專利名稱：用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物反應(yīng)器，特別涉及一種用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反 應(yīng)器。
背景技術(shù)：
人體可以看做一個"超有機(jī)體(s叩erorganism)",有自身的真核細(xì)胞以及 生存于皮膚、肺、消化道以及陰道等與外界相通的器官的細(xì)菌、古細(xì)菌及真菌， 這是長期進(jìn)化過程中自然選擇的結(jié)果。人體內(nèi)生長的微生物數(shù)量是自身細(xì)胞的 10倍，基因數(shù)量是人體基因的100倍。僅腸道內(nèi)就有500-1000種細(xì)菌，占糞便 總重量的30—50%。人體為這些微生物提供棲息地，菌群能消化宿主不能消化的 多糖等物質(zhì)，為宿主所吸收利用；菌群還可以刺激宿主的免疫功能發(fā)育、抵抗 病原微生物入侵。
腸道菌群的生長需要提供合適的條件例如最佳溫度、pH值、合適的營養(yǎng) 需求，厭氧環(huán)境等，使菌群能進(jìn)行正常的繁殖和新陳代謝。人腸道菌群是已知 的種群密度最高的生態(tài)系統(tǒng)，由于腸道菌群生存環(huán)境的特殊性，模擬腸道菌群 的生長比較困難?，F(xiàn)有的模擬腸道菌群的方法主要有分批培養(yǎng)法(batch culture)和連續(xù)培養(yǎng)法(continuous culture)也叫恒化器模型(chemostat model)、流加培養(yǎng)法等(fed-batch culture),分批培養(yǎng)法簡便易行、成本低廉， 但無法控制PH值、無法進(jìn)行長期培養(yǎng)；連續(xù)培養(yǎng)法和流加培養(yǎng)法能部分模擬菌 群的生長環(huán)境，但不能模擬宿主對短鏈脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA) 及其它細(xì)菌代謝產(chǎn)物的吸收，且菌群在其中不易形成菌膜(biofilra)或形成菌 膜的面積太小，導(dǎo)致細(xì)菌濃度低于腸道內(nèi)的細(xì)菌濃度。因此，需要一種腸道菌群反應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)菌群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼 壁培養(yǎng)共存，同時模擬膜菌群和腔菌群，水分及小分子代謝產(chǎn)物的吸收和排出， 更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)菌 群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，同時模擬膜菌群和腔菌群，水分及 小分子代謝產(chǎn)物的吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，更類似動物組 織的生長結(jié)構(gòu)，增加培養(yǎng)密度，優(yōu)于傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，利用該反應(yīng)器可進(jìn)行連 續(xù)培養(yǎng)及流加培養(yǎng)，穩(wěn)定性和可控性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，適合短/長期研究。
本發(fā)明的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，包括容器和中空纖維膜插件;
所述容器分為培養(yǎng)室和溫控室兩部分，所述培養(yǎng)室設(shè)置通氣管、出氣口、 培養(yǎng)基入口和培養(yǎng)液出口管；所述溫控室設(shè)置控溫介質(zhì)入口和控溫介質(zhì)出口 ；
所述中空纖維膜插件包括外殼和外殼兩端的端蓋，還包括設(shè)置在外殼內(nèi)并 列設(shè)置的兩個管板和設(shè)置在兩個管板之間的中空纖維管，所述外殼、端蓋、管 板和中空纖維管在外殼內(nèi)共同構(gòu)成了互相密封的管程和殼程，所述殼程上設(shè)置 至少一個培養(yǎng)液擴(kuò)散孔；管程上設(shè)置透析液入口和透析液出口，所述中空纖維
膜插件設(shè)置在培養(yǎng)室內(nèi)，透析液入口和透析液出口均設(shè)置于培養(yǎng)室外。
進(jìn)一步，還包括PH值控制器，所述PH值控制器電極設(shè)置在培養(yǎng)室內(nèi)，PH 值控制器設(shè)置蠕動泵，蠕動泵上的硅膠管與中空纖維膜插件連接；
進(jìn)一步，所述容器為圓柱形，圓柱形容器的周圍和底部設(shè)置有相通的夾套 形成溫控室，所述溫控室內(nèi)設(shè)置溫控電極；
進(jìn)一步，所述中空纖維管在外殼內(nèi)按膜面積與反應(yīng)體積的比例為6: 1分布；
進(jìn)一步，所述中空纖維管的截留分子量約1--30kD;
進(jìn)一步，所述中空纖維管的材料為聚醚砜；
進(jìn)一步，所述中空纖維管的直徑為0.4 1.5mm;進(jìn)一步，所述溫控室內(nèi)的控溫介質(zhì)為水；
