CN111358502B - 一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体，所述胶囊壳体表面嵌入有若干单向阀门，且胶囊壳体内壁设置有囊壁，并在单向阀门下方的胶囊壳体内壁连接有吸收纤维，胶囊壳体内部填充有二氧化碳，且胶囊壳体底端设置有若干弹力球，所述单向阀门最少为一个，且单向阀门可以是正压和负压阀门，所述弹力球为不均匀型，且弹力球设置有两个，本发明通过微生物的发酵反应，生物的生长，蛋白质\纤维素等对人体无毒物质的吸水膨胀，或人体内预先设定好的与压力有关的化学反应来实现压力差，从而便于胶囊的单向阀开启，实现对于菌群的取样，并吸收储存，并且控制凝胶的反应速率，来实现不同位置的菌群提取，便于医疗研究。

Description

一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体为一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊。

背景技术

人体肠道中存在大量的共生菌群，其数量超过1000万亿个，大约是人体细胞总数的10倍，同时肠道内微生物基因的数量约为300万个，大约是人类基因组基因数量的100多倍，如此海量的基因能够帮助微生物适应多变的环境，形成了与人体密不可分的共生关系，

人体肠道中的微生物群落与宿主之间的关系极为密切，其不仅能产生短链脂肪酸以及维生素K等人体自身无法编码生成而又对健康具有积极意义的营养物质，还对宿主肠道上皮细胞的分化与成熟有促进作用、同时能调节宿主能量存储与代谢，并对宿主的肠道免疫系统具有激活作用，因此肠道菌群对人体的作用可以概括为营养代谢、免疫调节和保护三个方面；

肠道菌群与人体相互作用及影响的统一体称为道微生态(gut microflora)，是人体最大的微生态系统，与人类的健康和疾病密切相关，过去十年已经有大量研究及证据表明，肠道微生态可调节大脑功能，随着“脑-肠-菌群”轴学说的提出和证实，微生态的相关研究已涉及高血压、糖尿病、肠道疾病、肥胖、癌症以及中枢神经系统疾病；

要研究肠道菌群，取样装置将成为实现这一项目的理想工具，更进一步，取样装置的作用远远超过人类肠道抽样的需求和要求，不仅对肠道微生物的分布有意义，而且它们各自的副产物，他们之间的相互影响，以及肠道分泌物、毒物、肿瘤细胞、肿瘤产物等都至关重要，通过人体直接取得菌群样本变得至关重要、必不可少。

国内外相关的研究，李会峰等人的专利：肠道内容物负压自动取样器(专利号201711255713.2)，设定胶囊内为负压，触发取样的开关是在胃、十二指肠、空回肠部位可以溶解的特定的膜来封口，封膜溶解后取样。美国，宝珍那提公司，流体取样装置(专利号201780051676.5)，用PH传感器，或用不同肠段可溶胶体覆盖电极，溶解后电控开关，进行取样。这些装置，依赖肠段的PH值变化或肠段对特定化合物的溶解来触发取样，这些触发点都面临分段不细、定位不准、取样不全面的问题，而且加用的是微处理器、机械控制，一定会带来潜在的电池污染、造价较贵、重复使用又会引发人们的心理不适等一系列问题。

发明内容

本发明提供一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，可以有效解决上述背景技术中提出的利用PH值变化或消化胶膜能力变化触发的电子机械胶囊取样，而带来的一系列问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体，所述胶囊壳体表面嵌入有若干单向阀门。

根据上述技术方案，用一种、二种或二种以上的组分通过物理或化学反应或生物生长来控制压力变化。

根据上述技术方案，一种组分通过胃肠道挤压后导致的性质变化进而导致压力变化，二种或多种组分分组包裹，胃肠运动挤压后包裹破裂进行反应，或参与反应的一种组分是胃肠内容物。

