腸道模擬反應器是一種用于模擬人體腸道環境的實驗裝置,在食品、醫藥及微生物學研究領域具有重要作用。該設備通過體外復現腸道內的生理條件,如溫度、pH值、氣體交換和營養物質供給等,為研究腸道微生物群的生長、代謝和相互作用提供了可靠平臺。其核心功能包括模擬腸道蠕動、消化酶分泌及營養吸收過程。例如,通過機械攪拌或蠕動泵實現流體混合,利用選擇性滲透膜模擬小腸吸收機制,配合pH調控系統維持酸性環境。部分高型號采用仿生柔性材料制備腸道結構,配合智能控制系統實時監測代謝產物和菌群變化,實現高精度模擬。
1、反應容器(主體罐體)
材質:
玻璃或透明高分子材料(如聚碳酸酯):便于觀察反應過程(如產氣、顏色變化)。
不銹鋼或合金:耐高溫、高壓,適用于需要嚴格密封或長期運行的實驗。
形狀:
圓柱形或矩形:便于攪拌和氣體分布。
分室設計:模擬腸道不同部位(如胃、小腸、結腸),通過串聯或分區實現多階段反應。
功能:容納腸道內容物(如模擬食糜、微生物菌群),維持反應環境的溫度、pH和厭氧條件。
2、溫度控制系統
加熱元件:環繞罐體的電熱膜或水浴循環系統,維持恒溫(通常37℃)。
溫度傳感器:實時監測內部溫度,與溫控系統聯動,確保穩定性。
3、pH調節系統
酸堿添加裝置:通過蠕動泵或注射泵精確注入酸性或堿性溶液(如HCl、NaHCO?),模擬腸道不同部位的pH變化。
在線pH傳感器:實時監測并反饋調節,保持pH穩定或動態變化。
4、攪拌與混合系統
機械攪拌:葉片式攪拌器模擬腸道蠕動,促進內容物混合。
水力循環:通過泵或氣體循環實現液體流動,模擬食糜在腸道中的運輸。
磁力攪拌(小型反應器):適用于低粘度樣品的均勻混合。
5、氣體控制系統
厭氧環境:充入N?、CO?或混合氣體(如80%N?+20%CO?),通過氣體流量計和壓力閥調節氣壓。
排氣裝置:收集代謝產生的氣體(如CH?、H?、CO?),用于分析微生物代謝活性。
氣體擴散膜:可選配透氣膜(如硅膠膜),允許氣體交換但隔絕氧氣。
6、進料與排出系統
連續進料:通過蠕動泵或注射泵模擬進食過程,持續或脈沖式加入底物(如營養物質、藥物)。
取樣口:設置多個取樣點,用于采集不同時間點的反應液,分析成分變化。
排渣口:排出殘留的固體物質(如未消化的纖維),模擬腸道排泄。