進(jìn)一步，所述培養(yǎng)室內(nèi)加入磁力攪拌子，通過磁力攪拌器攪拌。 本發(fā)明的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，采用類似腸道的生理結(jié)構(gòu)， 可實(shí)現(xiàn)菌群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，同時模擬膜菌群和腔菌群， 水分及小分子代謝產(chǎn)物的吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，更類似 動物組織的生長結(jié)構(gòu)，增加培養(yǎng)密度，優(yōu)于傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，利用該反應(yīng)器可 進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)及流加培養(yǎng)，活菌計(jì)數(shù)結(jié)果顯示厭氧總菌數(shù)比普通恒化器模型約 高10倍，雙歧桿菌、乳桿菌、擬桿菌等細(xì)菌濃度均顯著高于恒化器模型；穩(wěn)定 性和可控性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，適合短/長期研究；采用PH值控制器，有效調(diào)節(jié) 培養(yǎng)液PH值，使細(xì)菌生長環(huán)境更為穩(wěn)定；中空纖維管在外殼內(nèi)按膜面積與反應(yīng) 體積的比例為6: l分布，為細(xì)菌生長的最佳布置；中空纖維管的截留分子量控 制在1--30kD,適合于腸道細(xì)菌新陳代謝；中空纖維管的直徑控制在0. 4 1. 5mm， 能充分滿足細(xì)菌新陳代謝需要；本發(fā)明可用于①微生物種群動力學(xué)；②腸道菌 群對外源性物質(zhì)(如藥物、毒物等)、食物成分的代謝研究；(D微生態(tài)制劑(如 益生菌、益生元、合生元)的有效性好安全性評價；④外源性物質(zhì)(如抗生素、 毒物)的微生態(tài)毒性研究；⑤腸道菌群的定植抗力研究。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中空纖維膜插件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中空纖維膜插件結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖所示本實(shí)施例的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，包括容器1和中空纖維膜插件2;
所述容器1為圓柱形玻璃容器，圓柱形玻璃容器1的周圍和底部設(shè)置有相
通的夾套形成溫控室la，圓柱型玻璃容器1的內(nèi)部為培養(yǎng)室lb，培養(yǎng)室lb內(nèi) 放置培養(yǎng)液；培養(yǎng)室lb設(shè)置通氣管7、出氣口 6、培養(yǎng)基入口 4和培養(yǎng)液出口 管5;溫控室la設(shè)置控溫介質(zhì)入口 lal和控溫介質(zhì)出口 la2，溫控室la內(nèi)的控 溫介質(zhì)為水，控室la內(nèi)設(shè)置溫控電極8，本實(shí)施例中，溫控電極8為電極加熱 裝置，溫控電極8置于恒溫循環(huán)水浴水中；培養(yǎng)室lb內(nèi)加入磁力攪拌子，通過 磁力攪拌器完成攪拌。
中空纖維膜插件2包括外殼21和外殼21兩端的端蓋25，還包括設(shè)置在外 殼21內(nèi)并列設(shè)置的兩個管板26和設(shè)置在兩個管板26之間的直徑為1 mm的聚 醚砜中空纖維管22，中空纖維管22在外殼21內(nèi)按膜面積與反應(yīng)體積的比例為 6: l分布，截留分子量為20kD，采用中空纖維管結(jié)構(gòu)，類似腸道的生理結(jié)構(gòu)， 可實(shí)現(xiàn)菌群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，水分及小分子代謝產(chǎn)物的 吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，更類似動物組織的生長結(jié)構(gòu)；外 殼21、端蓋25、管板26和中空纖維管22在外殼21內(nèi)共同構(gòu)成了互相密封的 管程27和殼程28，殼程28上設(shè)置多個培養(yǎng)液擴(kuò)散孔23;管程27上設(shè)置透析 液入口 2a和透析液出口 2b，中空纖維膜插件2設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，透析液入 口 2a和透析液出口 2b均設(shè)置于培養(yǎng)室lb外；
還包括TO值控制器3， PH值控制器3電極設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，PH值控制 器3設(shè)置蠕動泵9，蠕動泵9上的硅膠管與中空纖維膜插件2連接；PH控制器 3檢測培養(yǎng)室PH值，自動空調(diào)蠕動泵調(diào)節(jié)透析速度。
實(shí)施例二
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中空纖維膜插件結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖所示本實(shí)施例的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，包括容器1和中空 纖維膜插件2;
