CN114419972A - 一种体外模拟消化仪及其模拟消化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及体外完整消化道模拟技术领域，尤其涉及一种体外模拟消化仪及其模拟消化方法，包括人工胃腔，所述人工胃腔外侧包覆有加热层，所述人工胃腔侧壁内设有蠕动结构，所述人工胃腔内侧壁设有若干内壁褶皱；所述内壁褶皱内部设有溶液分泌结构；所述人工胃腔内腔设有温度传感器；所述加热层用于对所述人工胃腔内的食物进行于加热及保温；所述蠕动结构用于模拟胃的蠕动状态；所述溶液分泌结构用于模拟胃液的分泌。本发明可以实现精准模拟消化过程的目的，为后续营养学研究提供理论依据。

Description

一种体外模拟消化仪及其模拟消化方法

技术领域

本发明涉及体外完整消化道模拟技术领域，尤其涉及一种体外模拟消化仪及 其模拟消化方法。

背景技术

体外消化模型已被广泛应用到营养学、毒理学、生理学及微生物学等各领域 以及食品、药品、保健品等各个行业。用于研究食品消化过程中的物理化学变化、 食品在消化过程中相互作用、消化系统的工作机制、营养物质的利用率的提高、 功能食品的开发和应用以及微生态、药物和有毒物质在消化道内的代谢。

目前，人体体外消化模型已逐渐复杂化，国内外对利用体外消化模型进行相 关研究的认可度越来越高，但是相比较于体内条件，现有胃肠道模型依然相对简 单，在反馈机制建立及精确地激素控制等方面上处于空白状态，因此导致大部分 实验数据与体内实验的结果相关性较差。如果人体胃肠道模拟系统在现有基础上 通过计算机程序及软件开发建立起一套精确地反馈控制系统，同时将肠道对于营 养物的吸收机制引入体外消化模型，这将从真正意义上达到人体胃肠道体外模拟 的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种体外模拟消化仪及其模拟消化方法，以解决上述问 题，实现精准模拟消化过程的目的，为后续营养学研究提供理论依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种体外模拟消化仪，包括人工胃腔，所述人工胃腔外侧包覆有加热层，所 述人工胃腔侧壁内设有蠕动结构，所述人工胃腔内侧壁设有若干内壁褶皱；所述 内壁褶皱内部设有溶液分泌结构；所述人工胃腔内腔设有温度传感器；

所述加热层用于对所述人工胃腔内的食物进行于加热及保温；

所述蠕动结构用于模拟胃的蠕动状态；

所述溶液分泌结构用于模拟胃液的分泌。

优选的，所述蠕动结构包括若干组电磁铁，若干组所述电磁铁沿贲门向幽门 口方向分布，每组所述电磁铁的个数为奇数个，每组所述电磁铁呈半弧形分布在 所述人工胃腔的胃小弯侧壁内和胃大弯侧壁内。

优选的，胃小弯侧壁内的一组所述电磁铁对应胃大弯侧壁内的至少两组所述 电磁铁，所述电磁铁电性连接有电路控制模块。

优选的，所述内壁褶皱纹路与人体胃的内壁纹路相对应，所述溶液分泌结构 包括开设在所述人工胃腔侧壁内的若干管路，每个所述管路上连通有若干分支 管，若干所述分支管开设在所述内壁褶皱内，所述分支管侧壁连通有若干出液口， 所述出液口与所述人工胃腔内腔连通，所述出液口内设有防倒流结构，每个所述 管路连通有蠕动泵的出液端。

优选的，所述防倒流结构包括固定连接在所述出液口内壁的两个膜瓣，两个 所述膜瓣对称设置，两个所述膜瓣的相对端相互接触。

优选的，所述加热层为石墨烯柔性电热膜，所述加热层电性连接有温度控制 器。

优选的，所述温度传感器固定连接在所述人工胃腔内壁，所述温度传感器为 热敏电阻，所述温度传感器与所述温度控制器电性连接。

一种体外模拟消化仪模拟消化的方法，所述方法基于上述技术方案所述体外 模拟消化仪，具体包括如下步骤：

预热过程，为所述加热层通电，使所述人工胃腔的内腔达到设定温度，控制 加热层的温度，为所述人工胃腔的内腔进行保温；

加入试验材料，向所述人工胃腔内添加需要试验的食物，并通过所述溶液分 泌结构向所述人工胃腔内添加酸和/或碱；

模拟蠕动，控制所述蠕动结构，使所述人工胃腔模拟消化过程的胃蠕动；

取出消化物，从所述人工胃腔内取出消化后的食物，验证试验结果。

优选的，所述预热过程预热后的温度为38-41℃。

本发明具有如下技术效果：

通过加热层对人工胃腔进行加热和保温，然后将试验用食物放入至人工胃腔 内，然后控制溶液分泌结构加入试验用量的酸或碱，控制蠕动结构进行模拟消化 过程中的胃蠕动，结束后，将消化后的食物排出，进行检测，得到相应的实验结 果，为营养配比提供相关实验数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明人工胃腔截面结构示意图；

