CN113956965B - 一种模拟口腔综合治疗台水路的装置及生物膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟口腔综合治疗台水路的装置及生物膜形成方法，其中，装置包括：进水箱；硅胶连接管；智能定时控制箱；蠕动泵；聚丙烯材质的直通接头；聚四氟乙烯材质的塑料水路管道；由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物组成的塑料材质的三通阀门；排放水箱；实验铁架台；1ml注射器。生物膜形成方法包括以下步骤：S1、四个进水箱分别通入不同水源的水；S2、小程序端设定生物膜观察间隔；S3、装置运行。本发明解决了实际口腔综合治疗台水路管道不易拆取以观察生物膜的生长周期及生长特性的问题，它为口腔综合治疗台水路污染问题提供了科学的研究方法和消毒依据。
Description
技术领域
本发明涉及细菌生物膜孵育***技术领域，具体是涉及一种模拟口腔综合治疗台水路的装置及生物膜形成方法。
背景技术
口腔综合治疗台的水路污染问题在全世界的范围都普遍存在，严重的威胁了患者和医务人员的健康安全。多年来的研究证实，口腔综合治疗台水路存在着严重的污染，不经过处理的水路，每毫升水样中微生物髙达108CFU，其中含有铜绿假单胞菌、嗜肺军团菌等条件致病菌。这些病原微生物在进行口腔治疗时能够随着手机转动时及三用枪喷出的水雾进入到患者伤口，引发医院感染。对于免疫力低下如孕妇、儿童、恶性肿瘤化疗患者、服用免疫抑制剂人群及免疫力缺陷的人群如获得性免疫缺陷综合征患者影响尤其重大。研究发现，口腔综合治疗台水路污染问题难以得到有效解决，主要受到水路管道中的生物膜影响。水路中的生物膜不同于游离菌的生长方式，它是一种复杂的菌体组合，是粘附于某种有生命的或无生命的载体表面的微生物膜性聚合物，此聚合物主要成分包括蛋白质、糖类物质、脂类物质、细胞外DNA等。由于牙椅水路管道直径细小、液体流动缓慢、间歇停滞、高速手机瞬间负压回吸造成污染等原因，管道中极易产生生物膜。而生物膜一旦形成，其固着细胞会分泌出具有高粘弹性的多糖-蛋白复合物，使其在牙椅水路中难以去除，并具有抵御干燥和自我保护能力。在牙科治疗过程中，粘附于管道表面的生物膜可不断向水路中释放条件致病菌，它们随着水流进入治疗部位，引起牙科治疗的交叉感染，严重者可致其休克。因此，有效去除生物膜，特别是防控水路管道中形成生物膜，是控制牙椅水路造成的感染发生的关键。但由于牙椅成本较高且拆取不便，使得生物膜的研究开展受限。模拟口腔综合治疗台水路形成生物膜的方法目前主要以静态培养法为主，而口腔综合治疗台水路处于动态、静态不断变换状态，同时受高速手机的回吸影响，现有的静态培养法无法贴近真实的生长环境，从而影响判断。
目前关于口腔综合治疗台水路生物膜形成的动态模拟装置及其方法的研究几乎没有，仅有的关于水路管道生物膜形成专利主要集中在自来水给水方面。
1.一种长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置及实验方法(申请号：202010691936.9)，该发明公开了一种长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，虽然该方法可以模拟多级输水管网；有效模拟不同长度、不同停留时间条件下长距离输水管道管壁生物膜生长过程，但由于牙科治疗过程中条件复杂，该方法未能考虑水路循环工作时间、高速手机回吸等情况，并不能很好的贴近临床使用条件，与本研究的研究对象并不相同。
2.一种外筒内壁挂片式供水管道生物膜生长模拟装置(申请号：202110108547.3)，该发明公开了一种外筒内壁挂片式供水管道生物膜生长模拟装置，虽然该装置具有良好的稳定性、较多的挂片位置、可模拟管道流态，但与本研究在生物膜形成方法、研究对象等方面均不相同。
3.原位培养管道生物膜的反应器及其方法(申请号：202110231901.1)，该发明公开了一种原位培养管道生物膜的反应器及其方法，，该装置虽然养膜周期短、效率高，但与本研究在生物膜的形成方法、研究对象等方面均不相同。
因此，本发明专利提出一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，旨在通过模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置的搭建及其形成生物膜的方法的摸索获得生物膜，方便进行后续生物膜形成特性研究以及不同消毒剂对生物膜的去除效果研究。
发明内容
