CN205264217U - 仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，包括胃消化系统、十二指肠消化系统、流加-排空装置和保温盒，流加-排空装置朝向胃消化系统输送胃液，朝向十二指肠消化系统输送胆汁和胰液，胃消化系统和十二指肠消化系统相互连通。本实用新型具有较真实的模拟结果，与活鼠的消化过程极其相似，具有很好的应用价值。

Description

仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置

技术领域

本实用新型涉及仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，该消化系统模拟装置能用于在体外仿生多种不同类型和结构的食物及药物在真实鼠胃内的混合、研磨、消化和排空过程。

背景技术

目前任何一种新的功能性食品和药物在投入市场被消费者和患者信任和接受之前，必须要进行严格的营养价值、毒理、药理等方面的实验和评价。而要评估其营养物质及有效活性成分在胃肠道内的释放率和利用率，首先要了解它们在胃内的消化和排空过程，认识其在体内的营养输送过程，从而改善食品和药物的加工方法或构建新的功能性食品，有效提高营养成分的消化吸收及药物的利用率。此外，随着食品安全问题日益突出，这对有效、快速、便捷的检测食品添加剂和有毒有害成分在体内的残留技术提出了新的挑战。

研究功能性食品和药物在胃肠道中的消化、排空及有效活性成分过程，以及有毒有害物质在体内的残留，其传统方法主要诉诸于动物活体和人体志愿者临床试验。由于活体或者临床实验对象的选择受到限制，而且因为生物个体生理（包括性别、年龄、病史等）差异、结构差异以及环境因素对生物体状态的影响，致使活体和临床试验费时费力、成本高、重现性差，并且还会受到伦理方面的限制。体外仿生消化道，是对人体或动物的消化系统及其消化环境、消化道内的流体动态行为进行仿生模拟的装置，不仅没有伦理方面的限制，而且可以完全或部分代替活体和临床试验，或者作为“前测试”来预测体内试验情况及优化活体试验条件，从而达到降低成本、节约时间、提高重复性和准确性的目的。

近年来，研究者们开发了多种体外消化系统模型，用于研究食物消化过程中的物理化学变化、食物之间相互作用、肠道益生菌存活率、功能性食品的开发和应用以及药物和有毒有害物质在胃肠道内的残留和代谢过程。当前的体外消化系统模型按照弹性大小可分为刚性系统、半刚性系统和柔性系统。刚性体外胃或肠道模型利用烧杯等简单容器通过搅拌器械或摇床震荡设备来驱动胃内容物混合，简便廉价、驱动（转速）可控，但缺乏对胃或肠道的生理形态、胃或肠内理化环境、胃壁或肠壁运动及流体动力学行为的有效模拟。因而，近年来研究者们更倾向于研究具有胃和肠道生理形态特征、胃壁和肠壁可运动、胃液、肠液和食糜连续分泌和排空等更为复杂、更接近真实胃和肠道的动态体外仿生胃消化系统。目前应用比较广泛的体外消化系统主要包括由英国利兹海德食品研究所研制的DGM (Dynamic Gastric Model)、荷兰TNO营养与食品研究所的TIM (TNO Intestinal Model) 和美国加州大学戴维斯分校的HGS (Human Gastric Simulator)。这三种经典的体外消化系统各有优劣，可以有效模拟胃肠道中的物理和化学环境，重现部分食物或药物在胃肠道中的消化、排空及有效活性成分释放行为。但是它们都不具备真实胃或肠道的形态和生理结构的细节（大小、胃内壁褶皱等），无法重现食物在真实胃内的分布及消化、排空顺序，而且缺乏对胃壁或肠壁蠕动收缩的有效模拟。此外，这些系统构造复杂，造价成本较高，拆卸和清洗不便；由于伦理限制无法方便获取人体胃肠道有关的生理学参数，致使不能有效验证上述系统的有效性和科学性。

为此，构建一种具有真实胃和肠道的形态和生理细节、能有效模拟胃壁和肠壁蠕动收缩且造价便宜、操作简单的动态仿生胃-十二指肠消化系统将会具有广泛的应用价值。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型公开了一种仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其具体技术方案如下：

仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，该模拟装置用于模拟食物样品在鼠的胃里经过胃液消化后再经过胰液和胆汁在十二指肠中的消化，用于研究消化过程中和最终的食糜变化，该模拟装置包括胃消化系统、十二指肠消化系统、流加-排空装置和保温盒，所述胃消化系统、十二指肠消化系统和流加-排空装置均位于保温盒中，流加-排空装置朝向胃消化系统输送胃液，朝向十二指肠消化系统输送胆汁和胰液，胃消化系统和十二指肠消化系统相互连通，

所述胃消化系统包括仿生鼠胃模型和电动压缩-滚动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中装有食物样品，所述电动压缩-滚动挤压器械用于滚动挤压仿生鼠胃模型，仿生鼠胃模型产生模拟胃收缩-滚动消化动作；

