专利名称：用于培养肠道菌群的膜透析反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物反应器，特别涉及一种用于培养肠道菌群的膜透析反 应器。
背景技术：
人体可以看做一个"超有机体(s叩erorganism)",有自身的真核细胞以及 生存于皮肤、肺、消化道以及阴道等与外界相通的器官的细菌、古细菌及真菌， 这是长期进化过程中自然选择的结果。人体内生长的微生物数量是自身细胞的 10倍，基因数量是人体基因的100倍。仅肠道内就有500-1000种细菌，占粪便 总重量的30—50%。人体为这些微生物提供栖息地，菌群能消化宿主不能消化的 多糖等物质，为宿主所吸收利用；菌群还可以刺激宿主的免疫功能发育、抵抗 病原微生物入侵。
肠道菌群的生长需要提供合适的条件例如最佳温度、pH值、合适的营养 需求，厌氧环境等，使菌群能进行正常的繁殖和新陈代谢。人肠道菌群是已知 的种群密度最高的生态系统，由于肠道菌群生存环境的特殊性，模拟肠道菌群 的生长比较困难。现有的模拟肠道菌群的方法主要有分批培养法(batch culture)和连续培养法(continuous culture)也叫恒化器模型(chemostat model)、流加培养法等(fed-batch culture),分批培养法简便易行、成本低廉， 但无法控制PH值、无法进行长期培养；连续培养法和流加培养法能部分模拟菌 群的生长环境，但不能模拟宿主对短链脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA) 及其它细菌代谢产物的吸收，且菌群在其中不易形成菌膜(biofilra)或形成菌 膜的面积太小，导致细菌浓度低于肠道内的细菌浓度。因此，需要一种肠道菌群反应器，可实现菌群的3—D培养，悬浮培养和贴 壁培养共存，同时模拟膜菌群和腔菌群，水分及小分子代谢产物的吸收和排出， 更接近肠道内的菌群生长情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于培养肠道菌群的膜透析反应器，可实现菌 群的3—D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，同时模拟膜菌群和腔菌群，水分及 小分子代谢产物的吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，更类似动物组 织的生长结构，增加培养密度，优于传统的培养模式，利用该反应器可进行连 续培养及流加培养，稳定性和可控性强，应用范围广，适合短/长期研究。
本发明的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，包括容器和中空纤维膜插件;
所述容器分为培养室和温控室两部分，所述培养室设置通气管、出气口、 培养基入口和培养液出口管；所述温控室设置控温介质入口和控温介质出口 ；
所述中空纤维膜插件包括外壳和外壳两端的端盖，还包括设置在外壳内并 列设置的两个管板和设置在两个管板之间的中空纤维管，所述外壳、端盖、管 板和中空纤维管在外壳内共同构成了互相密封的管程和壳程，所述壳程上设置 至少一个培养液扩散孔；管程上设置透析液入口和透析液出口，所述中空纤维
膜插件设置在培养室内，透析液入口和透析液出口均设置于培养室外。
进一步，还包括PH值控制器，所述PH值控制器电极设置在培养室内，PH 值控制器设置蠕动泵，蠕动泵上的硅胶管与中空纤维膜插件连接；
进一步，所述容器为圆柱形，圆柱形容器的周围和底部设置有相通的夹套 形成温控室，所述温控室内设置温控电极；
进一步，所述中空纤维管在外壳内按膜面积与反应体积的比例为6: 1分布；
进一步，所述中空纤维管的截留分子量约1--30kD;
进一步，所述中空纤维管的材料为聚醚砜；
进一步，所述中空纤维管的直径为0.4 1.5mm;进一步，所述温控室内的控温介质为水；
进一步，所述培养室内加入磁力搅拌子，通过磁力搅拌器搅拌。 本发明的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，采用类似肠道的生理结构， 可实现菌群的3—D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，同时模拟膜菌群和腔菌群， 水分及小分子代谢产物的吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，更类似 动物组织的生长结构，增加培养密度，优于传统的培养模式，利用该反应器可 进行连续培养及流加培养，活菌计数结果显示厌氧总菌数比普通恒化器模型约 高10倍，双歧杆菌、乳杆菌、拟杆菌等细菌浓度均显著高于恒化器模型；稳定 性和可控性强，应用范围广，适合短/长期研究；采用PH值控制器，有效调节 培养液PH值，使细菌生长环境更为稳定；中空纤维管在外壳内按膜面积与反应 体积的比例为6: l分布，为细菌生长的最佳布置；中空纤维管的截留分子量控 制在1--30kD,适合于肠道细菌新陈代谢；中空纤维管的直径控制在0. 4 1. 5mm， 能充分满足细菌新陈代谢需要；本发明可用于①微生物种群动力学；②肠道菌 群对外源性物质(如药物、毒物等)、食物成分的代谢研究；(D微生态制剂(如 益生菌、益生元、合生元)的有效性好安全性评价；④外源性物质(如抗生素、 毒物)的微生态毒性研究；⑤肠道菌群的定植抗力研究。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图l为本发明的结构示意图2为本发明中空纤维膜插件结构示意图。
