11) 吸光度比较：实时检测溶液的浊度变化； 12) 检测细菌浓度：实时检测培养液透明度的改变，并转化为细菌浓度值。
3. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述框 架内输入电压为220V，其内部变压器为功能模块提供24v直流电源，该框架上装有USB有源 集线器，USB负责向功能模块内单片机供电以及上下位机相互传输指令，该框架的顶部设有 用于放置试剂瓶的平台，所述平台上形成有至少一个试剂瓶安装位。
4. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述功 能模块上分别设有定位磁铁、把手、24v直流电源插座孔、USB TypeB插座孔，握住把手能够 将模块推入框架上的相应安装位，且推入后模块通过其上的定位磁铁固定在框架上。
5. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述功 能模块以及反应罐的安装位设在框架的内部，该框架的内部区分为上、下两个区域，功能模 块的安装位集中于上区域，反应罐的安装位集中于下区域；所述框架的下部配置有密封盖， 用于盖住下区域。
6. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述反 应罐由法兰口分割成盖子与罐体两个部分，其中盖子部分安装多个标准蓝盖瓶螺纹口，通 过更换蓝盖瓶用瓶口配件实现多导管及pH计、温度探头传感器安装；罐体部分为含水夹 层，能通过通入恒流恒温水实现恒温功能，罐体外有一从内层罐体延伸出的连通器，能安装 非接触式液位仪实现对管内液位高度的检测，实现对内层罐体液体容积的测定。
7. 根据权利要求3所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述框 架的背后分别预留有管路通道、220v电源线插座孔、散热风扇孔，其侧面预留有管路通道， 其顶部平台上预留有管路通道，其底部预留有反应罐固定插销孔。
8. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述功 能模块的外形为立方体，大小有规范：高与长均为120mm，宽度根据模块实际设计需要，有3 种基本类型：60mm、120mm、180mm。
9. 根据权利要求1所述的一种模块化动物消化道体外模拟系统，其特征在于：所述框 架为立置的长方体框架。
10. -种权利要求1至9任一项所述模块化动物消化道体外模拟系统的人类肠道模拟 方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)模型的建立 人体消化道模型包括胃、小肠、升结肠、横结肠和降结肠五个部分，每个部分的核心为 反应罐；反应罐存储消化液及肠菌培养基，是模拟食物消化、肠菌生长以及场内各种物理和 化学变化的场所；每个反应罐的水夹层均与恒温水浴相通实现37摄氏度恒温效果；在框 架的上方，根据实验设计，安装多个功能模块：水温模块、液面高度控制模块、PH监控模块 和蠕动泵模块；每个反应罐的蠕动由磁力搅拌模块的搅拌动作模拟；反应罐上部蓝盖瓶口 安装多根导管用于消化液、NaOH、HCl液体的加入和取出，根据胃、小肠和大肠三部分的微 生物生长条件不同，升结肠、横结肠和降结肠的PH值，通过pH监控模块加入稀释的HCl和 NaOH用于调节；当前一个反应罐需要将反应液加入到下一个反应罐时，通过上位机发送命 令到下位机蠕动泵模块实现反应液的自动转移；模型采用的食物液成分包括：阿拉伯半乳 聚糖、淀粉、葡萄糖、胶质、木聚糖、蛋白胨、半胱氨酸、酵母提取物、粘液素；胃酸分成包括： 盐酸和胃蛋白酶；小肠液成分包括：胆盐、胰酶和碳酸氢铵； 2) 人体粪便微生物的提取及接种 为模拟人肠道内菌群，将收集到新鲜的粪便，立即放入密封的带盖试管中以隔绝氧气， 其后放置到一个37摄氏度水浴锅保温5min，称重；使用生理盐水加入到瓶子中，用磁力搅 拌器搅拌粪便混合物4min后进行过滤，取粪便混合物100g，在IL培养基中进行厌氧条件预 