所述容器1為圓柱形玻璃容器，圓柱形玻璃容器1的周圍和底部設(shè)置有相通的夾套形成溫控室la，圓柱型玻璃容器1的內(nèi)部為培養(yǎng)室lb，培養(yǎng)室lb內(nèi) 放置培養(yǎng)液；培養(yǎng)室lb設(shè)置通氣管7、出氣口 6、培養(yǎng)基入口 4和培養(yǎng)液出口 管5;溫控室la設(shè)置控溫介質(zhì)入口 lal和控溫介質(zhì)出口 la2，溫控室la內(nèi)的控 溫介質(zhì)為水，控室la內(nèi)設(shè)置溫控電極8，本實(shí)施例中，溫控電極8為電極加熱 裝置，溫控電極8置于恒溫循環(huán)水浴水中；培養(yǎng)室lb內(nèi)加入磁力攪拌子，通過 磁力攪拌器完成攪拌。中空纖維膜插件2包括外殼21和外殼21兩端的端蓋25，還包括設(shè)置在外 殼21內(nèi)并列設(shè)置的兩個管板26和設(shè)置在兩個管板26之間的直徑為0. 4 mm的 聚醚砜中空纖維管22,中空纖維管22在外殼21內(nèi)按膜面積與反應(yīng)體積的比例 為6: l分布，截留分子量為lkD，采用中空纖維管結(jié)構(gòu)，類似腸道的生理結(jié)構(gòu)， 可實(shí)現(xiàn)菌群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，水分及小分子代謝產(chǎn)物的 吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，更類似動物組織的生長結(jié)構(gòu)；外 殼21、端蓋25、管板26和中空纖維管22在外殼21內(nèi)共同構(gòu)成了互相密封的 管程27和殼程28，殼程28上設(shè)置多個培養(yǎng)液擴(kuò)散孔23;管程27上設(shè)置透析 液入口 2a和透析液出口 2b，中空纖維膜插件2設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，透析液入 口 2a和透析液出口 2b均設(shè)置于培養(yǎng)室lb外；還包括PH值控制器3， PH值控制器3電極設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，PH值控制 器3設(shè)置蠕動泵9，蠕動泵9上的硅膠管與中空纖維膜插件2連接；PH控制器 3檢測培養(yǎng)室PH值，自動空調(diào)蠕動泵調(diào)節(jié)透析速度。實(shí)施例三圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中空纖維膜插件結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖所示本實(shí)施例的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，包括容器1和中空纖維膜插件2;所述容器1為圓柱形玻璃容器，圓柱形玻璃容器1的周圍和底部設(shè)置有相通的夾套形成溫控室la，圓柱型玻璃容器1的內(nèi)部為培養(yǎng)室lb，培養(yǎng)室lb內(nèi) 放置培養(yǎng)液；培養(yǎng)室lb設(shè)置通氣管7、出氣口 6、培養(yǎng)基入口 4和培養(yǎng)液出口管5;溫控室la設(shè)置控溫介質(zhì)入口 lal和控溫介質(zhì)出口 la2,溫控室la內(nèi)的控 溫介質(zhì)為水，控室la內(nèi)設(shè)置溫控電極8，本實(shí)施例中，溫控電極8為電極加熱 裝置，溫控電極8置于恒溫循環(huán)水浴水中；培養(yǎng)室lb內(nèi)加入磁力攪拌子，通過 磁力攪拌器完成攪拌。中空纖維膜插件2包括外殼21和外殼21兩端的端蓋25，還包括設(shè)置在外 殼21內(nèi)并列設(shè)置的兩個管板26和設(shè)置在兩個管板26之間的直徑為1. 5 mm的 聚醚砜中空纖維管22，中空纖維管22在外殼21內(nèi)按膜面積與反應(yīng)體積的比例 為6: l分布，截留分子量為30 kD，采用中空纖維管結(jié)構(gòu)，類似腸道的生理結(jié) 構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)菌群的3—D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，水分及小分子代謝產(chǎn) 物的吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，更類似動物組織的生長結(jié)構(gòu)； 外殼21、端蓋25、管板26和中空纖維管22在外殼21內(nèi)共同構(gòu)成了互相密封 的管程27和殼程28，殼程28上設(shè)置多個培養(yǎng)液擴(kuò)散孔23;管程27上設(shè)置透 析液入口 2a和透析液出口 2b，中空纖維膜插件2設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，透析液 入口 2a和透析液出口 2b均設(shè)置于培養(yǎng)室lb外；還包括PH值控制器3， PH值控制器3電極設(shè)置在培養(yǎng)室lb內(nèi)，PH值控制 器3設(shè)置蠕動泵9，蠕動泵9上的硅膠管與中空纖維膜插件2連接；PH控制器 3檢測培養(yǎng)室PH值，自動空調(diào)蠕動泵調(diào)節(jié)透析速度。當(dāng)然，中空纖維管22的直徑并不局限于以上實(shí)施例的數(shù)值，實(shí)踐中可為 0. 4-1. 