具体实施方式
实施例一
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中空纤维膜插件结构示意图， 如图所示本实施例的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，包括容器1和中空纤维膜插件2;
所述容器1为圆柱形玻璃容器，圆柱形玻璃容器1的周围和底部设置有相
通的夹套形成温控室la，圆柱型玻璃容器1的内部为培养室lb，培养室lb内 放置培养液；培养室lb设置通气管7、出气口 6、培养基入口 4和培养液出口 管5;温控室la设置控温介质入口 lal和控温介质出口 la2，温控室la内的控 温介质为水，控室la内设置温控电极8，本实施例中，温控电极8为电极加热 装置，温控电极8置于恒温循环水浴水中；培养室lb内加入磁力搅拌子，通过 磁力搅拌器完成搅拌。
中空纤维膜插件2包括外壳21和外壳21两端的端盖25，还包括设置在外 壳21内并列设置的两个管板26和设置在两个管板26之间的直径为1 mm的聚 醚砜中空纤维管22，中空纤维管22在外壳21内按膜面积与反应体积的比例为 6: l分布，截留分子量为20kD，采用中空纤维管结构，类似肠道的生理结构， 可实现菌群的3—D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，水分及小分子代谢产物的 吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，更类似动物组织的生长结构；外 壳21、端盖25、管板26和中空纤维管22在外壳21内共同构成了互相密封的 管程27和壳程28，壳程28上设置多个培养液扩散孔23;管程27上设置透析 液入口 2a和透析液出口 2b，中空纤维膜插件2设置在培养室lb内，透析液入 口 2a和透析液出口 2b均设置于培养室lb外；
还包括TO值控制器3， PH值控制器3电极设置在培养室lb内，PH值控制 器3设置蠕动泵9，蠕动泵9上的硅胶管与中空纤维膜插件2连接；PH控制器 3检测培养室PH值，自动空调蠕动泵调节透析速度。
实施例二
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中空纤维膜插件结构示意图， 如图所示本实施例的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，包括容器1和中空 纤维膜插件2;
所述容器1为圆柱形玻璃容器，圆柱形玻璃容器1的周围和底部设置有相通的夹套形成温控室la，圆柱型玻璃容器1的内部为培养室lb，培养室lb内 放置培养液；培养室lb设置通气管7、出气口 6、培养基入口 4和培养液出口 管5;温控室la设置控温介质入口 lal和控温介质出口 la2，温控室la内的控 温介质为水，控室la内设置温控电极8，本实施例中，温控电极8为电极加热 装置，温控电极8置于恒温循环水浴水中；培养室lb内加入磁力搅拌子，通过 磁力搅拌器完成搅拌。中空纤维膜插件2包括外壳21和外壳21两端的端盖25，还包括设置在外 壳21内并列设置的两个管板26和设置在两个管板26之间的直径为0. 4 mm的 聚醚砜中空纤维管22,中空纤维管22在外壳21内按膜面积与反应体积的比例 为6: l分布，截留分子量为lkD，采用中空纤维管结构，类似肠道的生理结构， 可实现菌群的3—D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，水分及小分子代谢产物的 吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，更类似动物组织的生长结构；外 壳21、端盖25、管板26和中空纤维管22在外壳21内共同构成了互相密封的 管程27和壳程28，壳程28上设置多个培养液扩散孔23;管程27上设置透析 液入口 2a和透析液出口 2b，中空纤维膜插件2设置在培养室lb内，透析液入 口 2a和透析液出口 2b均设置于培养室lb外；还包括PH值控制器3， PH值控制器3电极设置在培养室lb内，PH值控制 器3设置蠕动泵9，蠕动泵9上的硅胶管与中空纤维膜插件2连接；PH控制器 3检测培养室PH值，自动空调蠕动泵调节透析速度。实施例三图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中空纤维膜插件结构示意图， 如图所示本实施例的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，包括容器1和中空纤维膜插件2;所述容器1为圆柱形玻璃容器，圆柱形玻璃容器1的周围和底部设置有相通的夹套形成温控室la，圆柱型玻璃容器1的内部为培养室lb，培养室lb内 放置培养液；培养室lb设置通气管7、出气口 6、培养基入口 4和培养液出口管5;温控室la设置控温介质入口 lal和控温介质出口 la2,温控室la内的控 温介质为水，控室la内设置温控电极8，本实施例中，温控电极8为电极加热 装置，温控电极8置于恒温循环水浴水中；培养室lb内加入磁力搅拌子，通过 磁力搅拌器完成搅拌。中空纤维膜插件2包括外壳21和外壳21两端的端盖25，还包括设置在外 壳21内并列设置的两个管板26和设置在两个管板26之间的直径为1. 