所述十二指肠消化系统包括仿生十二指肠模型管和电动蠕动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中的食物样品经过仿生鼠胃模型消化后排放到仿生十二指肠模型管中，所述电动蠕动挤压器械用于蠕动挤压仿生十二指肠模型管，仿生十二指肠模型管产生模拟十二指肠蠕动消化的动作；

所述流加-排空装置包括单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，所述单通道注射泵A通过胃液管连通仿生鼠胃模型，单通道注射泵A朝向仿生鼠胃模型中输送胃液，所述单通道注射泵B通过胰液管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵C通过胆汁管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵B朝向仿生十二指肠模型管中输送胰液，单通道注射泵C朝向仿生十二指肠模型管中输送胆汁；

所述仿生十二指肠模型管的自由端设置有食糜收集瓶，所述食糜收集瓶用于收集从仿生十二指肠模型管中排出的食糜。

所述仿生鼠胃模型为利用真实的饱腹大小的鼠胃通过翻模制作成型，使用“Dragon Skin®”加成型硅橡胶制作而成，所述仿生鼠胃模型的大小、形状和内部结构与真实大鼠胃一致，以界限脊为界，分为前胃和腺胃，前胃内壁光滑，腺胃内壁充满褶皱，前胃连通食管，食管内安装有硅胶瓣膜管，腺胃连通幽门管和胃液分泌管，所述胃液分泌管连通单通道注射泵A，所述幽门管连通仿生十二指肠模型管，食物样品从食管进入仿生鼠胃模型，食物经仿生鼠胃模型消化后变成食糜从幽门管排出至仿生十二指肠模型管。

所述电动压缩-滚动挤压器械包括步进电机、支架、偏心轮、频率控制器、角板、皮带、皮带轮、锥齿轮、压板、固定板、支撑板和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上设置有两个固定板，所述两个固定板之间固定有支撑板，所述仿生鼠胃模型安装在支撑板上，每个固定板上安装有一个步进电机，步进电机的一个端部通过锥齿轮连接偏心轮，偏心轮转动过程中带动压板对前胃进行上下垂直的压缩，所述固定板还设置有呈三角形分布的三个皮带轮，所述皮带轮上套有皮带，其中一个皮带轮有步进电机驱动，步进电机带动皮带进而驱动偏心轮对腺胃进行从胃窦往幽门方向滚动挤压，所述频率控制器与步进电机连接，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节仿生鼠胃模型受到压缩和滚动挤压频率及振幅。

所述仿生十二指肠模型管的长度和内径与真实鼠十二指肠的长度和内径尺寸相等，幽门管和仿生十二指肠模型管通过“K”字形状的四通管连接，所述“K”字形状的四通管的“I”部分的一端与幽门管相连，另一端与仿生十二指肠模型管相连，“K”字形状的四通管的“＜”部分的一端通过胰液管与单通道注射泵B相连，另一端通过胆汁管与单通道注射泵C相连。

所述体外电动蠕动挤压器械包括步进电机、偏心轮、频率控制器、锥齿轮、固定轮、支撑板、固定板、皮带、皮带轮和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上固定固定板，所述固定板上设置若干个固定轮，所述仿生十二指肠模型管依次弯曲经过每个固定轮，所述固定板的一侧设置有两台步进电机，所述每台步进电机均通过锥齿轮连接偏心轮，所述偏心轮对仿生十二指肠模型管进行分段交错式蠕动挤压，所述频率控制器连接步进电机，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节偏心轮对仿生十二指肠模型管的蠕动挤压频率。

所述仿生十二指肠模型管的食糜进入端设置有蠕动泵。

所述保温盒内设置有用于加热保温盒内空气的加热灯和用于对保温盒内进行照明照明灯，所述保温盒内还设置有用于监测保温盒内部的实时温度的数显温控器，所述保温盒的一侧设置有滑动门。

应用上述任一所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置的模拟实验方法，包括如下步骤：

（1）调整保温盒内的室温：打开保温盒内的加热灯和数显温控器，待保温盒内的温度维持在37℃时，关闭加热灯；

（2）灌装胃液、胰液和胆汁：取一根胃液管，在其中灌装满胃液，然后将胃液管的一端与单通道注射泵A接通，另一端与幽门管接通，另取一根胰液管和一根胆汁管，在胰液管中灌装满胰液，胰液管的一端与单通道注射泵B接通，在胆汁管中灌装满胆汁，胆汁管的一端与单通道注射泵C接通，胰液管的另一端和胆汁管的另一端“K”字形状的四通管接通；

（3）制备食物样品：取食物置于装有去离子水的容器中，充分搅拌后，加入鼠唾液，然后磁力搅拌，以模拟食物在鼠口腔内的消化过程；

（4）给仿生鼠胃模型注射胃液：用注射器向仿生鼠胃模型注入模拟胃液，以模拟大鼠胃禁食状态时胃液残留；

（5）向仿生鼠胃模型注入食物样品：将步骤（3）中制备得到的食物样品从食道一次性注射到仿生鼠胃模型中，将硅胶瓣膜管与食管出口相连接，防止胃内食物溢出，并保持胃内稳压；