培养；24小时后，将IOOmL的预培养物通过已灭菌的纱布过滤除去大颗粒物后转移到一个 厌氧罐中，得到已预培养的粪便菌群，该菌群用于人类肠道细菌定植； 3) 硬件组装和运行 用户将硬件模块安装并连接到每个框架后，接上电源，模型待机；在上位机软件界面提 示用户根据硬件模块实际情况选择框架数量；用户依次对每个框架进行容积，液体排空周 期等内容的属性设置，然后向框架内添加所需功能模块，添加时，需要输入每个功能模块的 名称；用户将功能模块添加完成后，上位机软件自动通过串口向每个功能模块询问其名称， 从而实现将功能模块与上位机上的com 口对应起来； 对PH模块和液面高度控制模块进行校准：①pH探头校准：初始化完毕，点击pH模块， 有3个校准按钮，分别是pH4、pH7. 01、PH9. 18,用户将pH模块的pH探头冲洗干净，放入pH4 标准缓冲液中，点击PH4按钮，即锁定pH4电压，重复此步，锁定pH7. 01和9. 18电压，实时 pH值即为两点或三点连线上电压对应值；②液面高度计校准：初始化完毕后，点击液面高 度控制模块，有一个液位高度电压校准按钮，用户将配好的培养基，放入标准试管中，不要 装满试管，将高度计上对应的线正对液面，电压即为液位高度电压； 校准完毕后，对每个功能模块需要设置的运行参数进行设定，点击上位机软件界面上 相应的模块控件即可对具体模块参数进行设置，在上位机软件中包含两种规定：逻辑关系 和时间关系；逻辑关系指：系统运行后，每一定周期向各模块发出询问指令，根据应答及设 定的各模块间逻辑关系进行判断和动作；时间关系指：系统点击开始运行后，以开始时间 算作〇小时〇分〇秒，所有运行时刻均以此时间作为参考，在设定好的时间，指定的模块将 自动运行和停止； 设置好各个模块参数后，点击上位机软件界面的开始运行按钮，模型开始运行，如下： 首先胃模拟框架输入食物液，模拟胃部的框架中，食物液输入后，单蠕动泵模块将模拟 胃液输入到反应罐中，输入完全后胃液pH值控制在1. 5左右，磁力搅拌模块高速旋转模拟 胃部物理消化作用； Ih之后，胃模拟单元上的液面高度控制模块将胃液消化液转移到小肠模拟单元中，小 肠模拟单元上的单蠕动泵同时输入小肠液，培养3个小时后全部转移到升结肠中，此时负 责泵入稀释后人类粪菌的蠕动泵启动，将粪菌悬浊液泵入模拟升结肠的单元中，完成菌群 与食物的混合；在模拟升结肠的单元中，停留预设时，液位高度控制模块将反应罐中的内容 物整体转移到下一个反应罐中，以模拟菌群在大肠的每个阶段与食物产生的生化反应； 整个模型通过充氮气来保持厌氧环境，通过空气组分控制模块来实现，此外，用户亦可 添加自动采样模块，以实现自动定时采样，保存样品的功能； 4)生成运行数据 在模型运行完毕后，软件生成一份统计表，以检查运行记录及出现的问题。同时，所有 运行参数可独立储存为配置文件，便于重复实验；此外，采样模块自动采集的样品，能够保 留在-80摄氏度冰箱中，以待后续分析。
【专利摘要】本发明公开了一种模块化动物消化道体外模拟系统及其人类肠道模拟方法，包括至少一个动物消化道体外模拟单元，每个动物消化道体外模拟单元均包括框架、用于模拟特定消化道空腔的反应罐及多个能完成肠道模拟中一个具体且相对独立任务的功能模块，框架上设有多个用于安装功能模块以及反应罐的安装位，且所述功能模块和反应罐可拆卸装于该框架上；包含传感器或运动部件，或同时包含二者；每个功能模块由单独的Arduino nano 328作为控制芯片，通过USB串口连接上位机，框架上装有USB有源集线器，USB负责向功能模块内单片机供电以及上下位机相互传输指令。本发明将多个功能模块整合在框架中，节省了实验室空间，模块可以快速更换，做到不停机即可检查和更换故障模块。
【IPC分类】G09B23-28
【公开号】CN104851346
【申请号】CN201510216917
【发明人】陈龙, 黄文基, 彭喜春, 廖思茵
【申请人】暨南大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月30日