发明的目的在于提供一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，通过蠕动泵智能化控制塑料管道中水流流速，同时通过三通阀注入患者牙科治疗时的口腔内液体模拟高速手机回吸，保证了模拟装置最大程度贴近实际水路中生物膜形成的过程；通过PLC控制器实时获取进水箱内不同水源的盛放量、蠕动泵的工作状态、生物膜的生成时间，提供了取样模块。本发明提供了一种可靠的新型生产生物膜的装置和方法，解决了实际水路管道不易拆取获得生物膜的问题。该装置和方法获得的生物膜还可方便进行不同消毒剂对生物膜的去除效果研究，具有较强的实用价值。
本发明的技术方案如下：
一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，包括：
用于模拟口腔综合治疗台水路工作过程的模拟设备，
用于通过移动端获取模拟设备工作状态及生物膜形成状态的小程序端，
其中，模拟设备包括：
用于模拟治疗台水路不同水源供水功能的供水模块，供水模块包括：四个用于存放来源水的进水箱，进水箱内底部设有压力传感器，四个进水箱通过硅胶连接管连接有蠕动泵，蠕动泵与智能定时控制箱电性连接，蠕动泵出水口分别通过直通接头连接有四条塑料水路管道，四条塑料水路管道另一端分别连接有三通阀门，四个三通阀门还分别连接有排放水箱和用于模仿临床高速手机回吸患者口腔内液体的1mL注射器，
四条塑料水路管道靠近三通阀门一端分别通过实验铁架台实现水平方向的固定，塑料水路管道上分别设有便于对生物膜进行取样观察的取样模块，其中一个实验铁架台中部的位置固定有控制模块，控制模块内设有：与智能定时控制箱、四个压力传感器电性连接的PLC控制器，与PLC控制器电性连接的用于连接小程序端的无线联网子模块，
小程序端包括：用于定时获取并显示蠕动泵工作时间及工作状态的蠕动泵状态模块，用于设定生物膜取样观察时间间隔的时间段设定模块，用于通过响铃或振动提醒使用者查看进水箱、蠕动泵或不同取样时间下生物膜状态的提示模块，用于记录每个时间间隔取样生物膜状态的生物膜状态记录模块。
进一步地，提示模块包括：用于提示使用者对蠕动泵工作状态进行检查确认的蠕动泵状态提示子模块，用于按照时间段设定模块设定时间间隔对使用者进行提示的生物膜状态提示子模块，用于以30min为时间间隔提醒使用者通过1mL 注射器加样的注射器提醒子模块，这种在手机端支持装置使用者对模拟设备的实时监控，适用于更多的应用场景。
进一步地，取样模块包括：将第二塑料水路管道进行切割以便于翻出内表面的取样区，取样区一周设有用于防止漏水的密封圈，取样区一侧连接有卡块，第二塑料水路管道与卡块对应位置设有卡槽，取样模块的设计便于装置使用者在不同时间段内对生物膜形成状态的获取，使得装置使用者能够更多获取到生物膜的数据，使用方便。
进一步地，控制模块正表面设有用于显示每个进水箱内置水源种类及其剩余用量、记录显示蠕动泵工作状态及工作时间、计算显示生物膜形成时间、计算显示生物膜取样次数的触摸显示屏，便于装置使用者对模拟设备状态的观察。
更进一步地，进水箱的底端高于排放水箱的顶部，便于塑料水路管道内的水流保持停滞状态，利于生物膜的生成。
优选地，塑料水路管道由聚四氟乙烯材质的塑料材质制成，直径3*2mm，与实际口腔综合治疗台水路管道材料直径保持一致，使得模拟设备能够尽量与实际情况相符，塑料水路管道通过实验铁架台实行u型固定，高度贴近临床水路管道的放置状态。
优选地，四个进水箱的水源分别为：纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水，多种水质能够为生物膜生成过程提供更多的数据，便于装置使用者的研究。
本发明还提供了基于上述装置的一种模拟口腔综合治疗台水路的生物膜形成方法，包括以下步骤：
S1、将四个进水箱分别通入纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水；
S2、使用者登录小程序端，通过时间段设定模块设定生物膜取样观察时间间隔；
S3、模拟设备设备启动，PLC控制器通过智能定时控制箱控制蠕动泵工作，蠕动泵工作的过程中，使用者按照设定的时间间隔通过取样模块对塑料水路管道生成的生物膜进行取样观察，并将观察结果通过生物膜状态记录模块进行记录，观察结束后，对所有塑料水路管道进行更换。
进一步优选地，步骤S3中模拟设备的具体工作过程为：蠕动泵同时控制四个进水箱内液体通过硅胶连接管吸出后流入四条塑料水路管道，水流流速在 60ml/min，工作时间8:00至17:00，每半个小时工作后停滞10min，非工作时间保持水流停滞状态，每半个小时工作停止时，即刻通过1ml注射器从三通阀门注入患者牙科治疗时的100ul口腔内液体以模拟高速手机回吸。