（6）模拟仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管的消化过程：启动频率控制器，电动压缩-滚动挤压器械开始对仿生大鼠胃模型的前胃进行垂直上下压缩，同时对腺胃从胃窦往幽门方向的滚动挤压，通过单通道注射泵A将胃液推送到仿生鼠胃模型中，通过单通道注射泵B将胰液推送到仿生十二指肠模型管中，通过单通道注射泵C将胆汁推送到仿生十二指肠模型管中，胰液和胆汁以及从仿生鼠胃模型排出的食糜通过蠕动泵输送到仿生十二指肠模型管中，电动蠕动挤压器械对仿生十二指肠模型管进行分段蠕动挤压，最终将食糜从仿生十二指肠模型管中排出，被收集瓶收集；

（7）分时间段记录消化过程：在步骤（6）所述消化过程中，消化过程分成若干个时间段，每个时间段内停止一次频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，取出仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管，分别收集仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管内的消化物，分别测定和记录其pH、麦芽糖浓度、胃排空速率、储能模量、损耗模量、动态粘度和表观粘度，以及观察微观结构，然后将食糜再次放回仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管中，将仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管放回装置中，打开频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，继续实验，直到食糜全部从仿生十二指肠模型管中排出，并测定和记录最终排出食糜的pH、麦芽糖浓度、胃排空速率、储能模量、损耗模量、动态粘度和表观粘度，以及观察微观结构；

（8）清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管：实验结束后，及时用去离子水清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管。

所述步骤（7）中微观结构通过激光共聚焦显微镜CSLM和扫描电镜SEM观察。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型，利用真实的饱腹状态下鼠胃的规格制作仿生鼠胃模型的石蜡模具，制作出来的仿生鼠胃模型能较为真实地模拟鼠胃。本实用新型，利用电动压缩-滚动挤压器械对仿生鼠胃模型的进行前胃进行上下垂直的压缩，对腺胃进行从胃窦往幽门方向滚动挤压，能更真实地模拟鼠胃真实的消化动作。

本实用新型，仿生十二指肠模型管的规格与真实鼠的十二指肠规格一致，提高模拟实验的真实性。本实用新型，利用体外电动蠕动挤压器械对仿生十二指肠模型管进行蠕动挤压，模拟食糜在鼠十二指肠中的消化变化过程。

本实用新型，将经过鼠唾液消化后的食物样品依次仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管，能够更真实地模拟食物样品在鼠的胃和十二指肠中连续的消化过程。

本实用新型的有益效果是：

1.由于包括鼠的胃消化系统和十二指肠消化系统两大部分，因而本实用新型能够比较全面的模拟食物在胃和十二指肠中的完整消化过程，能够动态且精确的重现真实大鼠胃内的消化环境；

2.仿生鼠胃模型采用高弹性、高稳定性、高透明度的加成型硅橡胶原料，通过真实鼠胃1:1翻模制作，具备真实大鼠胃的形态、大小和生理结构的细节（内壁褶皱等）；

3.仿生十二指肠模型管采用硅胶软管制作，其长度和内径尺寸与真实鼠十二指肠类似；

4.电动压缩-滚动挤压器械及体外电动蠕动挤压器械均能够高度近似的重现真实鼠胃及十二指肠的蠕动收缩频率和振幅，并且能够模拟真实鼠胃胃壁和肠壁的蠕动收缩形式；

5.采用单通道注射泵A、单通道注射泵B、单通道注射泵C及蠕动泵，能够精确模拟胃液、胰液和胆汁的分泌速率及食糜的排空速率；

6.本实用新型体积小、造价便宜、操作简单、清洗方便，能够用于对食品和药品的消化进行体外研究。

附图说明

图1是本实用新型的仿生鼠胃模型结构示意图，

图2是本实用新型的胃消化系统结构示意图，

图3是图2的E向视图，

图4是图3的F向视图，

图5是本实用新型的十二指肠消化系统结构示意图，

图6是图5的G向视图，

图7是图5的H向视图，

图8是本实用新型的结构示意图，

附图标记列表：1—前胃，2—腺胃，3—幽门管，4—食管，5—胃液管，6—四通管，7—胰液管，8—胆汁管，9—仿生十二指肠模型管，10—底座，11—支架，12—固定板，13—偏心轮，14—仿生鼠胃模型，15—锥齿轮，16—皮带轮，17—皮带，18—步进电机，19—蠕动泵，20—单通道注射泵A，21—单通道注射泵B，22—单通道注射泵C，23—频率控制器，24—食糜收集瓶，M—电动压缩-滚动挤压器械，N—电动蠕动挤压器械。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

