一种灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统的制作方法

本实用新型涉及细菌生物膜孵育系统技术领域，具体涉及一种灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统。

背景技术：

细菌生物膜(Bacteria lbiofilm，BF)是细菌为了生存，于介质表面以群体的方式包埋于胞外多聚物(extraceUular polymeric substances，EPS)组成的基质网中，为自己构建了一个功能性的“保护伞系统”。BF由胞外多聚物、细菌(膜内细菌或生物膜细菌)和水分三部分组成。胞外多聚物是维系其结构和功能的基础，由细菌分泌的多糖蛋白复合物、细菌代谢产物和吸附周围环境物质等组成。

导尿管相关性尿路感染(CAUTIs)是院内感染最重要的原因之一。导尿管表面生物膜形成是引起CAUTIs致病和致耐药最为重要的原因。

导尿管作为医源性的植入物，一方面突破人体正常的生理防御机制，增加了外源性致病菌或条件致病菌感染的机会，另一方面作为异物成为细菌粘附和定植，以及进一步形成BF的合适载体。研究表明，BF所提供的保护性微环境与60％－85％的植入物体内病原菌感染有密不可分的关系，既是细菌感染急性发作或慢性反复的原因，又能诱发免疫反应，形成过度促炎症效应危害宿主。

近年来，细菌感染造成的严重CAUTIs不良事件或病死率逐年增高，已造成了严重的卫生经济负担，其防治工作任重而道远。

研究尿源性BF首先需要构建模拟膀胱内环境的BF孵育系统。既往研究的BF形成实验大多采用静置培养方法(如试管、多孔培养板等)，细菌在静止培养条件下于介质表面形成BF，干预因素也相对简单。细菌不断生长繁殖、BF不断形成均会消耗能量，培养基内的营养物质分布不平衡或逐渐匮乏，细菌代谢产物不断积累等均会严重影响细菌及其生物膜的正常生长。因而，不同的培养条件(如温度、时间、营养条件、流体力学、介质表面类等)，培养基加入方式(补加或流加)、更新周期等均可能会影响BF的形态和功能。

目前已有的孵育系统多为静态孵育，由于膀胱内尿流环境始终处于动态，因此对于膀胱细菌而言，静态孵育的研究方法无法真实的反应其生长环境，从而影响最终分析判断。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于，提供一种灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统，以解决现有技术无法真实反应膀胱细菌生长环境的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统，包括：储尿器、蠕动泵、孵育盒、集尿器和连接管，所述连接管将所述储尿器、所述蠕动泵、所述孵育盒和所述集尿器依次连接；其中，所述孵育盒包括盒体以及与所述盒体连接的盒盖，所述盒体的两侧分别开设有进液孔和出液孔，所述进液孔通过所述连接管与所述蠕动泵的出口连接，所述出液孔通过所述连接管与所述集尿器连接。

本实用新型通过蠕动泵将储存于储尿器中的尿液不断泵送至孵育盒中，同时通过开设于孵育盒盒体两侧的进液孔和出液孔，将来自储尿器中的尿液在孵育盒内形成连续的动态流体环境，实现膀胱细菌生物膜孵育条件的动态化，更加真实地模拟出膀胱细菌的生长环境。本实用新型实现了模拟膀胱内环境的孵育条件持续化和可变化，使得实验干预措施动态化和多样化成为可能。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述进液孔距离所述盒体底部的高度大于所述出液孔距离所述盒体底部的高度。

本实用新型通过在孵育盒盒体的两侧设置进液孔和出液孔并且进液孔的高度高于出液孔，形成具有高度落差的流入通道和流出通道，使得孵育盒内具有稳定体积的人工尿液，并能够有效防止反流。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述孵育盒包括两个沿水平方向间隔设置的所述进液孔以及两个沿水平方向间隔设置的所述出液孔。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述孵育盒还包括分别与所述进液孔和所述出液孔配合的穿板直通接头，所述穿板直通接头与所述连接管连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述孵育盒还包括多个分隔板，多个所述分隔板沿所述进液孔与所述出液孔连线的方向设置于所述盒体内。

本实用新型在孵育盒内设置分隔板，将盒体内部划分为多个区域，保证人工尿液均匀分布，使孵育盒内更加接近膀胱内部的真实环境。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述孵育盒为免疫组化湿盒。