其中，四个进水箱均为5L的密封加盖的不透明的玻璃瓶，排放水箱为5L 的密封加盖的不透明的玻璃瓶，可保证24h水路管道的流量，进水箱底部高于排放水箱顶部高度0.2m，原水24h更换一次。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，通过智能化控制蠕动泵调节水流流速，以模拟口腔综合治疗台水路动态变化状态；通过三通阀注入患者牙科治疗时的口腔内液体模拟高速手机回吸；通过实验铁架台实行塑料水路管道的u型固定，模拟临床水路管道的放置状态，最大程度的保证了模拟装置贴近实际水路中生物膜形成的过程；
2、本发明提供的一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，通过PLC控制器实时获取进水箱内不同水源的盛放量、蠕动泵的工作状态、生物膜生成的时间，提供了取样模块，解决了实际水路管道不易拆取获得生物膜的问题；
3、本发明提供的一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，可在生物膜形成过程中随时取样，可获得不同生长阶段的生物膜，方便后续开展生物膜的研究；
4、本发明提供的一种模拟口腔综合治疗台水路生物膜形成的装置及其形成生物膜的方法，可直接在进水箱内放入消毒剂，方便后续开展消毒剂对生物膜的去除效果研究。
附图说明
图1是本发明框架图；
图2是本发明模拟设备结构图；
图3是图2中A处放大详情图；
图4是本发明控制模块内部结构图；
图5是本发明提示模块结构图；
其中，1-进水箱、2-硅胶连接管、3-智能定时控制箱、4-蠕动泵、5-直通接头、6-塑料水路管道、7-实验铁架台、8-三通阀门、9-排放水箱、10-1ml注射器、 11-取样模块、12-控制模块、13-PLC控制器、14-无线联网子模块、15-取样区、 16-密封圈、17-卡块、18-卡槽、19-触摸显示屏、20-压力传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
实施例1
如图1所示，本实施例为一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，包括：
用于模拟口腔综合治疗台水路工作过程的模拟设备，
用于通过移动端获取模拟设备工作状态及生物膜形成状态的小程序端，
如图2所示，其中，模拟设备包括：
用于模拟治疗台水路不同水源供水功能的供水模块，供水模块包括：四个用于存放来源水的进水箱1，四个进水箱1的水源分别为：纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水，进水箱1内底部设有压力传感器20，四个进水箱1通过硅胶连接管2连接有蠕动泵4，蠕动泵4与智能定时控制箱3电性连接，蠕动泵4出水口分别通过直通接头5连接有四条塑料水路管道6，四条塑料水路管道6另一端分别连接有三通阀门8，四个三通阀门8还分别连接有排放水箱9和用于模仿临床高速手机回吸患者口腔内液体的1mL注射器10，进水箱 1的底端高于排放水箱9的顶部，塑料水路管道6由聚四氟乙烯材质的塑料材质制成，
四条塑料水路管道6靠近三通阀门8一端分别通过实验铁架台7实现水平方向的固定，其中一个实验铁架台7中部的位置固定有控制模块12，控制模块12 内设有：与智能定时控制箱3、四个压力传感器20电性连接的PLC控制器13，与PLC控制器13电性连接的用于连接小程序端的无线联网子模块14，控制模块 12正表面设有用于显示每个进水箱1内置水源种类及其剩余用量、记录显示蠕动泵4工作状态及工作时间、计算显示生物膜形成时间、计算显示生物膜取样次数的触摸显示屏19，
小程序端包括：用于定时获取并显示蠕动泵4工作时间及工作状态的蠕动泵状态模块，用于设定生物膜取样观察时间间隔的时间段设定模块，用于通过响铃或振动提醒使用者查看进水箱1、蠕动泵4或不同取样时间下生物膜状态的提示模块，用于记录每个时间间隔取样生物膜状态的生物膜状态记录模块。
实施例2
本实施例为基于实施例1装置的一项模拟口腔综合治疗台水路的装置的生物膜形成方法，包括以下步骤：
S1、将四个进水箱1分别通入纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水；
S2、使用者登录小程序端，通过时间段设定模块设定生物膜取样观察时间间隔；
S3、模拟设备设备启动，PLC控制器13通过智能定时控制箱3控制蠕动泵 4工作，蠕动泵4工作的过程中，使用者按照设定的时间间隔通过取样模块11 对塑料水路管道6生成的生物膜进行取样观察，并将观察结果通过生物膜状态记录模块进行记录，观察结束后，对所有塑料水路管道6进行更换。