图8是本实用新型的结构示意图，图中附图标记为：19—蠕动泵，20—单通道注射泵A，21—单通道注射泵B，22—单通道注射泵C，23—频率控制器，24—食糜收集瓶，M—电动压缩-滚动挤压器械，N—电动蠕动挤压器械。结合附图可见，本仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，该模拟装置用于模拟食物在鼠的胃里经过胃液消化后再经过胰液和胆汁在十二指肠中的消化，用于研究消化过程中和最终的食糜变化，该模拟装置包括胃消化系统、十二指肠消化系统、流加-排空装置和保温盒，所述胃消化系统、十二指肠消化系统和流加-排空装置均位于保温盒中，流加-排空装置朝向胃消化系统输送胃液，朝向十二指肠消化系统输送胆汁和胰液，胃消化系统和十二指肠消化系统相互连通，本实用新型，食物依次经过胃消化系统和十二指肠消化系统，模仿这两大消化系统的消化。

所述胃消化系统包括仿生鼠胃模型和电动压缩-滚动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中装有食物，所述电动压缩-滚动挤压器械用于滚动挤压仿生鼠胃模型，仿生鼠胃模型产生模拟胃收缩-滚动消化动作； 电动压缩-滚动挤压器械滚动挤压仿生鼠胃模型，模拟仿生鼠胃模型自行蠕动消化过程。

所述十二指肠消化系统包括仿生十二指肠模型管和电动蠕动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中的食物经过仿生鼠胃模型消化后排放到仿生十二指肠模型管中，所述电动蠕动挤压器械用于蠕动挤压仿生十二指肠模型管，仿生十二指肠模型管产生模拟十二指肠蠕动消化的动作；电动蠕动挤压器械对仿生十二指肠模型管挤压，模拟仿生十二指肠模型管的自行消化过程。

所述流加-排空装置包括单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，所述单通道注射泵A通过胃液管连通仿生鼠胃模型，单通道注射泵A朝向仿生鼠胃模型中输送胃液，所述单通道注射泵B通过胰液管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵C通过胆汁管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵B朝向仿生十二指肠模型管中输送胰液，单通道注射泵C朝向仿生十二指肠模型管中输送胆汁；胃液、胰液和胆汁为了满足模拟更真实的消化过程。

流加-排空装置中所述的单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C由保定兰格恒流泵有限公司生产，型号为TJ-3A/W0109-1B，可安装mL规格的多种标准注射器，其线速度范围为7.94 μm.min^-1 - 79.4 mm.min^-1。

所述仿生十二指肠模型管的自由端设置有食糜收集瓶，所述食糜收集瓶用于收集从仿生十二指肠模型管中排出的食糜。收集瓶收集食糜，不仅防止食糜污染实验台，也便于进一步研究食糜。

图1是本实用新型的仿生鼠胃模型结构示意图，附图标记为：1—前胃，2—腺胃，3—幽门管，4—食管，5—胃液管，6—四通管，7—胰液管，8—胆汁管，9—仿生十二指肠模型管。结合该附图可见，所述仿生鼠胃模型为利用真实的饱腹大小的鼠胃通过翻模制作成型，使用“Dragon Skin®”加成型硅橡胶制作而成，所述仿生鼠胃模型的大小、形状和内部结构与真实大鼠胃一致，以界限脊为界，分为前胃和腺胃，前胃内壁光滑，腺胃内壁充满褶皱，前胃连通食管，食管长度为5 cm，食管内安装有硅胶瓣膜管，腺胃连通幽门管和胃液分泌管，所述胃液分泌管连通单通道注射泵A，所述幽门管连通仿生十二指肠模型管，食物从食管进入仿生鼠胃模型，经仿生鼠胃模型消化成食糜后从幽门管排出至仿生十二指肠模型管。

“Dragon Skin®”高性能A、B双组份加成型硅橡胶，使用该材料制作的仿生大鼠胃硅橡胶模型呈半透明、不溶于、不与酸碱反应、无粘性、抗拉强度高达475 psi，失去外力作用能迅速回弹恢复原样。

仿生鼠胃模型的长×宽×高分别为：40 (±3)×30（±2）×21（±2）mm，最大储水体积为9.0 ±0.8 mL。

前胃和腺胃的胃壁厚度分别为0.65±0.15 mm和1.22±0.25 mm。

食管的内径和外径分别是3.0±0.2 mm和5.0±0.2 mm。

硅胶瓣膜管的内径和外径分别是4.8±0.2 mm和7.0±0.2 mm，内部有两片瓣膜以“V”型粘于瓣膜管内壁，两片瓣膜交界处相互接触但不粘连。

图2是本实用新型的胃消化系统结构示意图，图3是图2的E向视图，图4是图3的F向视图，图中附图标记为：10—底座，11—支架，12—固定板，13—偏心轮，14—仿生鼠胃模型，15—锥齿轮，16—皮带轮，17—皮带，18—步进电机。结合该三幅附图可见，所述电动压缩-滚动挤压器械包括步进电机、支架、偏心轮、频率控制器、角板、皮带、皮带轮、锥齿轮、压板、固定板、支撑板和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上设置有两个固定板，所述两个固定板之间固定有支撑板，所述仿生鼠胃模型安装在支撑板上，每个固定板上安装有一个步进电机，步进电机的一个端部通过锥齿轮连接偏心轮，偏心轮转动过程中带动压板对前胃进行上下垂直的压缩，所述固定板还设置有呈三角形分布的三个皮带轮，所述皮带轮上套有皮带，其中一个皮带轮有步进电机驱动，步进电机带动皮带进而驱动偏心轮对腺胃进行从胃窦往幽门方向滚动挤压，所述频率控制器与步进电机连接，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节仿生鼠胃模型受到压缩和滚动挤压频率及振幅。

