括依次设置的十二指肠模块A、小肠模块B和大肠模块C。
十二指肠模块包括第一背板13、第一管道10和十二指肠挤压机构。第一背板13上设置有第一管道10和十二指肠挤压机构。十二指肠挤压机构挤压第一管道10以模拟十二指肠中的食物消化模式。
十二指肠模块还包括滚轮组件和十二指肠驱动机构，滚轮组件包括位于第一管道10两侧的第一滚轮20和第二滚轮21，十二指肠驱动机构驱动第一滚轮20和第二滚轮21转动，第一滚轮20与第二滚轮21的转动方向相反。第一滚轮20和第二滚轮21各自绕其轴心转动。
十二指肠驱动机构包括带传送组件、第一偏心轮24和第二偏心轮25，第一滚轮20通过第一偏心轮24与带传送组件连接，第二滚轮21通过第二偏心轮25与带传送结构连接，第一滚轮20和第二滚轮21皆为凹轮。第一管道10位于第一滚轮20的凹面和第二滚轮21的凹面间。而带传送机构包括第一电机27、第二电机28、第一皮带26和第二皮带，第一电机27带动第一皮带26转动，而第一皮带26上配合设置有第一转轴22，第一转轴22在第一皮带26的作用下转动，第一转轴22上设置有第一滚轮20，第一滚轮20也随第一转轴22转动而转动。如此，第一滚轮20也随第一转轴22转动而转动。第二电机28带动第二皮带转动，而第二皮带上配合设置有第二转轴23，第二转轴23在第二皮带的作用下转动，第二转轴23上设置有第二滚轮21，第二滚轮21也随第二转轴23转动而转动。如此，第二滚轮21也随第二转轴23转动而转动。而第一偏心轮24和第二偏心轮25则使得第一滚轮20和第二滚轮21对第一管道10座轻微的挤压动作。两个滚轮一边靠近或远离，一边转动。
十二指肠挤压机构包括位于第一管道10两侧的第一压板33和第二压板34，第一压板33与带传送组件间设置有第一传动机构31。第二压板34与带传送组件间设置有第二传动结构，第一传动机构31和第二传动机构32将带传送组件的转动动作转换成直线运动，带传送组件驱动第一压板33和第二压板34相向或背向运动以挤压第一管道10。第一传动机构31和第二传动机构32可选用偏心轮机构，使得转动动作转换成直线往复动作。十二指肠模块A中，在第一电机27和第二电机28的作用下，滚轮组件与十二指肠组件配合作用，即可更好地模拟食糜、胆汁和胰液在十二指肠中混合。
第一管道10的管壁上还设置有十二指肠进液管11和十二指肠进气管12。十二指肠进液管11可用于实时定量加注胆汁和胰液。十二指肠进气管12可通入惰性气体营造厌氧环境。
十二指肠模块包括十二指肠阀35，十二指肠阀35包括第一夹板组件352和第一阀门气缸351，第一阀门气缸351驱动第一夹板组件352开合以打开或关闭第一管道10。十二指肠阀35能够控制食糜在第一管道10内的停留时间。
小肠模块包括第二管道40、小肠挤压蠕动机构和小肠吸收机构。小肠挤压蠕动机构包括直线滑动组件和小肠挤压组件，直线滑动组件带动小肠挤压组件沿第二管道40挤压。小肠模块还包括第二背板42，第二管道40固定设置在第二背板42上。第二管道40包括依次连接的第一小肠管道401、第二小肠管道402、第三小肠管道403、第四小肠管道404和第五小肠管道405，第一小肠管道401、第二小肠管道402、第三小肠管道403和第四小肠管道404呈Z字形分布。第二管道40的内壁设置有褶皱，而第二管道40的内径逐渐减小，第一小肠管道401的内径大于第五小肠管道405的内径，第一小肠管道401与第一管道10连接。
小肠挤压组件包括第一压轮51、第二压轮、第三压轮52、第四压轮、第一气缸53、第二气缸54、第三气缸55和第四气缸56，第一气缸53驱动第一压轮51挤压第一小肠管道401，第二气缸54驱动第二压轮挤压第二小肠管道402，第三气缸55驱动第三压轮52挤压第三小肠管道403，第四气缸56驱动第四压轮挤压第四小肠管道404。直线滑动组件包括驱动源、滑轨和安装座50，在驱动源的作用下，安装座50沿滑轨运动。而滑轨固定设置在第二背板42上，如此，驱动源即可带动安装座50在第二背板42上做直线运动。即从图中所示，安装座50可左右往复运动。驱动源可选用气缸。而小肠挤压组件即设置在安装座50上。