(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010025861.0
(22)申请日 2020.01.10
(71)申请人 南昌大学
地址 330031 江西省南昌市红谷滩新区学
府大道999号
(72)发明人 聂少平 胡婕伦 嵇海华 张珊珊
聂启兴 谢明勇
(74)专利代理机构 北京瑞盛铭杰知识产权代理
事务所(普通合伙) 11617
代理人 汪鹏
(51)Int.Cl.
C12M 1/36(2006.01)
C12M 1/00(2006.01)
G01N 33/02(2006.01)
G09B 23/28(2006.01)
(54)发明名称
置及方法
(57)摘要
本发明公开了一种全自动模拟人体胃肠道
消化酵解的装置及方法，该装置包括设备框架、
设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于
模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消
化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、
回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降
结肠消化罐。本申请将首次对人体胃肠道全部组
成部分全自动模拟装置及方法进行详细说明，并
首次对各部分结构及设计进行详细的模拟说明，
该装置及其实施方法可以对各种食物、活性或营
养物质进入人体后的消化酵解的情况进行观测，
帮助探索各种食物、活性或营养物质进入人体后
的消化与酵解情况。权利要求书4页 说明书12页 附图4页CN 111100787 A 2020.05.05
C N 111100787
A
1.一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述装置包括设备框架、设备电气控制箱及安装于所述设备框架内、用于模拟人体胃肠道消化酵解、且依次相连的口腔消化罐、胃消化罐、十二指肠消化罐、空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐及降结肠消化罐，其中，各消化罐之间均通过转移管路连接，所述空肠消化罐、回肠消化罐、升结肠消化罐、横结肠消化罐连接有膜吸收装置； 所述各消化罐包括罐盖、罐盖法兰、罐体内层、设置于罐体内层内的清洗球、设置于罐体内层下端的移液接口与排污阀、以及罐体外层夹套，所述罐盖上设置有消化液口、消化样口、排液口、取样口、接种口、酸液口、碱液口、进气口、出气口以及清洗球接口； 所述膜吸收装置包括夹具固定底座及安装于其上的前夹具、后夹具，所述前夹具、后夹具之间设置有平板膜，所述前夹具下端设置有消化液/酵解液进口，上端设置有浓缩液回流口，所述消化液/酵解液进口、浓缩液回流口均与对应消化罐通过转移管路连接，所述平板膜通过膜吸收管路连接有透析袋；
所述各消化罐取样口连接有取样管路，所述取样管路末端设置有取样针，所述取样针安装于自动取样设备上方。
2.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述自动取样设备包括取样瓶旋转台，所述取样瓶旋转台上端面安装有若干取样瓶，所述取样瓶旋转台正上方设置有取样针滑块与滑轨，所述取样针在取样针滑块与滑轨的配合下电动或手动横纵向移动插入取样瓶内进行定量取样，所述滑轨上安装有乙醇针滑块，所述乙醇针滑块前端安装有乙醇针。
3.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述消化罐罐盖上还设置有溶氧电极接口、pH电极接口及罐温度电极接口。
4.根据权利要求3所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述消化罐罐体外层夹套连接有罐夹套进水口、罐夹套出水口。
5.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述膜吸收装置的前夹具、后夹具之间通过膜紧固螺丝固定。
6.根据权利要求5所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述膜吸收装置的透析袋通过转移管路与对应消化罐连接。
7.根据权利要求1所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，其特征在于：所述转移管路、膜吸收管路、取样管路均配置有蠕动泵。
8.一种全自动模拟人体胃肠道消化酵解的方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1～7所述的任一项全自动模拟人体胃肠道消化酵解的装置，该方法包括以下步骤：Step1：连接各消化罐、配套管路、补给管路和检测电极；
Step2：空罐消毒
开启各消化罐磁力搅拌，进入高压纯水清洗，残余物由各消化罐底部排污阀排出，同时对各转移蠕动泵管路和取样管路进行纯水冲洗，冲洗时间3-10min，结束后进入蒸汽对各消化罐进行高温消毒，消毒时间25-30min，结束后通入氮气，再进入80-100mL乙醇到各转移蠕动泵管路和取样管路进行消毒，结束后再通入200-300mL纯水清洗各消化罐和各转移蠕动泵管路、取样管路，结束后通入高温氮气烘干各消化罐，结束后通入常温氮气，流量在1-10mL/min，保证各消化罐正压和厌氧环境；
Step3：模拟消化
模拟消化按如下顺序进行：
口腔消化→胃消化→十二指肠消化→空肠消化→回肠消化；