所述的角板、压板、支撑板和底座都是优质铝板材质，表面经过防锈处理，固定板为亚克力材质，厚度为1.0±0.2cm。

所述的步进电机转速的转速可调范围为0-10 rpm。

所述的压缩振幅可调范围为0-10 mm，滚动挤压振幅可调范围为0-5 mm。

所述仿生十二指肠模型管的长度和内径与真实鼠十二指肠的长度和内径尺寸相等，幽门管和仿生十二指肠模型管通过“K”字形状的四通管连接，所述“K”字形状的四通管的“I”部分的一端与幽门管相连，另一端与仿生十二指肠模型管相连，“K”字形状的四通管的“＜”部分的一端通过胰液管与单通道注射泵B相连，另一端通过胆汁管与单通道注射泵C相连。

所述的体外仿生十二指肠硅胶软管的内径和外径分别为3.0±0.1 mm和6.0±0.2 mm。

所述的K”型四通管的“I”部分硅胶管的内径和外径分别是4.8±0.2 mm和7.0±0.2 mm；“＜”部分硅橡胶小管的内径和外径分别是1.0±0.1 mm和2.0±0.1 mm ；

胰液管和胆汁管的内径和外径分别为3.0±0.2 mm和5.0±0.2 mm。

图5是本实用新型的十二指肠消化系统结构示意图，图6是图5的G向视图，图7是图5的H向视图，结合该三幅附图可见，所述体外电动蠕动挤压器械包括步进电机、偏心轮、频率控制器、锥齿轮、固定轮、支撑板、固定板、皮带、皮带轮和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上固定固定板，所述固定板上设置若干个固定轮，所述仿生十二指肠模型管依次弯曲经过每个固定轮，所述固定板的一侧设置有两台步进电机，所述每台步进电机均通过锥齿轮连接偏心轮，所述偏心轮对仿生十二指肠模型管进行分段交错式蠕动挤压，所述频率控制器连接步进电机，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节偏心轮对仿生十二指肠模型管的蠕动挤压频率。

所述的支撑板和底座都是优质铝板材质，表面经过防锈处理，固定板为亚克力材质，厚度为1.0±0.2 cm。

所述的步进电机转速的转速可调范围为0-20 rpm。

所述的偏心轮与固定轮并行排列，四个固定轮竖直排列，四个偏心轮两两分别固定在其左右两侧，十二指肠模型中的硅胶软管交错夹在偏心轮与固定轮之间。

所述仿生十二指肠模型管的食糜进入端设置有蠕动泵。蠕动泵型号为104K/BT（stepper motor），由重庆杰恒蠕动泵有限公司生产，可以装配1mm和1.6 mm两种壁厚软管，内径1～4.8 mm，流量控制范围为0-140 mL.min^-1.

所述保温盒内设置有用于加热保温盒内空气的加热灯和用于对保温盒内进行照明照明灯，所述保温盒内还设置有用于监测保温盒内部的实时温度的数显温控器，所述保温盒的一侧设置有滑动门。保温盒的形状为长方体，选用PC板制作而成，长×宽×高为85×55×50 cm。加热灯的功率均为100 W，从室温（25^oC）加热至37^oC需要15min。滑动门均由亚克力板裁剪制作，长和宽分别为42cm和50 cm。

应用上述任一所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置的模拟实验方法，包括如下步骤：

（1）调整保温盒内的室温：打开保温盒内的加热灯和数显温控器，待保温盒内的温度维持在37℃时，关闭加热灯；

（2）灌装胃液、胰液和胆汁：取一根胃液管，在其中灌装满胃液，然后将胃液管的一端与单通道注射泵A接通，另一端与幽门管接通，另取一根胰液管和一根胆汁管，在胰液管中灌装满胰液，胰液管的一端与单通道注射泵B接通，在胆汁管中灌装满胆汁，胆汁管的一端与单通道注射泵C接通，胰液管的另一端和胆汁管的另一端“K”字形状的四通管接通；

（3）制备食物样品：取食物置于装有去离子水的容器中，充分搅拌后，加入鼠唾液，然后磁力搅拌，以模拟食物在鼠口腔内的消化过程；

（4）给仿生鼠胃模型注射胃液：用注射器向仿生鼠胃模型注入模拟胃液，以模拟大鼠胃禁食状态时胃液残留；

（5）向仿生鼠胃模型注入食物样品：将步骤（3）中制备得到的食物样品从食道一次性注射到仿生鼠胃模型中，将硅胶瓣膜管与食管出口相连接，防止胃内食物溢出，并保持胃内稳压；