更优选地，免疫组化湿盒为黑色不透光盒子，以模拟出人体膀胱内的黑暗环境，使得整个模拟系统更加靠近真实的人体膀胱内环境。在实验时，整套模拟系统置于37℃的恒温孵育箱内，形成与人体相同的温度环境。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述储尿器的出口通过所述连接管与所述蠕动泵的入口连接，所述蠕动泵的出口通过所述连接管与所述孵育盒的入口连接，所述孵育盒的出口通过所述连接管与所述集尿器的入口连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述储尿器和所述集尿器均为带密封塞的玻璃三角烧瓶，所述密封塞与所述连接管连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述连接管为硅胶管。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型建立动态平稳的流体环境，能够更好地模拟尿液流动的状态，更加符合膀胱内尿流环境，能够为膀胱细菌提供更加真实的生长环境，为医学研究提供更加可靠的信息。

(2)本实用新型不仅可以保证人工尿液作为连续介质产生连续的流动状态，而且还可以以模拟出低流体剪切力条件，有利于浮游菌作用于介质表面。

(3)本实用新型的流量、流速均可调节，可以控制进入系统的人工尿总量和速度，从而可以模拟生理状态的尿量增多或减少的状态(补充或缺乏水分)，昼多夜少的不同节律，可以模拟多尿或少尿的病理状态，以及模拟持续感染人工尿环境。

(4)本实用新型可以实现实验干预条件如尿液葡萄糖浓度、pH值、盐离子浓度等动态化调整，实用性强。

(5)本实用新型的全部组件均属于低值耗材，拆装更换十分方便，并可反复消毒，重复使用。

(6)本实用新型使用的全部材料安全可靠，无细胞毒性，十分符合模拟体外微生物实验条件。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的孵育盒的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的孵育盒的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的穿板直通接头的结构示意图。

图中箭头表示尿液的流动方向。

图中：100－动态孵育模拟系统；110－储尿器；120－蠕动泵；130－孵育盒； 131－盒体；132－盒盖；133－进液孔；134－出液孔；135－分隔板；140－集尿器；150－连接管；160－穿板直通接头；161－第一部分；162－第二部分；163－第三部分。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例

请参照图1，灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统100包括：储尿器110、蠕动泵120、孵育盒130、集尿器140和连接管150。连接管150将储尿器110、蠕动泵120、孵育盒130和集尿器140依次连接。具体地，储尿器110的出口通过连接管150与蠕动泵120的入口连接，蠕动泵120的出口通过连接管150与孵育盒130的入口连接，孵育盒130的出口通过连接管150 与集尿器140的入口连接。在本实施例中，连接管150为硅胶管。本实用新型的连接管150的数量没有具体限制，根据具体情况适应性调整。

请参照图1，储尿器110包括容器本体和设置于容器开口处的密封塞。密封塞具有与连接管150相配合的通孔，连接管150穿过密封塞将储尿器110 与蠕动泵120连接。储尿器110用于储存人工尿液，为孵育盒130提供尿流。在本实施例中，储尿器110为带密封塞的玻璃三角烧瓶，其容积为500mL。在本实用新型的其他实施例中，储尿器110也可以是其他可密封容器。集尿器140与储尿器110结构相同，也为带密封塞的玻璃三角烧瓶，密封塞与连接管150连接。

请参照图1，蠕动泵120通过连接管150分别与储尿器110和孵育盒130 连接，其作用在于将储尿器110中的人工尿液泵送至孵育盒130中。在本实施例中，采用的蠕动泵120为卡默尔品牌，其泵体小巧，减少使用空间，通过旋钮手动调速和计量，无门阀和密封件，进出水管更换方便，而且其泵头为卡扣设计，易于拆装，清理方便，重复精度高，三轮滚动，脉动小，液体在泵管内运行，接触泵管内壁，不接触泵体，安全无污染。在本实用新型的其他实施例中，也可以使用其他品牌的蠕动泵120。本实用新型未对蠕动泵 120的结构进行改进，因此其具体结构在此不做说明，本实用新型使用的蠕动泵120为现有蠕动泵。