当安装座50向左运动时，第二气缸54和第四气缸56工作，使得第二压轮和第四压轮抬起以不接触第二管道40；第一气缸53和第三气缸55工作，使得第一压轮51挤压第一小肠管道401，第三压轮52挤压第三小肠管道403；如此，在小肠挤压组件和直线滑动组件的共同作用下，第一压轮51和第三压轮52挤压第二管道40并向左运动。当安装座50向右运动时，第一气缸53和第三气缸55工作，使得第一压轮51和第三压轮52抬起以不接触第二管道40；第二气缸54和第四气缸56工作，使得第二压轮挤压第二小肠管道402，第四压轮挤压第四小肠管道404；如此，在小肠挤压组件和直线滑动组件的共同作用下，第二压轮和第四压轮挤压第二管道40并向右运动。如此，即可模拟小肠的蠕动挤压环境。压轮即为滚压轮。
小肠吸收机构包括过滤器64和挤压第二管道40的小肠吸收挤压组件。小肠吸收挤压组件包括第五气缸62、第六气缸63、主动压板61和被动压板60，被动压板60和主动压板61分别位于第五小肠管道405的两侧，被动压板60固定设置在第二背板42上，主动压板61沿第五小肠管道405方向设置有第一挤压端和第二挤压端，第五气缸62与第一挤压端连接，第六气缸63与第二挤压端连接。工作状态下，第五气缸62的活塞杆和第六气缸63的活塞杆交替做伸缩工作。在第五气缸62和第六气缸63的作用下，主动压板61反复挤压第五小肠管道405。
过滤器64设置在第二管道40上并对第二管道40内的样品固液分离，过滤器64上设置有出液口65。在过滤器64内设置有滤膜或滤网，过滤器64可对第二管道40内的食物样本做过滤，实现固液分离，液体可从出液口65排出，固体流入到大肠模块。小肠吸收机构获得的液体可取样，进行离心并取得上清液，如此可用来做可吸收物质含量分析。
小肠模块包括小肠阀66，小肠阀66包括第二夹板组件661和第二阀门气缸662，第二阀门气缸662驱动第二夹板组件661开合以打开或关闭第三管道70的第五小肠管道405。小肠阀66能够控制食糜在第二管道40内的停留时间。
小肠模块还包括小肠进气管43和小肠泄压管41，小肠进气管43和小肠泄压管设置在第二管道40上，通过小肠进气管43向第二管道40中通入惰性气体能够营造厌氧环境。
大肠模块包括第三管道70和挤压第三管道70的大肠挤压组件。大肠挤压组件80与小肠吸收挤压组件结构类似，也是由气缸带动主动压板朝被动压板运动，从而挤压第三管道。
大肠模块包括进菌液管73、大肠进气管72和大肠泄压管71。第三管道70上设置有进菌液管73、大肠进气管72和大肠泄压管。通过进菌液管73可向第三管道70中加入菌液，通过大肠进气管72可通入惰性气体从而营造厌氧环境。大肠泄压管71可用于排出第三管道70内发酵产生的起头。
第一管道10、第二管道40和第三管道70依次连通设置且第一管道10、第二管道40和第三管道70的内壁均设置有褶皱。第一管道10模拟十二指肠，第二管道40模拟小肠，第三管道70模拟大肠。
本发明的具体工作流程是：
将小肠泄压管41和大肠泄压管71加上单向泄压阀；
将十二指肠进液管11、进菌液管73和进液装置相连接；
将十二指肠进气管12，大肠进气管72和小肠进气管43和惰性气体起源连接；
打开十二指肠阀35和小肠阀66；
对十二指肠模组、小肠模组和大肠模组进行多次充气和挤压蠕动，使第一管道10、第二管道40和第三管道70中充满惰性气体；
关闭十二指肠阀35和小肠阀66；
食糜从第一管道10的进口端进入十二指肠模块中；
消化液从十二指肠进液管11按设定的流量流入第一管道10；
消化液和食糜在滚轮组件和十二指肠挤压机构的作用下充分混合；
经过一定的时间后十二指肠阀35打开，并保持打开状态一段时间，食糜和消化液的混合物部分流入小肠模组，随后十二指肠阀35关闭，并保持关闭状态一段时间，十二指肠阀35重复上述动作；
食糜和消化液混合物在小肠挤压蠕动机构的作用下按照一定的速度向第二管道40的末端移动，同时发生物理混合和生化反应；
经小肠模组消化后的产物在小肠吸收机构挤压和过滤，将部分液体分离出来；
打开小肠阀66，并保持打开状态一定时间，部分的液体和所有固体进入大肠模组，然后关闭小肠阀66，并保持关闭状态一段时间，小肠阀66重复上述动作；