（6）模拟仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管的消化过程：启动频率控制器，电动压缩-滚动挤压器械开始对仿生大鼠胃模型的前胃进行垂直上下压缩，同时对腺胃从胃窦往幽门方向的滚动挤压，通过单通道注射泵A将胃液推送到仿生鼠胃模型中，通过单通道注射泵B将胰液推送到仿生十二指肠模型管中，通过单通道注射泵C将胆汁推送到仿生十二指肠模型管中，胰液和胆汁以及从仿生鼠胃模型排出的食糜通过蠕动泵输送到仿生十二指肠模型管中，电动蠕动挤压器械对仿生十二指肠模型管进行分段蠕动挤压，最终将食糜从仿生十二指肠模型管中排出，被收集瓶收集；

（7）分时间段记录消化过程：在步骤（6）所述消化过程中，消化过程分成若干个时间段，每个时间段内停止一次频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，取出仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管，分别收集仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管内的消化物，分别测定和记录其pH、麦芽糖浓度、胃排空速率、储能模量、损耗模量、动态粘度和表观粘度，以及观察微观结构，然后将食糜再次放回仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管中，将仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管放回装置中，打开频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，继续实验，直到食糜全部从仿生十二指肠模型管中排出，并测定和记录最终排出食糜的pH、麦芽糖浓度、胃排空速率、储能模量、损耗模量、动态粘度和表观粘度，以及观察微观结构；

（8）清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管：实验结束后，及时用去离子水清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管。

所述步骤（7）中微观结构通过激光共聚焦显微镜CSLM和扫描电镜SEM观察。

下面针对本实用新型举具体实施例：

实施例1：

采用如图所示的动态仿生鼠胃-十二指肠消化系统装置模拟生米颗粒在大鼠胃内的混合、研磨和消化过程，通过检测胃内容物的pH、粒径分布和消化产物—麦芽糖浓度，并与体内活鼠实验结果进行比较，从而验证该装置的有效性。其具体操作过程如下：

（1）按照本实用新型装置，将本实用新型装置组装完整；

（2）调整保温盒内的室温：打开保温盒内的加热灯和数显温控器，待保温盒内的温度维持在37℃时，关闭加热灯；

（3）灌装胃液：取一根胃液管，在其中灌装满胃液，然后将胃液管的一端与单通道注射泵A接通，另一端与幽门管接通；

（4）制备食物样品：称取3.39 g不同初始粒径范围的米粒（d<0.6 mm:2.03 g；0.60<d<0.85 mm：0.66 g；d>0.85 mm：0.70 g）和2.15 g去离子水于一15 mL小烧杯内，然后加入1.15 mL模拟大鼠唾液淀粉酶溶液（37℃），磁力搅拌1 min (60 rpm)，以模拟米粒在大鼠口腔内的咀嚼过程；

（5）给仿生鼠胃模型注射胃液：用注射器向仿生鼠胃模型注入0.6 mL模拟胃液，以模拟大鼠胃禁食状态时胃液残留；

（6）向仿生鼠胃模型注入食物：将步骤（4）中制备得到的食物从食道一次性注射到仿生鼠胃模型中，将硅胶瓣膜管与食管出口相连接，防止胃内食物溢出，并堵住幽门管，以模拟食物在胃内没有排空时的消化过程；

（7）模拟食物在仿生鼠胃模型内的消化过程：启动频率控制器，电动压缩-滚动挤压器械开始对仿生大鼠胃模型的前胃进行垂直上下压缩，同时对腺胃从胃窦往幽门方向的滚动挤压，通过单通道注射泵A将胃液推送到仿生鼠胃模型中；

（8）分时间段记录消化过程：在步骤（6）所述消化过程中，消化过程分成四个时间段，依次为开始消化30min、60min、120min和180min，每个时间段结束后停止频率控制器和单通道注射泵A，取出仿生鼠胃模型，并收集仿生鼠胃模型内的消化物，分别测定和记录其pH、粒径分布和麦芽糖浓度；

（9）清洗仿生鼠胃模型：实验结束后，及时用去离子水清洗仿生鼠胃模型。

上述实验结果显示，生米粒在消化不同时间后，胃内消化物的pH、粒径分布和麦芽糖浓度与体内活鼠实验结果一致，均没有显著性差异（P>0.05）。体内活鼠实验和体外实验结果相比，pH都随着消化时间增加先上升后逐渐降低至2.85左右。消化180 min后，较大粒径（d>0.85 mm）的米粒比例均随着消化时间的增加逐渐降低，由初始的18%降低至5%；小粒径 (d<0.60 mm)比例逐渐升高，由初始的62%上升至80%；中等粒径（0.60<d<0.85 mm）比例没有明显变化。

