[发明专利]人体胃肠道仿生系统及基于该系统的模拟实验方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生学、人体生理学、微生物学、营养学、有机化学及分析测试技术领域。本发明涉及一种人体胃肠道仿生系统及基于该系统的模拟试验方法，具体地说，是涉及一种离体条件下模拟食物在人体胃肠道的消化、吸收及胃肠道微生态系统及基于该系统模拟消化、吸收及微生态系统的方法。

背景技术

人体对食物的消化吸收是一个非常复杂的过程，食物摄入后被转化成营养素供机体生长。在人体消化过程中，两个主要过程几乎同时发生：(1)食物在消化道机械转运过程中降低颗粒尺寸的大小；(2)食物中的大分子被水解为小分子后吸收入血。食物粉碎过程主要发生在口腔和胃，而酶解以及营养素和水的吸收主要发生在小肠和大肠。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。但不幸的是，研究这个复杂的人体消化的多级过程存在着经济上以及技术上的困难，并且当研究过程中涉及到潜在的有毒有害物质时还会受到伦理道德上的约束。因此迫切需求一套灵活的、精确的并且可重复操作的体外模拟人体消化吸收等生理过程的模型。

过去二十几年中，各国科学家都在尝试制作胃肠道模型，但是大多数的体外模型都是静态的，只包含少数模拟参数，并且只针对特定器官，如荷兰科学家A.G.Oomen等2002年开发的胃肠道消化系统消化液只包含唾液、胃液、胰液及胆汁。然而，在模拟消化道复杂的生理、生化及理化特性过程中，能够模拟出每一餐的食物或要研究的物质在消化过程中通过消化道的时间、pH、以及酶解条件等是非常重要的。因此，一些动态的多消化器官模型被研发并应用于研究，如美国科学家Kong F和Singh PR于2010年开发的人胃模拟器(HGS)用于模拟食物在胃中的消化。比利时科学家K.Molly,M.Vande Woestyne，W.Verstraete于1993年开发并发展至今的模拟人体肠道微生态系统(SHIME)反应器。尽管模型已复杂化，但是相比较于体内条件，现有胃肠道模型依然相对简单，比如他们不包含反馈机制，微生物的定植，免疫系统，及精确的激素控制等。

对于人体胃肠道仿生系统的建立及方法的研究，国外起步较早，受重视程度也比较高，而我国的研究相对滞后，目前只有为数不多的机构进行着装置和方法的研究，如实用新型专利授权号CN201634678U公开了一种模拟肠道环境的小型发酵装置，该装置可用于实验室好氧、厌氧、产气、不产气等微型发酵，可准确收集与计量发酵所产生的气体体积。发明专利授权号CN102533543B公开了一种能模拟人体肠道环境用于肠道微生物培养的装置，该装置能提供并维持相对恒定的温度、湿度、并可有一定的振荡，达到模拟肠道环境的效果。实用新型专利授权号CN202658158U公开了一种智能化生物体胃肠道消化系统模拟控制装置，该装置可通过计算机控制，模拟胃肠道消化系统。发明专利授权号CN101482460B公开了一种单位动物仿生消化系统及基于该系统模拟单位动物消化的方法，该系统及方法实现了体外条件下模拟动物胃肠道消化吸收饲料的过程。发明专利授权号CN101665758B公开了一种体外条件下重现人体胃肠道及微生态系统的模拟试验方法，该方法基于由比利时根特大学引进的人体肠道微生态系统模拟装置，针对东方人群的生活习性进行技术改进达到在体外条件重现人体胃肠道系统。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种人体胃肠道仿生系统及基于该系统的模拟实验方法，在体外条件下，利用该系统和方法可以真实地模拟人体胃肠道对摄入食物的消化、吸收及肠道微生态系统。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的，具体过程和步骤如下：

1.人体胃肠道仿生系统的建立，模型包括消化液试剂瓶、吸收液试剂瓶、收集器、速率控制系统、气路系统、温度调节系统、pH调节系统、搅拌系统、肠道菌群定植系统、模拟消化系统、模拟吸收系统、系统控制器。

其中，消化液试剂瓶为料液试剂瓶200、胰液试剂瓶201、盐酸试剂瓶202、碳酸氢钠试剂瓶203、氢氧化钠试剂瓶204。

吸收液试剂瓶为聚乙二醇试剂瓶205。

收集器为废液收集器206、升结肠透析液收集器207、横结肠透析液收集器208、降结肠透析液收集器209。

速率控制系统为蠕动泵1～23及泵500，分别通过数据线116与系统控制器900连接。

气路系统为气体存储器100及管线110。

温度调节系统为恒温水罐306、泵500、管线117、温度传感器806及系统控制器900。