亚搏亚搏

欢迎光临
我们一直在努力

陈晓东:17分钟详解"全方位仿生"模仿消化道

专家介绍:

陈晓东、姑苏大学化工与环境工程学院院长姑苏大学出色教授,博士生导师陈晓东 姑苏大学出色教授,姑苏大学化学与环境工程院院长。姑苏大学基础医学与生物科学学院兼职教授、厦门大学兼职教授、蒙纳士与奥克兰大学客座教授。1987年结业于清华大学工程力学系本科;1991年获Canterbury 大学化工博士;2014年获University of New South Wales 使用数学硕士。 2000年中选新西兰皇家科学院院士;2007年中选澳大利亚工程与技能科学院院士。2015年第12届世界食物工程大会毕生成就奖。2017年法国国立农业与食物高档学院荣誉博士;2017年姑苏大学‘我最喜欢的教师’奖。首要研讨范畴为生物与食物工程, 仿生化工,颗粒技能,枯燥技能,化工原理在农业的使用,换热器的结垢与清洗,低温浓缩技能等。陈是科技部中澳乳品工程研讨中心中方主任;中粮养分健康中心院士工作站院士。到2019年末,已宣布约600篇科学期刊文章,230多篇会议文章,做过七十个主题和大会陈述。

以下是图文实录:

我叫陈晓东,是姑苏大学化工与环境工程学院的教师,是个化学工程师。今日给咱们讲《体外仿生消化道模型的开展与使用》。

首要我讲讲大布景。做任何工作,咱们都要知道为什么要做。

我给咱们看这么一张图,或许你们没有见过这张图,这是我的原创。

在你的左面,你看到 t=0,实践上是在你出世的时分;在右边是 t=100,大约是 100 岁,100 岁够长了吧。那么咱们现在谈什么?谈日子质量。

咱们往常都知道 IQ和 EQ对咱们的孩子、对咱们自己都十分重要,可是咱们很少谈到 LQ,LQ 便是 Life Quality。

Life Quality 对咱们每个人来说都是重要的,不论你是聪明也好,不聪明也好,LQ对你都十分重要。在这张图上,咱们看到纵坐标便是 LQ,或许打个比方,便是高兴与否。

每个人都有一个 100%的 LQ,那么看看咱们这个曲线是怎么走的?

很风趣,咱们在前面一半的日子里边,显着 LQ 一直在添加。你的常识在添加,你的爱好在添加,你的身体状况在添加,你个子在长高,你的朋友在增多,所以在这一段时刻内,你的 LQ 必定是上升的,或许说在这个进程里边,你想要让 LQ 升高是十分简略的。

那么在这之后咱们会发现,这工作没有那么简略。意思便是说,咱们的LQ或许是要朝下走的。像方才说的,在年青的时分,你想让 LQ 添加很简略,有时分几天不睡觉,你也挺高兴的。可是在这段时刻今后,你想要保持你的 LQ、你的日子质量,那么这个时分就十分难了。

在这个情况下,实践上有许多的时机可以让你去创造创造,可以把 LQ 的水平进步。什么意思呢?咱们可以在这个阶段,创造各种有人文关心的立异产品,在这我不过多介绍。

我的意图是要谈食物,食物是不是 LQ 因子里最重要的呢?

我信任咱们你吃饭吃得不舒服,吃得不愉快,那么你 LQ 必定不会太高;可是吃多了,吃太多了,也不必定太好,所以这是个双刃剑。

那么双刃剑之一,我简略介绍一下所谓的糖尿病。咱们咱们都知道糖尿病,可是咱们或许没有那么了解,那么介意。

糖尿病在世界实践上是十分重要的一个疾病,它占人口的份额超越 10%。世界得糖尿病的人加上印度得糖尿病的人的数量,是世界上第三大国家的人口数量,所以说是十分可怕的一个数字。

当然得了糖尿病,你不会立刻就过去,所以如同许多人有糖尿病但还不是那么注重。

糖尿病最要害的一点是什么呢?不光是一个治好不治好的问题,呼喊不呼喊的问题,LQ 高和低的问题,还有一个便是糖尿病自身会给这个国家带来十分多的费用,必定要支撑你的 LQ,所以或许会导致一个国家在经济上的巨大损失。

那咱们看看食物究竟是什么呢?从工程视点去看,咱们制造食物就需求从分子到分子去考虑问题。

首要,任何食物都是有它的化学组成、分子组成和各种功用。咱们规划食物的时分,也是这么考虑的,便是说它哪个分子或许起到什么样的效果。

可是咱们不是每天只喝汤,咱们需求有各种领会。由于食物是 LQ 的一个重要的部分,那么咱们就要加工构成一个结构。只要有了结构,咱们才有领会,才有实在所谓的 LQ 领会,那么这个时分咱们才干谈产品和功用。

产品功用怎么完成呢?必定是要从嘴里吃进去的,那么必定要有一个体内的进程。由于咱们不是体内的进程,仅仅针对养分、健康的视点,或许打针就可以了。可是食物是咱们享用的最大部分之一,所以必定要从体内领会。