根据上述技术方案，控制反应速度的方法，通过组分包裹多个微胶囊，每个微胶囊壁厚薄不一，或成份、结构不一，在胃肠运动的挤压下,破裂速度不一，以此控制反应速度，或通过控制不同厚度的膜的通透性，来控制肠道内容物进入胶囊的速度来控制反应速度。

根据上述技术方案，所述胶囊壳体部分区域设置有特殊囊壁，所述特殊囊壁由高分子材料掺杂吸水物质制成，吸水物质可以是纤维素、蛋白质或其他可以形成毛细吸水现象的材料，囊壁的厚薄、掺杂吸水物质的量、掺杂的方式、过程，都会影响吸水速度，掺杂吸水物质囊壁的吸水速度决定了水进入囊壳内的速度，决定了水作为反应物的反应时间与速度。

根据上述技术方案，胶囊壳体内部或内壁可以放置1种吸水膨胀的物质或生长膨胀的物质，或2种及2种以上遇水即可反应，反应就会导致压力变化的物质。

根据上述技术方案，优选的，所述胶囊壳体内壁设置有特殊囊壁，特殊囊壁中的吸水纤维，按一定速度吸收水，胶囊壳体内部填充有二氧化碳，胶囊壁上涂覆有碱性物质与胶类物质的混合体，纤维素毛细吸水速度，决定了囊壁碱性物质与二氧化碳的反应速度，决定了气压降低的速度。

根据上述技术方案，所述胶囊壳体外壁局部包围有凝胶，凝胶渗透速度决定反应速度，所述凝胶中可以含有酶分子。

根据上述技术方案，所述酶分子，是指能够分解凝胶整体或部分结构的酶。

根据上述技术方案，所述吸水物质、吸水膨胀的物质、胶囊壳体外壁局部包围的凝胶，主要包括天然亲水产物和人工合成的吸水聚合物,包括但不限于纤维素类、蛋白质、淀粉、琼脂糖、丙烯酸树脂类、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、卡波树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯共聚乳液、顺丁橡胶、丁苯橡胶、聚氨酯、改性聚脲、低分子聚乙烯蜡、氨基醇络合型钛酸酯。

根据上述技术方案，所述单向阀门最少为一个，且单向阀门可以是正压和负压阀门，所述弹力球为不均匀型，且弹力球设置有两个。

根据上述技术方案，所述单向阀门中包括两个弹簧卡片，两个弹簧卡片通过卡块进行接触密封。

根据上述技术方案，所述单向阀门内部设置四个卡块，其中两个卡块通过弹簧卡片与胶囊壳体相连，两个卡块并联安装，且通过橡皮筋与胶囊壳体相连；

所述卡块为三角形，所述胶囊壳体为弧形，且单向阀门为宽口式。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，通过微生物的发酵反应，生物的生长，蛋白质\纤维素等对人体无毒物质的吸水膨胀，或人体内预先设定好的与压力有关的化学反应来实现压力差，从而便于胶囊的单向阀开启，实现对于菌群的取样，并吸收储存，并且控制凝胶的反应速率，来实现不同位置的菌群提取，便于医疗研究。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的囊壁、凝胶和胶囊壳体连接关系结构示意图；

图3是本发明的弹簧卡片和卡块连接关系结构示意图；

图4是本发明的弹簧卡片、卡块和橡皮筋连接关系结构示意图；

图中标号：1、胶囊壳体；2、单向阀门；3、囊壁；4、吸收纤维；5、二氧化碳；6、弹力球；7、弹簧卡片；8、卡块；9、橡皮筋；10、凝胶。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：如图1-2所示，本发明提供技术方案，一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体1，胶囊壳体1表面嵌入有若干单向阀门2，胶囊壳体1为弧形，且单向阀门2为宽口式生产中，单向阀门2最少为一个，且单向阀门2可以是正压和负压阀门，从而便于不同的环境使用，便于药物和菌群的排出与吸收；

