CN213447157U - 一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，包括胃液杯、肠液杯、胃肠一体式反应器、搅拌装置、自动电位滴定仪、酸碱液杯；胃肠一体式反应器的反应室分为上部胃反应室，和下部的肠反应室，且胃、肠反应室之间设有模拟幽门；胃肠一体式反应器为夹层结构，夹层上设置有恒温水出液口和恒温水进液口并与恒温水浴循环装置相连接；搅拌装置包括设置在胃反应室中的电动搅拌器以及设置在肠反应室下方的磁力搅拌器。本实用新型的装置设计合理，结构简单，可进行胃肠一体式模拟消化，实现了胃‑幽门‑肠一体式的结构，可以缩短流输的时间，提高反应速率，从而跟接近人体胃肠消化结构，并操作简单方便，很大程度上提高了消化的效率。

Description

一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置

技术领域

本实用新型属于生物实验仪器，具体涉及一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置。

背景技术

食物在人体内的消化过程的完成依靠消化道的机械运动作用和分泌作用，以及两者之间相互协调，使得食物粒径降低以及食物大分子分解为小分子而被吸收利用。食物粉碎过程主要发生在口腔和胃，而酶解、营养素和水的吸收主要发生在肠。目前消化系统成为了各领域(如营养学、毒理学、生理学及微生物学等)研究者研究过程中与各种问题相联系的焦点。例如，摄入物质中哪些活性成分通过消化在胃肠道可以有效地释放，释放后其结构和功效将发生何种变化，小肠吸收前活性成分的状态如何，是否有可能有效地被人体吸收利用，肠道环境如pH、离子强度、酶的活性、温度等这些因素会对活性物质的释放产生怎样的影响，人体敏感或生物毒性物质是否能够或者将以怎样的模式在体内释放等，大量与人体日常健康息息相关的问题都需要对消化情况进行系统和详尽的研究。不可否认，摄入物质的消化研究以在人体或动物体内进行实验能最准确地反映实际情况，但是体内实验往往存在研究周期长、复杂程度高、动物个体间的差异、结果重现性差、费用高、伦理谴责等问题。因此，寻求一种便宜、简单、效率高、可再生并且在一定程度上真实反映食物消化利用情况的体外模拟消化系统成为了当前有关领域的研究热点。

目前国际上已建立十多种较为成熟的体外消化模拟方法，如PBET方法、体外胃肠法(IVG)、简化生物可及性提取法(SBET)、人体肠道微生物生态模拟系统(SHIME)、TNO肠道模型(TIM)、动态胃肠道模拟器(SIMGI)等被研究者广泛认可的模型方法，有的已经被开发成为商业型模拟消化装置，但价格相对昂贵，普及性差。现有技术中“一种消化道系统模拟装置(申请号：200710078118.6)”、“一种模拟胃部消化的装置及使用方法(申请号：201310604523.2)”、“一种模拟小肠消化的装置及使用方法(申请号：201310645466.2)”、“一种胃肠道仿生消化装置(申请号：201420343119.4)”、“智能化生物体胃肠道消化系统模拟控制装置(申请号：201220211927.6)”、“人体胃肠道仿生系统及基于该系统的模拟实验方法(申请号：201410010329.6)”、“一种实验型自动模拟胃肠连续消化的装置(申请号：201920593920.7)”、“一种实验型自动模拟胃肠连续消化的装置及使用方法(申请号：201910344540.4)”以及“一种人体胃-小肠道消化模拟方法及装置(申请号：201810128999.6)等，这些包括单一的胃和单一的小肠消化装置，以及智能化控制的一体式的模拟消化体系或者自动胃肠道连续式消化体系。但是，目前体外模拟胃肠一体式消化模型大多体系复杂，控制元件多，制作成本高，不利于一般实验室研究使用，普及性较差。另外，这些装置大多对操作过程的参数描述不够详细，没有考虑到胃消化过程中幽门位置的“筛分式排空”作用和连续式流动过程，并且，胃肠分隔也忽略了人体胃肠一体式的结构，降低了消化效率。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术的不足，本实用新型提供实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，该装置可进行胃肠一体式模拟消化，从而跟接近人体胃肠消化结构，并操作简单方便，很大程度上提高了消化的效果。