上图也是别的一个办法去描绘,所谓“从分子到分子”那么一个进程。意思便是说,食物到体内的时分,完成咱们终究的规划的功用,不管是天然收集的,仍是加工过的,终究都要从口入。

那么我有一个十分简略的主意,便是把食物工程分红所谓“脖子以上的食物工程”和“脖子以下的食物工程”。我估量咱们仍是比较可以了解的。对大部分的工程来说或许加工出产的厂家来说,他们首要的重视点便是所谓的“脖子以上”,便是色香味。

“脖子以上”的食物加工现已有十分大的规划,十分的自动化,并且高技能、跨学科,重视色香味,在工程的水平上是十分高的。

可是“脖子以下”的进程便是十分困难的。通过 N 年的开展,咱们领会到这是一个多学科的进程。从工程上面去了解体内的消化吸收进程,也是在近几年的工作。

在世界上有一个十分大的安排,叫 Infogest,有几百个养分科学家、食物科学家 、工程师在一起协作。咱们试验室便是其间的一个。

那么我现在再回退100步考虑,为什么化学工程师关于了解消化吸收食物这东西,有任何效果或许有任何奉献?我在这简略的解释一下。

在试验室里做的许多东西是在试管里边进行,咱们叫化学。

咱们咱们让更多的人去领会在试验室里得出来的这个成果的话,就需求更大的一个试管。然后你会发现,在试验室里操控的温度、浓度等等,都十分简略均匀,可是在这种巨大的试管情况下,我怎么把它做成十分均匀的产品呢?十分难!

咱们我把自己再持续缩小,意思便是说,咱们愈加扩大这个进程的时分,你会发现这个难度就极端地高了。那么这个工程上边是需求科学的。

从另一个视点看看所谓“从小到大”这个扩大的进程,化工跟医学或许养分学有什么距离呢?

在左面,咱们先看一个小鼠。化工的扩大是相同的一个种群,咱们小鼠太小,就把它变得更大,咱们不行大就更大,直到最大的一个老鼠。

可是在医学上扩大,你就看很风趣。从小鼠开端,小鼠不行大或许变成兔子,兔子不行大或许变成猪,咱们猪完了今后,咱们最终一个才扩大到人。

你看这两种扩大,如同都是科学的扩大,但它们之间有很大的差异,所以在这之中必定有它的诀窍。

我接下来谈的是,生物学启示下的化学工程研讨,专门针对消化吸收的。那么,你会了解化学工程师在里边或许会起到什么样的效果,我做进一步展现。

咱们现在看人体消化进程,根本都体现在这张图上。

咱们的嘴是一个十分惊人的体系,它可以混合、破碎,有酶在里边起效果。最重要一点是,对咱们LQ十分重要的是,它构成一个食团。咱们没有食团,咱们就没有吞的问题。没有吞的问题,就没有吃东西这么高兴的工作。吃起来并不高兴,一列一列地吞下去这种吃法是多么的不高兴。

咱们再往下看到有一个食管,食管是个十分牛的一个管道。绝大部分情况下,它是不会堵的。咱们它常常简略阻塞的话,那咱们LQ是不会高的。

再往下就发现有一个人胃,人胃也是一个混合、生化反响器,十分惊人。惊人到什么程度?它里边没有任何旋转键,没有咱们人类十分自豪的一个规划——便是没有一个滚动设备在里边,也没有什么声响,不会说你开端吃饭了,它就发生各种嗡嗡的声响。实践上它是十分优异的一个反响器。

再往下,咱们就有小肠体系,后边还有大肠体系,活动、膜分离、酶固定、菌群、发酵等等所有这些东西,都在一个简直一维的反响器体系里边。这在咱们人类规划的体系里边,现在来说还并不存在。

那么它的排泄也是十分有意思的,由于它是分级的排泄。在不同的级的时分放不同的物质进去进行反响,所以这个是十分惊人的一个体系。

还有各种检测器、操控器,咱们的神经体系等等,还有十分重要的解剖学的结构,在它任何的出口或许接口的当地,有许多工作咱们都不知道。

咱们把它工程化的话,你看着十分粗,可是十分风趣。嘴是搅拌器、破碎机等等,胃便是反响器,肠子便是膜分离,也是膜反响器等等。

大肠体系就十分风趣,升结肠是固体往上移,液体往下降,你想过没有液体究竟去哪里了?液体存在那里究竟干什么?比方,液体是不是在一个存老汤的当地,打个比方。

那么工程上还能做什么呢?实践中很难把人体解剖,然后了解这些十分多的细节,可是咱们可以在核算机上完成这些细节,咱们细心地研讨各个部位、各个解剖学的要害,究竟起什么样的效果。

比方小肠绒毛,这是咱们试验室做的模仿。绒毛究竟起什么样的效果,可以做十分精密的研讨。它的长短、运动办法、频率、吸收面积,还有它的各种酶的存在等等。

这张图给咱们演示一下,在小肠体系里边的混合是多么的杂乱。实践上不是简略的幻想它是一个锅、一个桶,实践上这个进程是十分杂乱的。

在胃里边这个进程是不是也很杂乱?十分杂乱!