一种组分或多种组分通过胃肠道挤压后导致的性质改变进而导致压力变化，多种组分分组包裹，胃肠运动挤压后包裹破裂进行反应，参与反应的一种组分可以是胃肠内容物，控制反应速度的方法，通过组分包裹多个胶囊，每个胶囊壁厚薄不一，从而破裂速度不一，以此控制反应速度。

可采用的方案：一组包裹内封闭碳酸盐类物质，另一组直接放入酸类物质，控制包裹厚度，根据内部包裹的微胶囊不同厚度做成系列胶囊；当取样胶囊被口服进入人体胃肠道内后，在胃肠运动的挤压作用下，一定时间后，微胶囊破裂，酸和碳酸盐起反应，产生二氧化碳，使囊内压力升高，单向阀门被打开。随后，在胃肠运动过程中，胃肠道内的物质被挤压进入胶囊。胃肠道内物质进入胶囊后，其水分会溶解弹簧卡片固定胶，固定胶由易于吸水的胶类物质构成，像卡拉胶、黄原胶、明胶等，胶类被溶解，软化后，在弹簧作用下，胶囊口关闭，直到排出体外。

实施例2：如图2-3所示，本发明提供技术方案，一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体1，胶囊壳体1表面嵌入有若干单向阀门2，单向阀门2中包括两个弹簧卡片7，两个弹簧卡片7通过卡块8进行接触密封，且卡块8为三角形，胶囊壳体1为弧形，且单向阀门2为宽口式生产中，单向阀门2最少为一个，且单向阀门2可以是正压和负压阀门，从而便于不同的环境使用，从而便于药物的排泄和菌群的吸收；

胶囊壳体1外壁部分有凝胶10，凝胶10可选用明胶，凝胶10吸水渗透速度决定反应速度，凝胶10中含有酶分子选用蛋白酶，对凝胶物质中加相关的酶类，在胃肠道环境温度的情况下，这种凝胶状物质就可能很快液化，而且随着时间延长，液化会导致膜被溶解，相当于是阀门打开，肠道内的内容物就可以被挤压进来。内容物进入胶囊后，卡块8慢慢吸水变软，在弹簧卡片7的作用下，慢慢关闭。

实施例3：如图2-3所示，本发明提供技术方案，一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体1，胶囊壳体1表面嵌入有若干单向阀门2，单向阀门2中包括两个弹簧卡片7，两个弹簧卡片7通过卡块8进行接触密封，且卡块8为三角形，胶囊壳体1为弧形，且单向阀门2为宽口式生产中，单向阀门2最少为一个，且单向阀门2可以是正压和负压阀门，从而便于不同的环境使用，从而便于药物的排泄和菌群的吸收；

且胶囊壳体1内壁设置有囊壁3，囊壁3中掺杂纤维素压制成，纤维素和其他不被消化有可以通过毛细现象吸水的材料制成，而成立的大小、厚度将决定吸水的速度，而吸水的速度决定了反应速度、生长速度以及压力变化的速度，优选的，内部加用了干燥的酵母菌和葡萄糖，当水分进入后，肠道环境温度的情况下，酵母菌有氧或无氧生长，产生二氧化碳，当压力达到一定程度，单向阀门2打开，肠道内的内容就可以被吸收进来，并在单向阀门2下方的胶囊壳体1内壁连接有吸收纤维4，胶囊壳体1内部填充有二氧化碳5，且胶囊壳体1底端设置有若干弹力球6，弹力球6为不均匀型，且弹力球6设置有两，从而便于正常的弹动。

实施例4：如图2和4所示，本发明提供技术方案，一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体1，胶囊壳体1表面嵌入有若干单向阀门2，单向阀门2内部设置四个卡块8，其中两个卡块8通过弹簧卡片7与胶囊壳体1相连，两个卡块8并联安装，且通过橡皮筋9与胶囊壳体1相连，且卡块8为三角形，胶囊壳体1为弧形，且单向阀门2为宽口式生产中，单向阀门2最少为一个，且单向阀门2可以是正压和负压阀门，从而便于不同的环境使用，从而便于药物的排泄和菌群的吸收；