无论在该动态仿生鼠胃消化系统装置还是在体内活鼠实验内，麦芽糖浓度均随着消化时间的增加呈“S”形累加，180 min时刻的麦芽糖浓度分别为102 mg.mL^-1和125 mg.mL^-1，但差异性不显著（P>0.05）。并且麦芽糖浓度的相对增加值随消化时间的变化趋势二者保持高度一致。此外，体外实验测得的实验数据的相对误差明显低于体内实验数据。

实施例2：

采用如图所示的动态仿生鼠胃-十二指肠消化系统装置模拟含有10%果胶的小麦淀粉颗粒在大鼠胃和十二指肠内的混合、研磨、消化及排空过程，通过检测胃内容物的pH、麦芽糖浓度、淀粉水解率、胃排空速率、流变学性质及微观结构，并与体内活鼠实验及相关文献结果进行比较，从而进一步验证该装置的有效性，并探究可溶性膳食纤维果胶对小麦淀粉在胃肠道内消化和排空的影响。其具体操作过程如下：

（1）按照本实用新型装置，将本实用新型装置组装完整；

（2）调整保温盒内的室温：打开保温盒内的加热灯和数显温控器，待保温盒内的温度维持在37℃时，关闭加热灯；

（3）灌装胃液、胰液和胆汁：取一根胃液管，在其中灌装满胃液，然后将胃液管的一端与单通道注射泵A接通，另一端与幽门管接通，另取一根胰液管和一根胆汁管，在胰液管中灌装满胰液，胰液管的一端与单通道注射泵B接通，在胆汁管中灌装满胆汁，胆汁管的一端与单通道注射泵C接通，胰液管的另一端和胆汁管的另一端“K”字形状的四通管接通；

（4）制备食物样品：

对照组：取3.5 g（干重）小麦淀粉置于装有6.5 mL去离子水的容器中，充分搅拌后，配置干物质含量为35%的溶液，然后加入大鼠模拟唾液，然后磁力搅拌1分钟(60 rpm)，以模拟食物在鼠口腔内的消化过程；

实验组：取3.5 g（干重）含有10%果胶粉末的小麦淀粉置于装有6.5 mL去离子水的容器中，充分搅拌后，配置干物质含量为35%的溶液，然后加入大鼠模拟唾液，然后磁力搅拌1分钟(60 rpm)，以模拟食物在鼠口腔内的消化过程；

（5）给仿生鼠胃模型注射胃液：用注射器向仿生鼠胃模型注入模拟胃液，以模拟大鼠胃禁食状态时胃液残留；

（6）向仿生鼠胃模型注入食物样品：将步骤（4）中制备得到的对照组或者实验组食物样品从食道一次性注射到仿生鼠胃模型中，将硅胶瓣膜管与食管出口相连接，防止胃内食物溢出，并保持胃内稳压；

（7）模拟仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管的消化过程：启动频率控制器，电动压缩-滚动挤压器械开始对仿生大鼠胃模型的前胃进行垂直上下压缩，同时对腺胃从胃窦往幽门方向的滚动挤压，通过单通道注射泵A将胃液推送到仿生鼠胃模型中，通过单通道注射泵B将胰液推送到仿生十二指肠模型管中，通过单通道注射泵C将胆汁推送到仿生十二指肠模型管中，胰液和胆汁以及从仿生鼠胃模型排出的食糜通过蠕动泵输送到仿生十二指肠模型管中，电动蠕动挤压器械对仿生十二指肠模型管进行分段蠕动挤压，最终将食糜从仿生十二指肠模型管中排出，被收集瓶收集；

（8）分时间段记录消化过程：在步骤（7）所述消化过程中，消化过程分成八个时间段，依次为开始消化10、20、30、40、60、90、120 和180 min，每个时间段内停止一次频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，取出仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管，分别收集仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管内的消化物，分别测定其pH、麦芽糖浓度、淀粉水解率、胃排空速率、流变学性质（储能模量、损耗模量、动态粘度和表观粘度）及微观结构，实验结束后，关闭频率控制器、蠕动泵、单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C；

（9）清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管：实验结束后，及时用去离子水清洗仿生鼠胃模型和仿生十二指肠模型管。

上述实验显示，加入10%芒果粉末的实验组和对照组食物样品其胃内消化物pH随着消化时间的增加而先升高后逐渐降低，而十二指肠内消化物pH始终保持在7左右。实验组消化物的麦芽糖浓度、淀粉水解率及胃排空速率均显著低于对照组，但储能模量、损耗模量、动态粘度及表观粘度显著高于对照组（P<0.05）。微观结构观察结果显示果胶通过形成凝胶网状结构将淀粉颗粒包裹在其内部，阻止消化酶和底物的有效接触，从而降低了淀粉水解率。上述实验结果与体内活鼠实验和相关文献结果所报道的膳食纤维—果胶可以通过增加食物粘度及形成凝胶网状结构包裹淀粉颗粒从而降低食物的混合、胃排空速率及淀粉消化率保持一致。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，该模拟装置用于模拟食物在鼠的胃里经过胃液消化后再经过胰液和胆汁在十二指肠中的消化，用于研究消化过程中和最终的食糜变化，其特征是包括胃消化系统、十二指肠消化系统、流加-排空装置和保温盒，所述胃消化系统、十二指肠消化系统和流加-排空装置均位于保温盒中，流加-排空装置朝向胃消化系统输送胃液，朝向十二指肠消化系统输送胆汁和胰液，胃消化系统和十二指肠消化系统相互连通；