技术方案：为了实现上述目的，本实用新型所述一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，包括胃液杯、肠液杯、胃肠一体式反应器、搅拌装置、自动电位滴定仪、酸碱液杯；所述胃液杯和肠液杯分别通过胃液输送泵、肠液输送泵与胃肠一体式反应器连接，所述酸碱液杯通过自动电位滴定仪与胃肠一体式反应器连接；所述胃肠一体式反应器的反应室分为上部胃反应室，和下部的肠反应室，且胃、肠反应室之间设有模拟幽门；所述胃反应室上设置有胃液进液口，肠反应室上设置有肠液进液口和胃肠消化物出液口；所述胃肠一体式反应器为夹层结构，夹层的空腔上设置有恒温水出液口和恒温水进液口与并恒温水浴循环装置相连接；所述搅拌装置包括设置在胃反应室中的电动搅拌器以及设置在肠反应室下方的磁力搅拌器。

其中，所述的电动搅拌器即胃蠕动器，磁力搅拌器即肠蠕动器，所述磁力搅拌器的转子位于肠反应室的内部。

其中，所述胃液杯也作为待消化物杯，所述胃液输送泵为恒流泵也作为待消化物杯输送泵和排气泵，胃液输送泵和肠液输送泵可以选用HL-2型恒流泵(上海沪西分析仪器厂有限公司)，通过胃液输送泵和肠液输送泵分别将胃液/待消化物、肠液输送到胃反应室和肠反应室进行胃肠消化反应。

其中，所述胃液杯为用盛放模拟胃液或者待消化物的容器，所述肠液杯为用于盛放模拟肠液的容器，所述酸碱液杯为用于盛放用于调节pH值的酸性或者碱性溶液的容器。

其中，所述胃液进液口也作为N₂进气口、待消化物输送口和抽真空口。

作为优选，所述胃反应室顶部分别设置有胃液进液口、电动搅拌口、压力监控口，所述压力监控口上设置有真空压力计；肠反应室侧边分别设置有肠液进液口、胃肠消化物出液口和pH调控口，所述胃肠消化物出液口连接有胃肠消化液接收瓶，所述pH调控口与自动电位滴定仪相连接。

作为优选，所述胃肠一体式反应器中的夹层位于反应器的内壁，并相互相通，形成恒温37℃可循环水浴室，在位于胃反应室外的夹层的一侧设置有恒温水出液口，位于肠反应室外的夹层的一侧设置有恒温水进液口。通过恒温水出液口和恒温水进液口使得胃肠一体式反应器与恒温水浴循环装置相连接，所述恒温水浴循环装置一般采用超级水浴锅，本实用新型中的恒温水浴循环装置型号HH601a，由金坛区白塔安瑞实验仪器厂生产。

其中，所述电动搅拌器与胃反应室的接触部涂抹真空硅脂，从而使得胃肠一体式反应器的反应室为密闭结构。

其中，所述模拟幽门为带有微孔的玻璃板材，该板材设置于胃肠一体式反应器的反应室的中间部位，所述小孔的直径为1.0-1.2mm。

其中，所述胃肠一体式反应器为夹套多口玻璃罐，内腔为反应室，夹层为连通的水浴室，反应室的容积为1000-1200mL。

作为优选，所述胃反应室的容积约为500-600mL，肠反应室的容积约为500-600mL。

工作原理：

步骤1：由待消化物输送口/胃液进液口向胃肠一体式反应器的反应室内通入N₂，以排除胃肠一体式反应器的反应室内的空气；接着用恒流泵抽空气的方式将胃肠一体式反应器的反应室内的压力控制在真空状态，保证通过待消化物输送口进行输送的溶液可完全滞留在模拟幽门之上，即胃反应室内；

步骤2：打开胃液输送泵向胃反应室内输送胃液180mL，打开肠液输送泵向肠反应室内输送肠液60mL，关闭两个泵，启动恒温水浴循环装置的加热功能，水温升至37±0.01℃并稳定，打开水循环功能，将37℃的恒温水充满夹层，一进一出，并循环进行；

步骤3：打开胃液输送泵由待消化物输送口加入待消化物(溶液)，待消化物输送完毕，继续使用胃液输送泵输送胃液、电动搅拌器(低速转动)、1.5-2h后，关闭胃液输送泵和电动搅拌器，打开胃液进液口和肠液进液口，胃反应室内的全部胃消化反应物落入肠反应室中，再利用自动电位滴定仪使胃反应物的pH值迅速调至6.8-7.0，关闭自动电位滴定仪，封闭pH调控口，防止溶液流出；