二种的组分通过物理、化学反应来控制压力变化；且胶囊壳体1内壁设置有囊壁3，囊壁3中掺杂吸水材料制成，吸水材料由纤维素和其他不被消化有可以通过毛细现象吸水的材料制成，而囊壁的大小、厚度将决定吸水的速度，水进入胶囊内，优选的，胶囊内充满二氧化碳或氨气，胶囊壳体1内壁上用胶类封存有碱类物质或酸性物质，遇水，气体被迅速反应消耗掉，内部气体压力下降，当压力达到一定程度，单向阀门2打开，肠道内的内容就可以被吸收进来，并在单向阀门2下方的胶囊壳体1内壁连接有吸收纤维4，胶囊壳体1内部填充有二氧化碳5，且胶囊壳体1底端设置有若干弹力球6，弹力球6为不均匀型，且弹力球6设置有两，从而便于正常的弹动。

实施例5：如图2和4所示，本发明提供技术方案，一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，包括胶囊壳体1，胶囊壳体1表面嵌入有若干单向阀门2，单向阀门2内部设置四个卡块8，其中两个卡块8通过弹簧卡片7与胶囊壳体1相连，两个卡块8并联安装，且通过橡皮筋9与胶囊壳体1相连，且卡块8为三角形，胶囊壳体1为弧形，且单向阀门2为宽口式生产中，单向阀门2最少为一个，且单向阀门2可以是正压和负压阀门，从而便于不同的环境使用，从而便于药物的排泄和菌群的吸收；

卡块8可以由特殊囊壁3组成，也可以有透水凝胶组成，特殊囊壁3中掺杂纤维素压制成，卡块8内填充吸水物质，优选纤维素类、蛋白类、淀粉类组成，特殊囊壁或透水凝胶的大小、厚度将决定吸水的速度，而吸水的速度决定了膨胀速度，向一侧膨胀拉动弹簧卡片7或橡皮筋9，单向阀门2打开，肠道内的内容就可以被吸收进来；囊壁破裂则阀门关闭。

本发明的工作原理及使用流程：使用前，患者按照医生要求进行正常的体检与饮食，接着根据患者需要，进行采样，将胶囊壳体1吞入体内，而胶囊壳体1表面嵌入有单向阀门2，单向阀门2受到压力的时候，自动打开，通过排除二氧化碳5，将体内所需采集的菌落通过由于压力差打开的单向阀门2进入到胶囊壳体1中，而胶囊壳体1内壁连接有吸收纤维4，便于吸收采集的菌落，或者通过凝胶10进行溶解，排出胶囊壳体1中的药物，在进行采集，最后通过食物的挤压，脱离采集区，此时单向阀门2由于压力差变小，关闭单向阀门2，最后通过体内排出，实现正常的菌落采集。

实验验证：

目的：把自动取样器放入模拟的胃肠道装置中，获取阀门开关的时间和区域数据。

胶囊制作方法说明：体积大小选00、0、1号胶囊的一个，其囊壳用聚乳酸、聚丙烯腈、聚四氟乙烯等生物相容材料制成，关键的压力膨胀破裂区域选用1mm\2mm共2个数据，期囊壳厚度执行1-8mm,加纤维素织物面积0.01、0.05、0.1、0.15平方厘米，纤维素织物内部纤维布料包裹有碱性物质比如氧化钙、氧化镁粉末。内部充满二氧化碳气体。用明胶或其他胶类物质作为弹簧封口堵块，当被溶解后，开始封口。