口腔消化：将消毒好的各补给液，连接到口腔消化罐上，开启磁力搅拌，循环控温开启，消化前先泵入15-20mL口腔消化液，接着采用转移蠕动泵将消化样泵入口腔消化罐，泵入消化样80-100mL，流速80-100mL/min，接着分别泵入口腔消化液70-80mL，流速80-100mL/min、CaCl2溶液0.3-0.5mL，流速0.8-1.0mL/min，pH＝6.8-7.0，温度37℃，消化3-5min，取样时间点：0min、3-5min，磁力搅拌一直运行；待口腔消化结束及口腔消化液转移蠕动泵停止工作时，胃消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开口腔消化罐排污阀，通过口腔消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭口腔消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启口腔消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
胃消化：将消毒好的各补给液，连接到胃消化罐上，开启磁力搅拌，胃消化罐内在消化前已泵入50-60mL胃消化液，将180-200mL口腔消化样转移至胃消化罐，转移完成后，通过蠕动泵分别泵入130-150mL胃消化液，流速80-100mL/min、CaCl2溶液0.3-0.5mL，流速0.8-1.0mL/min，pH＝0.0005t2-0.079t+4.47，消化120-150min，取样时间点0、10、20、30、60、120-150min，磁力搅拌每分钟运行三次，每次持续时间为10-15s；待胃消化结束及胃消化液转移蠕动泵停止工作时，十二指肠消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开胃消化罐排污阀，开启口腔消化罐与胃消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运口腔消化罐中的纯水1-2min，完成口腔消化罐与胃消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过胃消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭胃消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-
90％的纯水浸泡，开启胃消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
十二指肠消化：将消毒好的各补给液，连接到十二指肠消化罐上，开启磁力搅拌，转移蠕动泵将胃消化样350-400mL转移至十二指肠消化罐，转移完成后，通过蠕动泵分别泵入380-400mL肠道电解质，流速80-100mL/min、0.6-0.8ml CaCl2溶液，流速0.8-1.0mL/min，pH ＝6.1-6.2，消化45-50min，取样时间点0、10、20、45-50min，磁力搅拌一直运行；待十二指肠消化结束及十二指肠消化液转移蠕动泵停止工作时，空肠消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开十二指肠消化罐排污阀，开启胃消化罐与十二指肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运胃消化罐中的纯水1-2min，完成胃消化罐与十二指肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过十二指肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭十二指肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启十二指肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，等待转移管路清洗，自动清洗灭菌操作；
空肠消化：将消毒好的各补给液，连接到空肠消化罐上，开启磁力搅拌，通过转移蠕动泵将所有十二指肠消化样转移至空肠消化罐，总体积700-800mL，pH＝6.4-6.5，消化时间45-50min，取样时间点0、10、20、45-50min，磁力搅拌一直运行，取样完成后通过蠕动泵完成吸收，流速50-100mL/min，吸收过程中将吸收的水分子泵回空肠消化罐内，循环吸收，尽量将小分子吸收，吸收15min-30min，直至吸收总体积的55％-60％，所剩体积为300-320mL；待空肠消化结束及空肠消化液转移蠕动泵停止工作时，
回肠消化开启，同时自动进行预清洗：
首先自动打开空肠消化罐排污阀，开启十二指肠消化罐与空肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运十二指肠消化罐中的纯水1-2min，完成十二指肠消化罐与空肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过空肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭空肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启空肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，接着开启空肠消化罐膜吸收管路的清洗，循环清洗3-5min，等待转移管路的清洗，自动清洗灭菌操作；
回肠消化：将消毒好的各补给液，连接到回肠消化罐上，开启磁力搅拌，通过转移蠕动泵将空肠消化罐所剩消化样转移至回肠消化罐，流速80-100mL/min，pH＝7.4-7.5，消化时间90-100min，取样时间点0、10、20、30、60、90-100min，磁力搅拌一直运行，取样完成后通过蠕动泵完成吸收，吸收过程中将吸收的水分子泵回回肠消化罐内，循环吸收，尽量将小分子吸收，吸收15-30min，直至吸收总体积的55％-60％，所剩体积为120-130mL；待回肠消化结束及回肠消化液转移蠕动泵停止工作时，升结肠消化开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开回肠消化罐排污阀，开启空肠消化罐与回肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运空肠消化罐中的纯水1-2min，完成空肠消化罐与回肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过回肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭回肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启回肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，接着开启回肠消化罐膜吸收管路的清洗，循环清洗3-5min，等待转移管路的清洗，自动清洗灭菌操作；