步骤4：打开肠液输送泵，磁力搅拌器，进行肠反应1.5-2h后，关闭肠液输送泵、磁力搅拌器、恒温水浴装置，打开消化物出液口，进行消化物接收，消化结束。

有益效果：与现有技术相比本实用新型具有如下优点：

本实用新型设计合理，结构简单，使用方便，不仅实现了胃-幽门-肠一体式的结构，可以缩短流输的时间，提高反应速率，同时保证了幽门位置的“筛分式排空”作用和连续式流动过程，也能够很大程度上接近人体胃肠反应状态，并且相较优化了消化效果，显著地提高了消化效率。

附图说明

图1是本实用新型结构的示意图；

图2是本实用新型胃肠一体式反应器局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-2所示，一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，包括胃液杯1、肠液杯3、胃肠一体式反应器24、搅拌装置、自动电位滴定仪20、酸碱液杯21；胃液杯1和肠液杯3分别通过胃液输送泵2、肠液输送泵4与胃肠一体式反应器24连接，胃液杯1同时也作为待消化物杯，胃液输送泵2同时也作为待消化物输送泵和排气泵。

酸碱液杯21通过自动电位滴定仪20与胃肠一体式反应器24连接；胃肠一体式反应器24为夹层结构，是一种夹套多口玻璃罐，内部为反应室，外层夹套即夹层25为连通的水浴室，反应室的容积为1000-1200mL，胃肠一体式反应器24的反应室分为上部胃反应室22，和下部的肠反应室23，其中胃反应室22的容积为500-600mL，肠反应室23的容积为500-600mL，且胃、肠反应室之间设有模拟幽门15，模拟幽门15为带有微孔的玻璃板材，该板材设置于胃肠一体式反应器24的中间部位，微孔的直径为1-1.2mm。

胃反应室22上设置有胃液进液口5具体位于胃反应室22顶部左上侧，同时也作为为N₂进气口、待消化物输送口和抽真空口；肠反应室23上设置有肠液进液口7和胃肠消化物出液口8；胃肠一体式反应器24的夹层25即外层夹套为相互相通的用于恒温水的循环，在位于胃反应室22的夹层空腔的一侧设置有恒温水出液口6，位于肠反应室23的夹层空腔的一侧设置有恒温水进液口14，并与恒温水浴循环装置19相连接。

胃反应室22顶部还分别设置有电动搅拌口9、压力监控口12，压力监控口12上设置有真空压力计11，电动搅拌口9设置有电动搅拌器10并位于胃反应室22中与设置在肠反应室23下方的磁力搅拌器18及其内部的转子16一起组成搅拌装置。电动搅拌器10与胃反应室22的接触部涂抹真空硅脂，从而使得胃肠一体式反应器24的反应室为密闭结构。

肠反应室23侧边分别设置有肠液进液口7、胃肠消化物出液口8和pH调控口13，pH调控口13与自动电位滴定仪20相连接，通过pH调控口和自动电位滴定仪连接的酸碱液杯调控胃肠环境均在接近人体状态，如调节进入肠反应室的胃反应物的至pH6.0-6.8，胃肠消化物出液口8连接有消化液接收瓶17，用于接收胃肠消化液，胃肠反应结束后，可拧开胃肠消化物出液口8上方的塞子，放出反应液(消化液)，再拧上即可。

实施例2

菜籽Napin蛋白的胃肠模拟消化。

(1)模拟胃液配制：准确称取2.0g氯化钠和3.2g胃蛋白酶(800-2500U/mg)，用0.5M盐酸调整至溶液pH1.0～1.2，最后加水稀释至1000mL。

(2)模拟肠液配制：准确称取6.8g磷酸二氢钾，加水250mL使溶解，再加入10.0g胰酶，并用0.5M氢氧化钠溶液调节pH值至6.8～7.0，最后加水稀释至1000mL。