5 mm的 聚醚砜中空纤维管22，中空纤维管22在外壳21内按膜面积与反应体积的比例 为6: l分布，截留分子量为30 kD，采用中空纤维管结构，类似肠道的生理结 构，可实现菌群的3—D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，水分及小分子代谢产 物的吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，更类似动物组织的生长结构； 外壳21、端盖25、管板26和中空纤维管22在外壳21内共同构成了互相密封 的管程27和壳程28，壳程28上设置多个培养液扩散孔23;管程27上设置透 析液入口 2a和透析液出口 2b，中空纤维膜插件2设置在培养室lb内，透析液 入口 2a和透析液出口 2b均设置于培养室lb外；还包括PH值控制器3， PH值控制器3电极设置在培养室lb内，PH值控制 器3设置蠕动泵9，蠕动泵9上的硅胶管与中空纤维膜插件2连接；PH控制器 3检测培养室PH值，自动空调蠕动泵调节透析速度。当然，中空纤维管22的直径并不局限于以上实施例的数值，实践中可为 0. 4-1. 5mm的任何数值；中空纤维管22的截留分子量也不局限于以上实施例的 数值，实践中可为1--30kD的任何数值；中空纤维管22的材料也不局限于聚醚 砜，也可以是其它超滤膜材料；壳程28上的培养液扩散孔23可以是多个，也 可以是一个；等等上述技术特征的改变，都能达到发明目的。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于包括容器(1)和中空纤维膜插件(2)；所述容器(1)分为培养室(1b)和温控室(1a)两部分，所述培养室(1b)设置通气管(7)、出气口(6)、培养基入口(4)和培养液出口管(5)；所述温控室(1a)设置控温介质入口(1a1)和控温介质出口(1a2)；所述中空纤维膜插件(2)包括外壳(21)和外壳(21)两端的端盖(25)，还包括设置在外壳(21)内并列设置的两个管板(26)和设置在两个管板(26)之间的中空纤维管(22)，所述外壳(21)、端盖(25)、管板(26)和中空纤维管(22)在外壳(21)内共同构成了互相密封的管程(27)和壳程(28)，所述壳程(28)上设置至少一个培养液扩散孔(23)；管程(27)上设置透析液入口(2a)和透析液出口(2b)，所述中空纤维膜插件(2)设置在培养室(1b)内，透析液入口(2a)和透析液出口(2b)均设置于培养室(1b)外。
2. 根据权利要求1所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于 还包括PH值控制器(3),所述PH值控制器(3)电极设置在培养室(lb)内， PH值控制器(3)设置蠕动泵(9),蠕动泵(9)上的硅胶管与中空纤维膜插件(2)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征 在于所述容器(1)为圆柱形，圆柱形容器(1)的周围和底部设置有相通的 夹套形成温控室(la)，所述温控室(la)内设置温控电极(8)。
4. 根据权利要求3所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于 所述中空纤维管(22)在外壳(21)内按膜面积与反应体积的比例为6: 1分布。
5. 根据权利要求4所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于 所述中空纤维管(22)的截留分子量约l一30kD。
6. 根据权利要求5所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于所述中空纤维管(22)的材料为聚醚砜。
7. 根据权利要求6所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于: 所述中空纤维管(22)的直径为0. 4 1. 5mm。
8. 根据权利要求7所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于: 所述温控室(la)内的控温介质为水。
9. 根据权利要求8所述的用于培养肠道菌群的膜透析反应器，其特征在于: 所述培养室(lb)内加入磁力搅拌子，通过磁力搅拌器搅拌。
全文摘要
本发明公开了一种用于培养肠道菌群的膜透析反应器，包括容器和中空纤维膜插件；容器分为培养室和温控室两部分，中空纤维膜插件包括包含有中空纤维管的管程和壳程，中空纤维膜插件设置在培养室内，透析液入口和透析液出口均设置于培养室外，本发明可实现菌群的3-D培养，悬浮培养和贴壁培养共存，同时模拟膜菌群和腔菌群，水分及小分子代谢产物的吸收和排出，更接近肠道内的菌群生长情况，增加培养密度，优于传统的培养模式，利用该反应器可进行连续培养及流加培养，活菌计数结果显示厌氧总菌数比普通恒化器模型约高10倍，双歧杆菌、乳杆菌、拟杆菌等细菌浓度均显著高于恒化器模型，稳定性和可控性强，应用范围广，适合短/长期研究。
文档编号C12M1/12GK101280269SQ200810069759
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者欢 唐, 曾本华, 静 袁, 泓 魏 申请人:中国人民解放军第三军医大学