图3为本发明人工胃腔内壁结构示意图；

图4为本发明溶液分泌结构结构示意图；

图5为本发明出液口结构示意图；

图6为本发明中每组电磁铁对应关系图；

图7为本发明实施例二人工胃腔的局部结构图。

其中，1、加热层；101、管路；2、人工胃腔；3、电磁铁；4、内壁褶皱； 401、分支管；402、出液口；403、膜瓣；5、超声波换能器。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具 体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

参照图1-6所示，本实施例提供一种体外模拟消化仪，包括人工胃腔2，人 工胃腔2外侧包覆有加热层1，人工胃腔2侧壁内设有蠕动结构，人工胃腔2内 侧壁设有若干内壁褶皱4；内壁褶皱4内部设有溶液分泌结构；人工胃腔2内腔 设有温度传感器；

加热层1用于对人工胃腔2内的食物进行于加热及保温；

蠕动结构用于模拟胃的蠕动状态；

溶液分泌结构用于模拟胃液的分泌。

通过加热层1对人工胃腔2进行加热和保温，然后将试验用食物放入至人工 胃腔2内，然后控制溶液分泌结构加入试验用量的酸或碱，控制蠕动结构进行模 拟消化过程中的胃蠕动，结束后，将消化后的食物排出，进行检测，得到相应的 实验结果，为营养配比提供相关实验数据。

进一步优化方案，蠕动结构包括若干组电磁铁3，若干组电磁铁3沿贲门向 幽门口方向分布，每组电磁铁3的个数为奇数个，每组电磁铁3呈半弧形分布在 人工胃腔2的胃小弯侧壁内和胃大弯侧壁内。

进一步优化方案，胃小弯侧壁内的一组电磁铁3对应胃大弯侧壁内的至少两 组电磁铁3，电磁铁3电性连接有电路控制模块。

相邻的每个电磁铁3的磁极相反设置，每组相对的电磁铁3也采用相反磁极 的设置，电路控制模块可以选用PLC或单片机，也可以选择实现间隔供电以及电 极转换功能的控制器，电路控制模块电性连接有电源，通过电路控制模块控制对 应一组的电磁铁3通电，胃小弯侧壁内的一组电磁铁3和预期对应的胃大弯侧壁 内的电磁铁3之间相互吸引，从而使人工胃腔2的侧壁收缩，待上方的电磁铁3 通电后进行断电或反向供电，在人工胃腔2自身的弹力作用下或电磁铁3的排斥 力下，人工胃腔2侧壁恢复初始状态，此时控制下方的电磁铁3执行上述过程， 依次类推，最终使人工胃腔2的收缩蠕动与消化过程的蠕动情况相一致，实现模 拟消化的功能。

进一步优化方案，内壁褶皱4纹路与人体胃的内壁纹路相对应，溶液分泌结 构包括开设在人工胃腔2侧壁内的若干管路101，每个管路101上连通有若干分 支管401，若干分支管401开设在内壁褶皱4内，分支管401侧壁连通有若干出 液口402，出液口402与人工胃腔2内腔连通，出液口402内设有防倒流结构， 每个管路101连通有蠕动泵的出液端。

不同的蠕动泵连接相应的酸溶液或碱溶液存放盒，通过控制蠕动泵运行，蠕 动泵将酸溶液或碱溶液通过管路101、分支管401出液口402送入至人工胃腔2。

进一步优化方案，防倒流结构包括固定连接在出液口402内壁的两个膜瓣 403，两个膜瓣403对称设置，两个膜瓣403的相对端相互接触。

通过设置膜瓣403使得酸溶液或碱溶液只能单向进入至人工胃腔2内部，防 止人工胃腔2在蠕动过程中其内的溶液倒流回管路101内影响模拟消化结果。

进一步优化方案，加热层1为石墨烯柔性电热膜，加热层1电性连接有温度 控制器。

进一步优化方案，温度传感器固定连接在人工胃腔2内壁，温度传感器为热 敏电阻，温度传感器与温度控制器电性连接。

控制器可以选用PLC、单片机等，控制器先控制加热层1对人工胃腔2内进 行加热，温度传感器将检测到的人工胃腔2内温度传递给控制器，控制器控制加 热层1降低温度，实现对人工胃腔2内温度的保温。

一种体外模拟消化仪模拟消化的方法，该方法基于上述方案的体外模拟消化 仪，具体包括如下步骤：

预热过程，控制器先控制加热层1对人工胃腔2内进行加热，温度传感器将 检测到的人工胃腔2内温度传递给控制器，控制器控制加热层1降低温度，实现 对人工胃腔2内温度的保温，温度维持在38-41℃，可以根据实际试验情况对温 度进行适应性设定；