(3)模拟消化：采用实施例1的消化装置，消化开始前，在确保整个装置所有管路通畅下缓慢通入N₂，排除消化装置内空气，并用胃液输送泵(恒流泵)2抽真空方式使胃肠一体式反应器24的反应室处于真空状态，即位于压力监控口12的真空压力计11指针向左偏转，可使胃反应室22内的液体可滞留在模拟幽门15之上。再通过胃液输送泵2和肠液输送泵4预先分别将180mL模拟胃液和60mL模拟肠液分别输送至胃反应室22和肠反应室23中，关闭胃液输送泵2和肠液输送泵4。启动恒温水浴循环装置19，预热15min至水温37℃恒定，打开恒温水浴装置19的进水开关，使37℃水从恒温水进液口14流入，恒温水出液口6流出，一入一出，循环使得37℃水在胃肠一体式反应器24的反应室的夹层25中循环。从待消化物杯(胃液杯1)中通过待消化物输送泵(胃液输送泵2)和待消化物输送口(胃液进液口5)向胃反应室22加入含500mg菜籽Napin蛋白的溶液。启动电动搅拌器10(位于电动搅拌口9处)，低速搅拌，打开胃液输送泵2，输送模拟胃液到胃反应室22，速率为1mL/min，使菜籽Napin蛋白在胃反应室22中搅拌消化1.5-2h。关闭胃液输送泵2和电动搅拌器10，打开胃液进液口5和肠液进液口7的塞子，使胃反应室22中反应液通过孔径1.0-1.2mm的玻璃筛板(模拟幽门15)全部落入肠反应室23；利用自动电位滴定仪20，插入电极通过pH调控口13检测溶液pH，并利用酸碱液杯21中的酸碱液对胃排空反应物进行快速滴定至pH6.8～7.0，关闭自动电位滴定仪20，再用塞子封闭pH调控口13，再打开肠液输送泵4，输送模拟肠液到肠反应室22，同样速率为1mL/min，同时打开磁力搅拌器18，转子16转动，消化1.5-2h，关闭肠液输送泵4和磁力搅拌器18，拧开胃肠消化物出液口8上的塞子，使得肠反应室的消化物接收口8打开，消化物接收瓶17接收消化物(消化液)，即完成消化全过程。

Claims (9)

1.一种实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，包括胃液杯(1)、肠液杯(3)、胃肠一体式反应器(24)、搅拌装置、自动电位滴定仪(20)、酸碱液杯(21)；所述胃液杯(1)和肠液杯(3)分别通过胃液输送泵(2)、肠液输送泵(4)与胃肠一体式反应器连接，所述酸碱液杯(21)通过自动电位滴定仪(20)与胃肠一体式反应器(24)连接；所述胃肠一体式反应器(24)分为上部胃反应室(22)，和下部的肠反应室(23)，且胃、肠反应室之间设有模拟幽门(15)；所述胃反应室(22)上设置有胃液进液口(5)，肠反应室(23)上设置有肠液进液口(7)和胃肠消化物出液口(8)；所述胃肠一体式反应器(24)为夹层结构，夹层(25)上设置有恒温水出液口(6)和恒温水进液口(14)并与恒温水浴循环装置(19)相连接；所述搅拌装置包括设置在胃反应室(22)中的电动搅拌器(10)以及设置在肠反应室(23)下方的磁力搅拌器(18)。

2.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃液杯(1)也作为待消化物杯，所述胃液输送泵(2)也作为待消化物输送泵和排气泵。

3.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃液进液口(5)也作为N₂进气口、待消化物输送口和抽真空口。

4.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃反应室(22)顶部分别设置有胃液进液口(5)、电动搅拌口(9)、压力监控口(12)，所述压力监控口(12)上设置有真空压力计(11)；肠反应室(23)侧边分别设置有肠液进液口(7)、胃肠消化物出液口(8)和pH调控口(13)，所述胃肠消化物出液口(8)连接有胃肠消化液接收瓶(17)，所述pH调控口(13)与自动电位滴定仪(20)相连接。

5.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃肠一体式反应器(24)的夹层(25)相互相通，在位于胃反应室(22)外的夹层的一侧设置有恒温水出液口(6)，位于肠反应室(23)外的夹层的一侧设置有恒温水进液口(14)。

6.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述电动搅拌器(10)与胃反应室(22)的接触部涂抹真空硅脂，从而使得胃肠一体式反应器(24)的反应室为密闭结构。

7.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述模拟幽门(15)为带有微孔的板材，该板材设置于胃肠一体式反应器(24)的中间部位，所述微孔的直径为1.0-1.2mm。

8.根据权利要求1所述实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃肠一体式反应器(24)为夹套多口玻璃罐，内腔为反应室，夹层为连通的水浴室，反应室的容积为1000-1200mL。

9.根据权利要求8所述的实验型自动模拟胃肠一体式消化的装置，其特征在于，所述胃反应室(22)的容积为500-600mL，肠反应室(23)的容积为500-600mL。

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