其中，步骤S3中模拟设备的具体工作过程为：蠕动泵4同时控制四个进水箱1内液体通过硅胶连接管2吸出后流入四条塑料水路管道6，水流流速在 60ml/min，工作时间8:00至17:00，每半个小时工作后停滞10min，非工作时间保持水流停滞状态，每半个小时工作停止时，即刻通过1ml注射器10从三通阀门8注入患者牙科治疗时的100ul口腔内液体以模拟高速手机回吸。
实施例3
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：
提示模块包括：用于提示使用者对蠕动泵4工作状态进行检查确认的蠕动泵状态提示子模块，用于按照时间段设定模块设定时间间隔对使用者进行提示的生物膜状态提示子模块，用于以30min为时间间隔提醒使用者通过1mL注射器10 加样的注射器提醒子模块。
实施例4
本实施例为基于实施例3装置的一项所述模拟口腔综合治疗台水路的装置的生物膜形成方法，包括以下步骤：
S1、将四个进水箱1分别通入纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水；
S2、使用者登录小程序端，通过时间段设定模块设定生物膜取样观察时间间隔；
S3、模拟设备设备启动，PLC控制器13通过智能定时控制箱3控制蠕动泵 4工作，蠕动泵4工作的过程中，PLC控制器13无法通过智能定时控制箱3控制蠕动泵4时，通过无线联网子模块14将蠕动泵4状态传输至小程序端，蠕动泵状态提示子模块提示装置使用者对该蠕动泵4进行检修，达到设定的生物膜观察时间时，生物膜状态提示子模块提示装置使用者通过取样模块11对生物膜进行取样观察，使用者按照设定的时间间隔通过取样模块11对塑料水路管道6生成的生物膜进行取样观察，并将观察结果通过生物膜状态记录模块进行记录，观察结束后，对所有塑料水路管道6进行更换。
其中，步骤S3中模拟设备的具体工作过程为：蠕动泵4同时控制四个进水箱1内液体通过硅胶连接管2吸出后流入四条塑料水路管道6，水流流速在 60ml/min，工作时间8:00至17:00，每半个小时工作后停滞10min，非工作时间保持水流停滞状态，每半个小时工作停止时，注射器提醒子模块即刻提示使用者通过1ml注射器10从三通阀门8注入患者牙科治疗时的100ul口腔内液体以模拟高速手机回吸。
实施例5
如图3所示，本实施例与实施例3的区别在于：
取样模块11包括：将塑料水路管道6进行切割以便于翻出内表面的取样区 15，取样区15一周设有用于防止漏水的密封圈16，取样区15一侧连接有卡块 17，塑料水路管道6与卡块17对应位置设有卡槽18。
实施例6
本实施例为基于实施例5装置的一项所述模拟口腔综合治疗台水路的装置的生物膜形成方法，包括以下步骤：
S1、将四个进水箱1分别通入纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水；
S2、使用者登录小程序端，通过时间段设定模块设定生物膜取样观察时间间隔；
S3、模拟设备设备启动，PLC控制器13通过智能定时控制箱3控制蠕动泵 4工作，蠕动泵4工作的过程中，PLC控制器13无法通过智能定时控制箱3控制蠕动泵4时，通过无线联网子模块14将蠕动泵4状态传输至小程序端，蠕动泵状态提示子模块提示装置使用者对该蠕动泵4进行检修，达到设定的生物膜观察时间时，生物膜状态提示子模块提示装置使用者通过取样模块11对生物膜进行取样观察，使用者按照设定的时间间隔通过取样模块11对塑料水路管道6生成的生物膜进行取样观察，并将观察结果通过生物膜状态记录模块进行记录，观察结束后，对所有塑料水路管道6进行更换。
其中，步骤S3中模拟设备的具体工作过程为：蠕动泵4同时控制四个进水箱1内液体通过硅胶连接管2吸出后流入四条塑料水路管道6，水流流速在 60ml/min，工作时间8:00至17:00，每半个小时工作后停滞10min，非工作时间保持水流停滞状态，每半个小时工作停止时，注射器提醒子模块即刻提示使用者通过1ml注射器10从三通阀门8注入患者牙科治疗时的100ul口腔内液体以模拟高速手机回吸。
步骤S3中，对生物膜进行取样观察的具体过程为：装置使用者通过卡块17 将取样区15掀开，展示出塑料水路管道6内表面中形成的生物膜，装置使用者取出部分生物膜进行观察。
Claims (8)
1.一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，包括：
用于模拟口腔综合治疗台水路工作过程的模拟设备，
用于通过移动端获取所述模拟设备工作状态及生物膜形成状态的小程序端，
其中，所述模拟设备包括：