5mm的任何數(shù)值；中空纖維管22的截留分子量也不局限于以上實(shí)施例的 數(shù)值，實(shí)踐中可為1--30kD的任何數(shù)值；中空纖維管22的材料也不局限于聚醚 砜，也可以是其它超濾膜材料；殼程28上的培養(yǎng)液擴(kuò)散孔23可以是多個，也 可以是一個；等等上述技術(shù)特征的改變，都能達(dá)到發(fā)明目的。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管 參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的 宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1. 一種用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于包括容器(1)和中空纖維膜插件(2)；所述容器(1)分為培養(yǎng)室(1b)和溫控室(1a)兩部分，所述培養(yǎng)室(1b)設(shè)置通氣管(7)、出氣口(6)、培養(yǎng)基入口(4)和培養(yǎng)液出口管(5)；所述溫控室(1a)設(shè)置控溫介質(zhì)入口(1a1)和控溫介質(zhì)出口(1a2)；所述中空纖維膜插件(2)包括外殼(21)和外殼(21)兩端的端蓋(25)，還包括設(shè)置在外殼(21)內(nèi)并列設(shè)置的兩個管板(26)和設(shè)置在兩個管板(26)之間的中空纖維管(22)，所述外殼(21)、端蓋(25)、管板(26)和中空纖維管(22)在外殼(21)內(nèi)共同構(gòu)成了互相密封的管程(27)和殼程(28)，所述殼程(28)上設(shè)置至少一個培養(yǎng)液擴(kuò)散孔(23)；管程(27)上設(shè)置透析液入口(2a)和透析液出口(2b)，所述中空纖維膜插件(2)設(shè)置在培養(yǎng)室(1b)內(nèi)，透析液入口(2a)和透析液出口(2b)均設(shè)置于培養(yǎng)室(1b)外。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于 還包括PH值控制器(3),所述PH值控制器(3)電極設(shè)置在培養(yǎng)室(lb)內(nèi)， PH值控制器(3)設(shè)置蠕動泵(9),蠕動泵(9)上的硅膠管與中空纖維膜插件(2)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征 在于所述容器(1)為圓柱形，圓柱形容器(1)的周圍和底部設(shè)置有相通的 夾套形成溫控室(la)，所述溫控室(la)內(nèi)設(shè)置溫控電極(8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于 所述中空纖維管(22)在外殼(21)內(nèi)按膜面積與反應(yīng)體積的比例為6: 1分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于 所述中空纖維管(22)的截留分子量約l一30kD。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于所述中空纖維管(22)的材料為聚醚砜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于: 所述中空纖維管(22)的直徑為0. 4 1. 5mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于: 所述溫控室(la)內(nèi)的控溫介質(zhì)為水。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，其特征在于: 所述培養(yǎng)室(lb)內(nèi)加入磁力攪拌子，通過磁力攪拌器攪拌。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于培養(yǎng)腸道菌群的膜透析反應(yīng)器，包括容器和中空纖維膜插件；容器分為培養(yǎng)室和溫控室兩部分，中空纖維膜插件包括包含有中空纖維管的管程和殼程，中空纖維膜插件設(shè)置在培養(yǎng)室內(nèi)，透析液入口和透析液出口均設(shè)置于培養(yǎng)室外，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)菌群的3-D培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)共存，同時模擬膜菌群和腔菌群，水分及小分子代謝產(chǎn)物的吸收和排出，更接近腸道內(nèi)的菌群生長情況，增加培養(yǎng)密度，優(yōu)于傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，利用該反應(yīng)器可進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)及流加培養(yǎng)，活菌計(jì)數(shù)結(jié)果顯示厭氧總菌數(shù)比普通恒化器模型約高10倍，雙歧桿菌、乳桿菌、擬桿菌等細(xì)菌濃度均顯著高于恒化器模型，穩(wěn)定性和可控性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，適合短/長期研究。
文檔編號C12M1/12GK101280269SQ200810069759
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者歡 唐, 曾本華, 靜 袁, 泓 魏 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)