加入试验材料，向人工胃腔2内添加需要试验的食物，并控制蠕动泵运行， 蠕动泵将酸溶液或碱溶液，或酸和碱的混合溶液通过管路101、分支管401出液 口402送入至人工胃腔2；

模拟蠕动，相邻的每个电磁铁3的磁极相反设置，每组相对的电磁铁3也采 用相反磁极的设置，电路控制模块可以选用PLC或单片机，也可以选择实现间隔 供电以及电极转换功能的控制器，电路控制模块电性连接有电源，通过电路控制 模块控制对应一组的电磁铁3通电，胃小弯侧壁内的一组电磁铁3和预期对应的 胃大弯侧壁内的电磁铁3之间相互吸引，从而使人工胃腔2的侧壁收缩，待上方 的电磁铁3通电后进行断电或反向供电，在人工胃腔2自身的弹力作用下或电磁 铁3的排斥力下，人工胃腔2侧壁恢复初始状态，此时控制下方的电磁铁3执行 上述过程，依次类推，最终使人工胃腔2的收缩蠕动与消化过程的蠕动情况相一 致，实现模拟消化的功能；

取出消化物，从人工胃腔2内取出消化后的食物，验证试验结果。

实施例二：

参照图7所示，本实施例的模拟消化仪与实施例一的区别仅在于，人工胃腔 2的侧壁内嵌设有若干超声波换能器5，超声波换能器5电性连接有电源，当模 拟消化完成后需要对人工胃腔2进行清洗时，停止对电磁铁3供电，在人工胃腔 2内部加入清水，接通电源，使超声波换能器5运行，超声波换能器5将超声波 传递至人工胃腔2内部的清水中，实现对人工胃腔2内部的清洗，清洗掉人工胃 腔2内部的残留物，避免残留物影响下一次试验结果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发 明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构 造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围 进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的 技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围 内。

Claims (9)

1.一种体外模拟消化仪，其特征在于，包括人工胃腔(2)，所述人工胃腔(2)外侧包覆有加热层(1)，所述人工胃腔(2)侧壁内设有蠕动结构，所述人工胃腔(2)内侧壁设有若干内壁褶皱(4)；所述内壁褶皱(4)内部设有溶液分泌结构；所述人工胃腔(2)内腔设有温度传感器；

所述加热层(1)用于对所述人工胃腔(2)内的食物进行于加热及保温；

所述蠕动结构用于模拟胃的蠕动状态；

所述溶液分泌结构用于模拟胃液的分泌。

2.根据权利要求1所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，所述蠕动结构包括若干组电磁铁(3)，若干组所述电磁铁(3)沿贲门向幽门口方向分布，每组所述电磁铁(3)的个数为奇数个，每组所述电磁铁(3)呈半弧形分布在所述人工胃腔(2)的胃小弯侧壁内和胃大弯侧壁内。

3.根据权利要求2所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，胃小弯侧壁内的一组所述电磁铁(3)对应胃大弯侧壁内的至少两组所述电磁铁(3)，所述电磁铁(3)电性连接有电路控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，所述内壁褶皱(4)纹路与人体胃的内壁纹路相对应，所述溶液分泌结构包括开设在所述人工胃腔(2)侧壁内的若干管路(101)，每个所述管路(101)上连通有若干分支管(401)，若干所述分支管(401)开设在所述内壁褶皱(4)内，所述分支管(401)侧壁连通有若干出液口(402)，所述出液口(402)与所述人工胃腔(2)内腔连通，所述出液口(402)内设有防倒流结构，每个所述管路(101)连通有蠕动泵的出液端。

5.根据权利要求4所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，所述防倒流结构包括固定连接在所述出液口(402)内壁的两个膜瓣(403)，两个所述膜瓣(403)对称设置，两个所述膜瓣(403)的相对端相互接触。

6.根据权利要求1所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，所述加热层(1)为石墨烯柔性电热膜，所述加热层(1)电性连接有温度控制器。

7.根据权利要求6所述的一种体外模拟消化仪，其特征在于，所述温度传感器固定连接在所述人工胃腔(2)内壁，所述温度传感器为热敏电阻，所述温度传感器与所述温度控制器电性连接。

8.一种体外模拟消化仪模拟消化的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-7任一项所述体外模拟消化仪，具体包括如下步骤：

预热过程，为所述加热层(1)通电，使所述人工胃腔(2)的内腔达到设定温度，控制加热层(1)的温度，为所述人工胃腔(2)的内腔进行保温；

加入试验材料，向所述人工胃腔(2)内添加需要试验的食物，并通过所述溶液分泌结构向所述人工胃腔(2)内添加酸和/或碱；

模拟蠕动，控制所述蠕动结构，使所述人工胃腔(2)模拟消化过程的胃蠕动；

取出消化物，从所述人工胃腔(2)内取出消化后的食物，验证试验结果。

9.根据权利要求8所述的一种体外模拟消化仪模拟消化的方法，其特征在于，所述预热过程预热后的温度为38-41℃。

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