[发明专利]远程且实时地量化样品中金属的生物可及性的便携式模块化胃肠模拟器系统及方法

权利要求书

1.一种轻型便携式胃肠模块化系统，用于在人消化条件下远程且实时地量化受污染的土壤样品中的金属的生物可及性或量/浓度，金属和准金属选自锌(Zn)、铅(Pb)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、砷(As)和镉(Cd)，所述受污染的土壤样品涵盖尾料或采矿残余物样品，所述系统包括：

a)至少一个上部预混合或前胃模块，所述至少一个上部预混合或前胃模块使待分析的混合物均匀化并调节待分析的混合物的温度，并且包含选自唾液(S)、胃液(G)、胆汁(B)和十二指肠液(D)的胃液和酶液，以及这样的土壤样品，所述至少一个上部预混合或前胃模块包括：

a.1)接收这样的流体S和流体G以及这样的土壤样品的至少一个第一混合接收装置，其中这样的第一混合接收装置是惰性材料的，

包括不锈钢或玻璃，

a.2)位于这样的至少第一样品接受器介质中的至少一个第一搅拌装置、至少第一搅拌速率传感器、至少第一搅拌速率调节装置和至少第一搅拌速率控制装置，所述至少一个第一搅拌装置、至少第一搅拌速率传感器、至少第一搅拌速率调节装置和至少第一搅拌速率控制装置允许保持这样的第一搅拌介质的搅拌速率以实现90％湿度，

a.3)位于这样的至少一个第一混合接收器装置中的至少一个第一温度传感器、至少第一温度调节装置和至少第一温度控制装置，所述至少一个第一温度传感器、至少第一温度调节装置和至少第一温度控制装置允许将这样的至少第一混合接收装置内部的温度保持在35℃至39℃的范围，

a.4)位于这样的至少一个第一样品接收装置中的至少一个第一pH传感器装置、至少一个pH调节装置和至少一个第一pH控制装置，所述至少一个第一pH传感器装置、至少一个pH调节装置和至少一个第一pH控制装置允许：

a.4.1)当这样的第一容器最初接收这样的单独的流体S时，

将pH值调节为6.0至7.0的范围；或者

a.4.2)当这样的第一容器最初接收这样的单独的流体G时，

将pH值调节为1.0至1.2的范围；

a.4.3)当这样的第一容器接收这样的土壤混合物加流体S和流体G时，将pH值调节为1.15至1.25的范围，优选调节pH值为1.2，

a.5)至少一个第二混合物接收，所述至少一个第二混合物接收接收这样的流体B和流体D并且与这样的至少一个第一混合接收装置并行运行，并且其中这样的第一混合接收装置是惰性材料的，包括不锈钢或玻璃；

a.6)位于这样的至少一个第二样品接收装置中的至少一个第二pH传感器装置、至少第二pH调节器装置和至少第二pH控制装置，所述至少一个第二pH传感器装置、至少第二pH调节器装置和至少第二pH控制装置允许：

a.6.1)当这样的第一容器最初单独接收这样的流体B时，将pH值调节为7.8至8.2的范围；或者

a.6.2)当这样的第一容器最初单独接收这样的流体D时，将pH值调节为7.2至7.6的范围

a.7)位于这样的至少第二样品接收装置中的至少一个第二温度传感器、至少第二温度调节器装置和至少第二温度控制装置，所述至少一个第二温度传感器、至少第二温度调节器装置和至少第二温度控制装置允许将这样的至少一个第二混合接收装置内部的温度保持在35℃至39℃的范围，

a.8)位于这样的至少一个第二样品接收装置中的至少一个第二搅拌装置、至少一个第二搅拌速率传感器、至少一个第二搅拌速率调节器装置和至少一个第二搅拌速率控制装置，所述至少一个第二搅拌装置、至少一个第二搅拌速率传感器、至少一个第二搅拌速率调节器装置和至少一个第二搅拌速率控制装置允许保持这样的搅拌速率装置的搅拌速率以实现90％的均匀度，以及

a.9)至少一个显示屏幕界面，所述至少一个显示屏幕界面显示这样的至少一个第一和第二温度传感器、这样的至少一个第一和第二pH传感器装置、以及这样的至少一个第一和第二搅拌速率传感器的信息，以及