所述胃消化系统包括仿生鼠胃模型和电动压缩-滚动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中装有食物样品，所述电动压缩-滚动挤压器械用于滚动挤压仿生鼠胃模型，仿生鼠胃模型产生模拟胃收缩-滚动消化动作；

所述十二指肠消化系统包括仿生十二指肠模型管和电动蠕动挤压器械，所述仿生鼠胃模型中的食物样品经过仿生鼠胃模型消化后排放到仿生十二指肠模型管中，所述电动蠕动挤压器械用于蠕动挤压仿生十二指肠模型管，仿生十二指肠模型管产生模拟十二指肠蠕动消化的动作；

所述流加-排空装置包括单通道注射泵A、单通道注射泵B和单通道注射泵C，所述单通道注射泵A通过胃液管连通仿生鼠胃模型，单通道注射泵A朝向仿生鼠胃模型中输送胃液，所述单通道注射泵B通过胰液管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵C通过胆汁管连通仿生十二指肠模型管，单通道注射泵B朝向仿生十二指肠模型管中输送胰液，单通道注射泵C朝向仿生十二指肠模型管中输送胆汁；

所述仿生十二指肠模型管的自由端设置有食糜收集瓶，所述食糜收集瓶用于收集从仿生十二指肠模型管中排出的食糜。

2.根据权利要求1所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述仿生鼠胃模型为利用真实的饱腹大小的鼠胃通过翻模制作成型，使用“Dragon Skin®”加成型硅橡胶制作而成，所述仿生鼠胃模型的大小、形状和内部结构与真实大鼠胃一致，以界限脊为界，分为前胃和腺胃，前胃内壁光滑，腺胃内壁充满褶皱，前胃连通食管，食管内安装有硅胶瓣膜管，腺胃连通幽门管和胃液分泌管，所述胃液分泌管连通单通道注射泵A，所述幽门管连通仿生十二指肠模型管，食物从食管进入仿生鼠胃模型，经仿生鼠胃模型消化后从幽门管排出至仿生十二指肠模型管。

3.根据权利要求2所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述电动压缩-滚动挤压器械包括步进电机、支架、偏心轮、频率控制器、角板、皮带、皮带轮、锥齿轮、压板、固定板、支撑板和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上设置有两个固定板，所述两个固定板之间固定有支撑板，所述仿生鼠胃模型安装在支撑板上，每个固定板上安装有一个步进电机，步进电机的一个端部通过锥齿轮连接偏心轮，偏心轮转动过程中带动压板对前胃进行上下垂直的压缩，所述固定板还设置有呈三角形分布的三个皮带轮，所述皮带轮上套有皮带，其中一个皮带轮有步进电机驱动，步进电机带动皮带进而驱动偏心轮对腺胃进行从胃窦往幽门方向滚动挤压，所述频率控制器与步进电机连接，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节仿生鼠胃模型受到压缩和滚动挤压频率及振幅。

4.根据权利要求1所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述仿生十二指肠模型管的长度和内径与真实鼠十二指肠的长度和内径尺寸相等，幽门管和仿生十二指肠模型管通过“K”字形状的四通管连接，所述“K”字形状的四通管的“I”部分的一端与幽门管相连，另一端与仿生十二指肠模型管相连，“K”字形状的四通管的“＜”部分的一端通过胰液管与单通道注射泵B相连，另一端通过胆汁管与单通道注射泵C相连。

5.根据权利要求4所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述电动蠕动挤压器械包括步进电机、偏心轮、频率控制器、锥齿轮、固定轮、支撑板、固定板、皮带、皮带轮和底座，所述支架固定在底座上，所述支架上固定固定板，所述固定板上设置若干个固定轮，所述仿生十二指肠模型管依次弯曲经过每个固定轮，所述固定板的一侧设置有两台步进电机，所述每台步进电机均通过锥齿轮连接偏心轮，所述偏心轮对仿生十二指肠模型管进行分段交错式蠕动挤压，所述频率控制器连接步进电机，频率控制器通过控制步进电机的转速来调节偏心轮对仿生十二指肠模型管的蠕动挤压频率。

6.根据权利要求5所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述仿生十二指肠模型管的食糜进入端设置有蠕动泵。

7.根据权利要求1所述的仿生动态鼠胃-十二指肠消化系统模拟装置，其特征是所述保温盒内设置有用于加热保温盒内空气的加热灯和用于对保温盒内进行照明照明灯，所述保温盒内还设置有用于监测保温盒内部的实时温度的数显温控器，所述保温盒的一侧设置有滑动门。