Step4：模拟酵解
模拟酵解按如下顺序进行：
升结肠酵解→横结肠酵解→降结肠酵解；
升结肠酵解：将消毒好的各补给液，连接到升结肠消化罐上，开启磁力搅拌，转移蠕动泵将回肠消化液全部转运至升结肠消化罐内，通过蠕动泵流加升结肠培养液120-130mL，流速80-100mL/min，pH＝5.5-6.0，酵解时间6-8h，取样时间点0、3、6h或0、4、8h，磁力搅拌一直运行，取样完成后通过蠕动泵完成吸收，吸收过程中将吸收的水分子泵回升结肠消化罐内，循环吸收，尽量将小分子吸收，吸收15-30min，直至吸收总体积的55％-60％，所剩体积为90-100mL；待升结肠酵解结束及升结肠酵解液转移蠕动泵停止工作，横结肠酵解开启，同时自动进行预清洗：首先自动打开升结肠消化罐排污阀，开启回肠消化罐与升结肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运回肠消化罐中的纯水1-2min，完成回肠消化罐与升结肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过升结肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭升结肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，开启升结肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，接着开启升结肠消化罐膜吸收管路的清洗，循环清洗3-5min，等待转移管路的清洗，自动清洗灭菌操作；
横结肠酵解：将消毒好的各补给液，连接到横结肠消化罐上，开启磁力搅拌，转移蠕动泵将升结肠酵解
液全部转运至横结肠消化罐，通过蠕动泵流加升结肠培养液90-100mL，流速80-100mL/min，pH＝6.0-6.4，酵解时间12-16h，取样时间点0、4、8、12、16h，磁力搅拌一直运行，取样完成后通过蠕动泵完成吸收，吸收过程中将吸收的水分子泵回横结肠消化罐内，循环吸收，尽量将小分子吸收，吸收15-30min，直至吸收总体积的55％-60％，所剩体积为60-70mL；待横结肠酵解结束及横结肠酵解液转移蠕动泵停止工作，降结肠酵解开启，同时
自动进行预清洗：首先自动打开横结肠消化罐排污阀，开启升结肠消化罐与横结肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运升结肠消化罐中的纯水1-2min，完成升结肠消化罐与横结肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过横结肠消化罐罐体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭横结肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积90％的纯水浸泡，开启横结肠消化罐取样管路的预清洗，清洗1-2min，接着开启横结肠消化罐膜吸收管路的清洗，循环清洗3-5min，等待转移管路的清洗，自动清洗灭菌操作；
降结肠酵解：将消毒好的各补给液，连接到降结肠消化罐上，开启磁力搅拌，转移蠕动泵将横结肠酵解液全部转运至降结肠，通过蠕动泵流加升结肠培养液60-70mL，流速80-100mL/min，pH＝6.5-6.9，酵解时间6-8h，取样时间点0、3、6或0、4、8h，磁力搅拌一直运行，取样完成后通过转移蠕动泵将其转移至废液桶；待降结肠酵解结束及降结肠酵解液转移蠕动泵停止工作时，自动进行预清洗：首先自动打开降结肠消化罐排污阀，开启横结肠消化罐与降结肠消化罐之间的转移蠕动泵，快速转运升结肠消化罐中的纯水1-2min，完成横结肠消化罐与降结肠消化罐之间转移管路的预清洗，然后通过降结肠消化罐罐
体上方的花洒对罐体进行清洗，清洗3-10min后关闭降结肠消化罐排污阀，接着再进入罐体积80％-90％的纯水浸泡，同时开启降结肠取样管路与转移管路、排废管路的预清洗，清洗1-2min，等待自动清洗灭菌操作。
9.根据权利要求8所述的全自动模拟人体胃肠道消化酵解的方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：
Step5：自动清洗灭菌
待所有消化与酵解完成后，各消化罐、转移管路、膜吸收管路、取样管路等待一起正式清洗灭菌：
口腔、胃、十二指肠、空肠、回肠、升结肠、横结肠、降结肠各消化罐自动打开底部排污阀，将罐内废水排出，各消化罐再次进入高压纯水清洗，残余物由罐底部排污阀排出，同时给转移蠕动泵管路本罐侧进入纯水冲洗，清洗3-10min后，无膜吸收装置的罐体处于待定状态，有膜吸收装置的罐体则关闭底部排污阀，进行膜再生清洗；
膜再生清洗步骤：对应罐泵入400-500mL纯水，清洗5-10min，排出废水，再泵入400-500mL膜清洗剂，清洗30-40min，再泵入400-500mL纯水，清洗5-10min，排出废水，接着对应罐进入蒸汽高温消毒，结束后通入空气，关闭底部排污阀，各对应罐再进入纯水250-300mL，开启所有转移蠕动泵清洗转移管路，同时对取样管路进行清洗，清洗3-5min后排出废水，再加入250-300mL乙醇到各对应罐对膜吸
收装置、转移管路、取样管路进行消毒，结束后再加入400-500mL纯水清洗罐体和膜吸收装置、转移管路、取样管路，结束后通入高温氮气烘干罐体和各管路，结束后通入常温氮气。
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