用于模拟治疗台水路不同水源供水功能的供水模块，所述供水模块包括：四个用于存放来源水的进水箱（1），所述进水箱（1）内底部设有压力传感器（20），四个所述进水箱（1）通过硅胶连接管（2）连接有蠕动泵（4），所述蠕动泵（4）与智能定时控制箱（3）电性连接，蠕动泵（4）出水口分别通过直通接头（5）连接有四条塑料水路管道（6），四条所述塑料水路管道（6）另一端分别连接有三通阀门（8），四个所述三通阀门（8）还分别连接有排放水箱（9）和用于模仿临床高速手机回吸患者口腔内液体的1mL注射器（10），
四条所述塑料水路管道（6）靠近三通阀门（8）一端分别通过实验铁架台（7）实现水平方向的固定，塑料水路管道（6）上分别设有便于对生物膜进行取样观察的取样模块（11），其中一个所述实验铁架台（7）中部的位置固定有控制模块（12），所述控制模块（12）内设有：与所述智能定时控制箱（3）、四个所述压力传感器（20）电性连接的PLC控制器（13），与所述PLC控制器（13）电性连接的用于连接所述小程序端的无线联网子模块（14），
所述取样模块（11）包括：将所述塑料水路管道（6）进行切割以便于翻出内表面的取样区（15），所述取样区（15）一周设有用于防止漏水的密封圈（16），所述取样区（15）一侧连接有卡块（17），塑料水路管道（6）与所述卡块（17）对应位置设有卡槽（18），
所述小程序端包括：用于定时获取并显示所述蠕动泵（4）工作时间及工作状态的蠕动泵状态模块，用于设定生物膜取样观察时间间隔的时间段设定模块，用于通过响铃或振动提醒使用者查看所述进水箱（1）、蠕动泵（4）或所述不同取样时间下生物膜状态的提示模块，用于记录每个时间间隔取样生物膜状态的生物膜状态记录模块，用于显示监测进水箱（1）内水量的水剩余用量监测模块。
2.如权利要求1所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，所述提示模块包括：用于提示使用者对所述蠕动泵（4）工作状态进行检查确认的蠕动泵状态提示子模块，用于按照所述时间段设定模块设定时间间隔对使用者进行提示的生物膜状态提示子模块，用于以30min为时间间隔提醒使用者通过所述1mL注射器（10）加样的注射器提醒子模块。
3.如权利要求1所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，所述控制模块（12）正表面设有用于显示每个进水箱（1）内置水源种类及其剩余用量、记录显示蠕动泵（4）工作状态及工作时间、计算显示生物膜形成时间、计算显示生物膜取样次数的触摸显示屏（19）。
4.如权利要求1所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，所述进水箱（1）的底端高于所述排放水箱（9）的顶部。
5.如权利要求1所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，所述塑料水路管道（6）由聚四氟乙烯材质的塑料材质制成。
6.如权利要求1所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的装置，其特征在于，所述四个进水箱（1）的水源分别为：纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水。
7.如权利要求1-6任意一项所述模拟口腔综合治疗台水路的装置的生物膜形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将四个进水箱（1）分别通入纯化水、生活自来水、中央供水***处理后的水、无菌水；
S2、使用者登录小程序端，通过时间段设定模块设定生物膜取样观察时间间隔；
S3、模拟设备设备启动，PLC控制器（13）通过智能定时控制箱（3）控制蠕动泵（4）工作，蠕动泵（4）工作的过程中，使用者按照设定的时间间隔通过取样模块（11）对塑料水路管道（6）生成的生物膜进行取样观察，并将观察结果通过生物膜状态记录模块进行记录，观察结束后，对所有塑料水路管道（6）进行更换。
8.如权利要求7所述的一种模拟口腔综合治疗台水路的生物膜形成方法，所述步骤S3中所述模拟设备的具体工作过程为：蠕动泵（4）同时控制四个进水箱（1）内液体通过硅胶连接管（2）吸出后流入四条塑料水路管道（6），水流流速在60ml/min，工作时间8:00至17:00，每半个小时工作后停滞10min，非工作时间保持水流停滞状态，每半个小时工作停止时，即刻通过1ml注射器（10）从三通阀门（8）注入患者牙科治疗时的100ul口腔内液体以模拟高速手机回吸。
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