幻想一下大块的食物进去,你享用的很大一部分程度,在这里是一个处理的办法。咱们很大块的食物没有在这进行破碎的话,那么它不会被十分有用地进行消化,然后传递到你的更下一边,比方小肠体系。

所以这个进程也可以模仿的,进行一些十分细心的研讨。

总归,咱们这些体系,胃也好,小肠也好,大肠也好,它必定不是简略的一个搅拌器能处理的。

那么下一步便是说,咱们怎么可以在体外有用地研讨动物和人的消化吸收进程?

关于我个人来说,对咱们许多人来说,动物们实在是太可爱了,咱们能不必它们去做这些试验是最好的。所以,要害是咱们能不能树立一个十分有用的仿生体系。

树立有用的仿生体系要求十分多。

首要,应该越像越好。其次,了解上下流的联系,上游发生了什么,下流发生了什么,这是化工的强项。

还有一个便是,上面吃进去的东西必定要从下面出来。你觉得这个设备上要求高吗?实践上十分高!

还要一起完成生化反响,还要树立消化-吸收联动,树立消化-发酵联动,并且可以随时随地可以丈量、操控、取样——其实这个是仿生体系的长处,由于在咱们人体的试验、动物试验里,这一步十分难完成。

现已有的体外消化体系,你可以看出,我这是十分简略的举例,都是坛坛罐罐,跟真的体系距离十分大。

那么咱们的体系是在简直 17 年、18 年曾经就开端进行研讨的。叫什么呢?就叫结构、形状、运动、生化仿生集成一体。

这个是荷兰最近的产品。你可以看出,在某种意义上,它的胃如同比较像胃了。

这是智利的一个产品,你看他也是在研讨胃,他把它建的愈加仿生。

可是咱们的体系,这个是鼠的体系,现已进入了全方位的仿生 ,还有自动化。它包含两部分,一个部分是柔性器官的树立,柔性器官这个模子等等都是从实在动物身上直接做出来的。

这张图上可以看到,咱们制造的从婴幼儿到成年人的胃的体系。你可以看出,不管它的沟回也好,它的胃液的运送也好,都现已在里边体现出来了。

咱们现已做到了将仿生体外消化吸收进程,这个人的体系,做到实在商场化。做商场开发的、做产品开发的、做产品检测的、做科学研讨的等等,都可以使用这个设备进行开发。

现在请咱们看一个录像。这是咱们的这个体系,人胃和十二指肠体系在运作,你可以看出,它在运动仿生上面,现已完成了十分有用的办法。

这些是咱们的一些产品,你可以看出,它是消化之后的产品,或许消化吸收之后的产品。咱们的用户跟咱们讲,这是十分像的。

咱们最近开展了所谓大肠的反响器。在咱们的大肠里边,它既不是固体发酵,也不是液体发酵,实践上是介于二者之间的,所以难度仍是比较大的。那么在这个体系里边,作为人体消化体系重要的一部分,咱们也是需求剖析活动的影响和对活动的研讨。

看了咱们的体系,或许看了世界各地的体系,你会发现这些体系都很杂乱。为什么要这么折腾,这么杂乱呢?那是由于在实践的消化吸收体系里边,所阅历的工程的参数,和试验室搅拌器里阅历的工程参数,是有十分大的差异。

比方在仿生体外体系里边,做咀嚼也好,做消化也好,它里边的剪切力的数量级是5000以上,而试验室的搅拌器只能大约到达几十的Pascal。所以你可以看出,根本像一个大象和一个老鼠之间的比较。

还有一个便是样品的代表性和准确性,咱们不是很实践、很仿生的体系,那么你获得这些样品去进行检测,那么你检测什么呢?

我再讲一下,不同的动物里边的体系是十分不同的。某种意义上,咱们的仿生体系制造出来也应该反映这些不同。

牛必定是跟狗狗是彻底不同的,跟猪也是彻底不同的,老鼠跟这个体系十分不同。鱼的体系跟这一样吗?也十分十分的不同。鸡有个嗉子,那里边它的咀嚼体系跟咱们是彻底不同的。

所以不同的动物,必定要用不同的体外模仿体系,进行细心的研讨。

咱们现在在做什么?现在咱们在积极地这些工作,比方树立消化吸收与发酵的联动,还有随时随地的检测体系,操控、取样,包含把生物芯片植入到这个体系里边进行采样。

还有,作为吃来讲,十分重要的便是在口腔里边的进程。所以咱们现在也在开发仿生的口腔,它能咀嚼、能排泄、能构成食团,最重要的是它能吞,可以反映咱们的LQ的现象。

再次阐明我来自苏大的化工,欢迎咱们来姑苏跟咱们协作。

赞( 987 )
未经允许不得转载: 亚搏 » 陈晓东:17分钟详解"全方位仿生"模仿消化道