菌液通过进菌液管73按一定的流量进入第三管道70并和小肠模组消化后的固液物质混合进行发酵。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，包括依次设置的十二指肠模块、小肠模块和大肠模块；所述十二指肠模块包括第一管道和挤压第一管道的十二指肠挤压机构；所述小肠模块包括第二管道、小肠挤压蠕动机构和小肠吸收机构；所述小肠挤压蠕动机构包括直线滑动组件和小肠挤压组件，所述直线滑动组件带动所述小肠挤压组件沿第二管道挤压；所述小肠吸收机构包括过滤器和挤压所述第二管道的小肠吸收挤压组件，所述过滤器设置在第二管道上并对所述第二管道内的样品固液分离，所述过滤器上设置有出液口；所述大肠模块包括第三管道和挤压所述第三管道的大肠挤压组件；所述第一管道、第二管道和第三管道依次连通设置。
2.如权利要求1所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述十二指肠模块还包括滚轮组件和十二指肠驱动机构，所述滚轮组件包括位于第一管道两侧的第一滚轮和第二滚轮，所述十二指肠驱动机构驱动第一滚轮和第二滚轮转动，所述第一滚轮与第二滚轮的转动方向相反。
3.如权利要求2所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述十二指肠驱动机构包括带传送组件、第一偏心轮和第二偏心轮，所述第一滚轮通过第一偏心轮与带传送组件连接，所述第二滚轮通过第二偏心轮与带传送结构连接，所述第一滚轮和第二滚轮皆为凹轮。
4.如权利要求3所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述十二指肠挤压机构包括位于第一管道两侧的第一压板和第二压板，所述第一压板与带传送组件间设置有第一传动机构；所述第二压板与带传送组件间设置有第二传动结构，所述第一传动机构和第二传动机构将带传送组件的转动动作转换成直线运动，所述带传送组件驱动第一压板和第二压板相向或背向运动以挤压第一管道。
5.如权利要求1所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，还包括第二背板，所述第二管道固定设置在第二背板上，所述第二管道包括依次连接的第一小肠管道、第二小肠管道、第三小肠管道、第四小肠管道和第五小肠管道，所述第一小肠管道、第二小肠管道、第三小肠管道和第四小肠管道呈Z字形分布。
6.如权利要求5所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述小肠挤压组件包括第一压轮、第二压轮、第三压轮、第四压轮、第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，所述第一气缸驱动第一压轮挤压所述第一小肠管道，所述第二气缸驱动第二压轮挤压所述第二小肠管道，所述第三气缸驱动第三压轮挤压所述第三小肠管道，所述第四气缸驱动所述第四压轮挤压第四小肠管道。
7.如权利要求5所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述小肠吸收挤压组件包括第五气缸、第六气缸、主动压板和被动压板，所述被动压板和主动压板分别位于第五小肠管道的两侧，所述被动压板固定设置在第二背板上，所述主动压板沿第五小肠管道方向设置有第一挤压端和第二挤压端，所述第五气缸与第一挤压端连接，所述第六气缸与第二挤压端连接。
8.如权利要求1所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述第一管道的管壁上还设置有十二指肠进液管和十二指肠进气管。
9.如权利要求1所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述十二指肠模块包括十二指肠阀，所述十二指肠阀包括第一夹板组件和第一阀门气缸，所述第一阀门气缸驱动第一夹板组件开合以打开或关闭第一管道。
10.如权利要求1所述的仿生人体十二指肠、小肠和大肠消化系统，其特征在于，所述第三管道上设置有进菌液管、大肠进气管和大肠泄压管。
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