肠道模拟反应器是一种用于模拟人体肠道环境的实验装置,在食品、医药及微生物学研究领域具有重要作用。该设备通过体外复现肠道内的生理条件,如温度、pH值、气体交换和营养物质供给等,为研究肠道微生物群的生长、代谢和相互作用提供了可靠平台。其核心功能包括模拟肠道蠕动、消化酶分泌及营养吸收过程。例如,通过机械搅拌或蠕动泵实现流体混合,利用选择性渗透膜模拟小肠吸收机制,配合pH调控系统维持酸性环境。部分高型号采用仿生柔性材料制备肠道结构,配合智能控制系统实时监测代谢产物和菌群变化,实现高精度模拟。
1、反应容器(主体罐体)
材质:
玻璃或透明高分子材料(如聚碳酸酯):便于观察反应过程(如产气、颜色变化)。
不锈钢或合金:耐高温、高压,适用于需要严格密封或长期运行的实验。
形状:
圆柱形或矩形:便于搅拌和气体分布。
分室设计:模拟肠道不同部位(如胃、小肠、结肠),通过串联或分区实现多阶段反应。
功能:容纳肠道内容物(如模拟食糜、微生物菌群),维持反应环境的温度、pH和厌氧条件。
2、温度控制系统
加热元件:环绕罐体的电热膜或水浴循环系统,维持恒温(通常37℃)。
温度传感器:实时监测内部温度,与温控系统联动,确保稳定性。
3、pH调节系统
酸碱添加装置:通过蠕动泵或注射泵精确注入酸性或碱性溶液(如HCl、NaHCO₃),模拟肠道不同部位的pH变化。
在线pH传感器:实时监测并反馈调节,保持pH稳定或动态变化。
4、搅拌与混合系统
机械搅拌:叶片式搅拌器模拟肠道蠕动,促进内容物混合。
水力循环:通过泵或气体循环实现液体流动,模拟食糜在肠道中的运输。
磁力搅拌(小型反应器):适用于低粘度样品的均匀混合。
5、气体控制系统
厌氧环境:充入N₂、CO₂或混合气体(如80%N₂+20%CO₂),通过气体流量计和压力阀调节气压。
排气装置:收集代谢产生的气体(如CH₄、H₂、CO₂),用于分析微生物代谢活性。
气体扩散膜:可选配透气膜(如硅胶膜),允许气体交换但隔绝氧气。
6、进料与排出系统
连续进料:通过蠕动泵或注射泵模拟进食过程,持续或脉冲式加入底物(如营养物质、药物)。
取样口:设置多个取样点,用于采集不同时间点的反应液,分析成分变化。
排渣口:排出残留的固体物质(如未消化的纤维),模拟肠道排泄。