请参照图2和图3，孵育盒130包括盒体131、与盒体131连接的盒盖 132以及设置于盒体131的多个分隔板135。盒体131的两侧分别开设有进液孔133和出液孔134。进液孔133通过连接管150与蠕动泵120的出口连接。出液孔134通过连接管150与集尿器140连接。进液孔133距离盒体131底部的高度大于出液孔134距离盒体131底部的高度，由此可以形成具有高差的流入通道和流出通道，避免尿液反流。在本实施例中，进液孔133和出液孔134均为两个，并且彼此对应，而且两个进液孔133和两个出液孔134均沿水平方向彼此间隔设置。在一个优选的实施方式中，进液孔133的孔高为 2cm(距离盒体131底部)，两孔距离9cm。出液孔134的孔高为1cm(距离盒体131底部)，两孔距离9cm。与两个进液孔133对应的两个连接管150 通过三通接头与连接蠕动泵120的连接管150连接，同理，出液孔134也是如此。

如图2所示，多个分隔板135沿进液孔133与出液孔134连线的方向设置于盒体131内。图2中示出的实施例具有4个分隔板135，在本实用新型的其他实施例中，可以是3个也可以是更多个，具体个数可以根据孵育盒130 大小进行调整。

请参照图4，孵育盒130还包括分别与进液孔133和出液孔134配合的穿板直通接头160，穿板直通接头160与连接管150连接。穿板直通接头160 大致为直线型的圆管，其一端与连接管150连接，另一端保持在孵育盒130 内，其连接连接管150和孵育盒130的作用。在本实施例中，穿板直通接头 160的结构如图4所示，其主要包括三部分：第一部分161大致呈圆柱体结构，其表面设有螺纹，该部分与连接管150连接；第二部分162为中间的环形凸起，在安装时保持在盒体131的外侧，其到固定的作用；第三部分163 也大致呈圆柱体结构，其表面光滑，该部分与进液孔133或出液孔134配合，穿过盒体131的侧壁。

在本实用新型的另一个实施例中，孵育盒130可以采用免疫组化湿盒，免疫组化湿盒的盒身两侧开设进液孔133和出液孔134，并且通过穿板直通接头160与其他部件连接。

下面对本实用新型的工作原理和操作流程进行说明。

本实用新型采用穿板直通接头160、三通接头、硅胶管、蠕动泵120、孵育盒130、储尿器110和集尿器140，模拟膀胱内尿流环境持续尿流状态，构建了体外灌流式灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统100。使用时，开启电源，蠕动泵120正常运转，将人工尿液缓缓泵入孵育盒130，孵育盒 130内人工尿液蓄积正常，保持一定体积，例如约500ml，形成动态连续流动环境。实验完成后，关闭电源，系统停止运转。本实用新型利用蠕动泵120 将储尿器110中的人工尿液经流入通道主动泵入孵育盒130，形成孵育微环境，人工尿液经流出通道缓慢流出，最终到达集尿器140。建立连续的流动环境，实现试验条件的动态化。

具体操作流程如下：

(1)全部组件高温消毒后(蠕动泵120泵体除外)备用。开始实验时，戴无菌手套按照顺序连接各组件，检查无误。

(2)于储尿器110装满人工尿液约500ml，开启蠕动泵120电源，人工尿液自流入口缓缓泵入孵育盒130。

(3)孵育盒130的流入、出口高度落差为1cm，始终保持其内约500ml 稳定体积的人工尿液。

(4)于孵育盒130的流出通道观察人工尿液滴出的速度，调节蠕动泵 120(流速范围4－65ml/min)，到达实验需要的流量和流速。

(5)定时更换储尿器110和集尿器140，保证系统通常运行。

(6)停止实验，关闭电源，拆除组件，消毒备用。

综上所述，本实用新型的灌流式灌流式膀胱细菌生物膜动态孵育模拟系统100由易于获取的实验室器材，通过自行设计和组装而成，制备出了尽可能模拟人体膀胱内尿流环境的细菌生物膜动态模型，并可以实现连续或变化的干预因素，如持续人工尿液环境等观察细菌生物膜形成的生长发育特点。本实用新型的动态孵育模拟系统100经济适用、组装简便、重复性好、安全有效。

本实用新型的“孵育系统”具有极高的临床价值；同时由于导尿管相关性尿路感染、泌尿系植入物感染、结石形成等发病率高且上升趋势，因此基于该“孵育系统”模拟膀胱内环境的细菌生物膜系列研究及成果也具有极高的经济效益与市场前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。