具体步骤：把自动取样器放入模拟的胃肠道装置中，模拟的胃肠道装置选用TIM(TNO Intestinal Model)(TIM是由荷兰瓦赫宁根大学的Minekus和Havenaar研制的用于药物动态测试的多单元的计算机控制的体外消化模拟系统)。该系统分为两部分，胃、小肠模拟器(TIM-1)和大肠模拟器(TIM-2)。本实验使用TIM-1，获取阀门开关的时间和区域数据。按上述方法制作取样器，分4组，每组5个，大小0号胶囊，其囊壳用聚乳酸生物相容材料制成，关键的压力膨胀破裂区域选用1mm，使其能抵抗0.1-0.3倍大气压即可，期囊壳厚度执行5mm,加纤维素织物面积0.01、0.05、0.1、0.15平方厘米，纤维素织物内部纤维布料包裹有碱性物质比如氧化钙+氧化镁粉末共0.1克，吸水后；开始反应，用明胶作为弹簧封口堵块，当被溶解后，开始封口。

在模拟器内，观察其封口膜破裂的时间(分钟)，与阀门开关时间(分钟)。

结果见下表：

组别	纤维素面积	封口膜破裂时间	弹簧封口时间	对应胃肠道区段
					1	0.01	725±28.3	25±8.7	回肠或大肠
2	0.05	415±16.1	29±6.9	空肠或回肠
					3	0.1	255±9.8	21±4.7	胃或十二指肠或空肠
4	0.15	125±8.6	34±9.2	胃

通过以上实验，证明可以在多个时间段、多个消化道区段取样，每次取样时间在20-30分钟，而据观察，在10分钟内，每个胶囊已经充满取样内容物；所以本装置基本满足胃肠道取样的要求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于：包括胶囊壳体（1），所述胶囊壳体（1）表面嵌入有若干单向阀门（2），阀门开关由压力控制，胶囊壳体内部或内壁放置2种或多种组分，所述2种或多种组分分组包裹成多个微胶囊，胃肠运动挤压后包裹破裂进行反应导致压力变化；每个微胶囊壁厚薄不一，或成份、结构不一，在胃肠运动的挤压下，破裂速度不一，以此控制反应速度；

所述单向阀门（2）中包括两个弹簧卡片（7），两个弹簧卡片（7）通过卡块（8）进行接触密封；

所述卡块（8）为三角形，所述胶囊壳体（1）为弧形，所述卡块（8）通过所述弹簧卡片（7）与所述胶囊壳体（1）相连；

所述卡块（8）由部分特殊囊壁（3）或透水凝胶包裹吸水材料制成，所述特殊囊壁（3）由高分子材料掺杂吸水物质制成，特殊囊壁（3）或透水凝胶的大小、厚度将决定吸水的速度，而吸水的速度决定了膨胀速度，所述卡块（8）向一侧膨胀拉动弹簧卡片（7），单向阀门（2）打开，肠道内的内容就可以被吸收进来；所述卡块（8）破裂则阀门关闭。

2.根据权利要求1所述的一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于，所述胶囊壳体（1）部分区域设置有特殊囊壁（3），掺杂吸水物质的特殊囊壁（3）的吸水速度决定了水进入囊壳内的速度，决定了水作为反应物的反应时间与速度。

3.根据权利要求1所述的一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于，所述单向阀门（2）最少为一个，且单向阀门（2）是正压和负压阀门。

4.根据权利要求2所述的一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于，胶囊壳体（1）内部或内壁放置1种吸水膨胀的物质或生长膨胀的物质，或2种及2种以上遇水即可反应，反应就会导致压力变化的物质。

5.根据权利要求1所述的一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于，所述胶囊壳体（1）外壁局部包围有凝胶（10），凝胶（10）渗透速度决定反应速度，所述凝胶（10）中含有酶分子。

6.根据权利要求1所述的一种适用于动物与人的生物反应控制状态胶囊，其特征在于，通过控制不同厚度的所述胶囊壳体（1）的通透性，来控制肠道内容物进入胶囊的速度来控制反应速度。