[实用新型]一种模块化动物消化道体外模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及动物的消化道体外模拟的技术领域，尤其是指一种模块化动物消化道体外模拟装置。

背景技术

动物消化道体外模拟装置的不断推广，为食品及饲料科学，人类与动物营养学的研究提供了巨大的方便，逐渐被学术界接受，某些模拟装置甚至可以作为生产设备，生产需要肠道环境或肠菌激活的某些活性物质。

现在已公开的多个消化道模拟装置设计上均有很大相似：核心部件都是一至数个密封反应容器，用于模拟消化道的特定部位。由有限几种设备，如恒温水套层，蠕动泵，磁力搅拌器等动作部件，及pH，温度等传感器，对容器内环境进行控制，以实现模拟人类及动物消化道环境的目的。各个研究团队根据自己对动物消化道的不同理解，设计出多种连接反应容器的方式及控制方案，从而形成各自的实验模型。如SHIME系统采用5个反应罐，以A-B-C-D-E串联形式连接。余应新等人设计的系统在SHIME的基础上加入一个新的，模拟口腔的环节，同样是串联连接(F-A-B-C-D-E)。Oleg Paliy等人则只用了3个反应罐(C-D-E)模拟大肠阶段。Larry E.Robinson的系统用了平行的结构以方便空白对照(AA-BB-CC-DD-EE)。Tom Van de Wiele等人设计的系统则只在大肠阶段采用空白对照(A-B-CC-DD-EE)。Annina Zihler Berner的设计引入一个预发酵罐概念，将菌液提前发酵后与模拟胃部食物混合，以模拟大肠菌群(A-B(-G)-C-D-E)。更多的情况下，研究团队采用单个反应容器模拟某一特定肠段。部分国外团队开发出相应的控制软件，实现了装置随时间或逻辑关系的程序控制。

然而，现阶段体外消化道模拟装置的研制及开发存在下述问题：

1、此领域研究仍处于初期，尚未成熟。在可预见的未来，现有装置在设计上不可避免遇到结构调整或修改。各个反应容器的连接设置，也必然随研究的深入而变化。同时，随着传感器和精密控制技术的进步，未来模型中必定出现更多可控制的部件或采集的信息。而现有装置结构都相对封闭，并无更换与升级的设计，缺乏扩展性，为未来模型的改进和演变造成困难。

2、尚未有任何一种模型或装置处于相对主流或广泛认可的地位，不同研究团队往往只拥有自己开发搭建的模型，无法搭建或购买其它研究组使用的模型作对比或验证，因此每个模型都缺乏第三方实验室横向验证条件。使用模拟器进行的研究，可信度及可重现性均受影响，也对此类装置的推广应用造成负面影响。

3、不同研究团队即使采用同一模型，由于搭建模拟装置的硬件不同，造成的差异可能累积，直至影响实验结果的可重复性。如：蠕动泵内乳胶管的内管径，模型中并无规定，各团队搭建时按照自己的设计选用。而研究表明，菌液通过不同口径乳胶管时，可能对细菌生物膜造成不同程度的剪切作用，进而对菌群构成产生影响。只有采用规范统一实验设备标准，才能保证实验结果的高可重复性。

4、构成现在大部分模拟装置的设备，如蠕动泵，磁力搅拌器等，都不是为消化道模拟工作而专门设计，在功能上有很多缺陷。如大部分成品独立蠕动泵均不具备上位机控制功能，磁力搅拌器不能连续工作10小时以上(肠道模拟装置中，磁力搅拌器需要能连续工作200小时)。多个设备往往含各自的外壳，支架，电流变压器，保险丝，开关，按钮，显示屏等重复部件。如果能只保留这些设备的核心部分，并实现统一供电和控制，能大大减少元件冗余，降低整体成本，防止设备间的冲突。

5、构成现有大部分模拟装置的设备，如蠕动泵，磁力搅拌器，pH自动控制仪，在外观，体积等参数上未进行优化，不仅连接困难，控制分散，且占用巨大空间，有的甚至需要占用整个实验台。在长达数周的运行过程中，还要避免设备受到外界物理碰撞或微生物污染，增加了使用难度。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种结构紧凑可靠、节省空间、高效、操作方便的模块化动物消化道体外模拟装置。