其中这样的至少一个第一和第二温度控制装置允许在第一和第二温度调节装置中手动或自动致动，以将这样的至少一个第一和第二混合物接收装置内部的温度保持在37℃，

其中这样的至少一个第一和第二搅拌装置选自至少一个磁力搅拌装置，

其中这样的至少一个第一和第二温度调节装置选自具有异步致动的至少两个热风扇；以及

b)至少中间混合模块或者胃和胃肠模块，所述至少中间混合模块或者胃和胃肠模块包括：

b.1)至少一个生物反应器，优选不锈钢，所述至少一个生物反应器接收这样的土壤混合物加流体G或者土壤样品加流体S加流体G加流体B加流体D的混合物，

b.2)位于这样的至少一个生物反应器中的至少一个第三搅拌装置，所述至少一个第三搅拌装置选自允许360°旋转的“翻转”型搅拌器，包括至少一个第三搅拌速率传感器、至少一个第三搅拌速率调节器装置和至少一个第三步进式搅拌速率控制装置，允许保持这样的至少第三搅拌装置的搅拌速率以允许实现超过50％的均匀度；以及至少一个第三温度传感器、至少一个第三温度调节装置和至少一个第三温度控制装置，

b.3)用于这样的至少一个第三搅拌装置的各旋转轴的至少一个第一支撑基底装置和安装在横向支撑承载装置上方的至少一个齿轮装置，允许减少与这样的至少一个生物反应器的内壁的摩擦，实现机械平衡，提供支撑，具有低运动阻力并使这样的至少一个生物反应器移动；以及用于这样的第三搅拌装置的至少一个第三转速传感器装置、用于这样的至少一个第三搅拌装置的至少一个第三转速调节器装置和用于这样的至少一个第三搅拌装置的至少一个第三转速控制装置

b.4)位于这样的至少一个生物反应器中的至少一个第三温度传感器、至少一个第三温度调节装置和至少一个温度控制装置，所述至少一个第三温度传感器、至少一个第三温度调节装置和至少一个温度控制装置允许将这样的至少一个生物反应器内部的温度保持在35℃至39℃的范围，

b.5)至少一个第一pH传感器介质、至少一个第一pH调节器装置和至少一个pH控制装置，所述至少一个第一pH传感器介质、至少一个第一pH调节器装置和至少一个pH控制装置允许将包含在这样的至少一个生物反应器内部的混合物进行pH调节至以下中的任一项：

b.5.1)pH值范围为1.15至1.25，如果进入这样的生物反应器的混合物对应于这样的土壤混合物加流体S加流体G的混合物；以及pH值范围为5.8至6.8，如果进入这样的生物反应器的混合物对应于这样的土壤样品加流体S加流体G加流体B加流体D的这样的混合物，

b.5.2)pH值等于或低于1.5，如果离开这样的生物反应器的混合物对应于这样的土壤样品加流体S加流体G的这样的混合物；以及pH值范围为5至8，如果离开这样的生物反应器的混合物对应于土壤样品加流体S加流体G加流体B加流体D的这样的混合物，

b.6)至少一个离心装置，所述至少一个离心装置允许对包含在这样的至少一个生物反应器中的具有这样的流体S、流体B、流体G和流体D的混合物进行离心，

b.7)至少一个量化金属或准金属的设备，所述金属或准金属选自铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)和铁(Fe)、镍(Ni)；砷(As)和镉(Cd)，优选地，所述设备选自以下中的一者：光度计、热反应器、微波或Parr泵、或者选自X射线或XRF荧光枪的移动量化装置、或者选自等离子质谱(ICP)或原子吸收的重金属量化装置；

其中这样的第三温度调节装置选自至少一个风扇和至少一个电阻的组合；

其中这样的至少第三温度传感器装置测量这样的至少一个生物反应器内部和附近的温度，

其中这样的至少一个生物反应器中的这样的第三搅拌速率调节装置选自步进电机，

c)至少下部再循环模块，所述至少下部再循环模块包括：

c.1)至少一个第三接收装置，所述至少一个第三接收装置用于通过排空或重力排放接收从混合或中间模块得到的生化提取物，

c.2)至少一个叶轮装置，所述至少一个叶轮装置包括允许将生化提取物再循环到预混合或上部模块的蠕动装置，以及

d)至少一个监测和数据处理装置，所述至少一个监测和数据处理装置用于这样的至少一个第一和第二搅拌装置的每一者中的搅拌速率；用于这样的至少一个第一、第二和第三接收装置以及生物反应器的每一者中的温度；以及用于这样的至少一个第一、第二和第三接收装置以及生物反应器的每一者中的pH，所述至少一个监测和数据处理装置包括：至少一个数据中心，所述至少一个数据中心远程接收来自这样的预混合模块和中间模块的这样的至少一个第一、第二和第三搅拌速率传感器装置、温度传感器装置和pH传感器装置的每一者的这样的搅拌速率、温度和pH数据，其中这样的至少一个数据存储中心包括从这样的至少一个第一、第二和第三速率搅拌传感器装置、温度传感器装置和pH传感器装置接收数据的至少一个数据库；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器处理这样的数据，并且在将接收到的这样的数据与存储的、参考的和预设的数据进行比较之后，响应于这样的至少一个第一、第二和第三搅拌速率控制装置、温度控制装置和pH控制装置而发送至少一个输出信号，当确定这样的接收的数据与这样的存储的、参考的或预设的数据之间存在差异时，能够在这样的至少一个第一、第二和第三搅拌速率控制装置、pH控制装置或温度控制装置中的一者或更多者中实现手动或自动致动。