<p>工程研究人員開發(fā)了一種無電池、藥丸狀可食用生物傳感系統(tǒng)，旨在提供腸道環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測。它使科學(xué)家能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測腸道代謝物，這在以前是不可能的。這項(xiàng)技術(shù)集成的壯舉可以解開對(duì)腸道代謝物組成的新認(rèn)識(shí)，而腸道代謝物組成對(duì)人類整體健康有重大影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究由加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在12月份的《自然通訊》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>可食用的生物燃料驅(qū)動(dòng)傳感器有助于原位進(jìn)入小腸，使葡萄糖監(jiān)測更容易，同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)的結(jié)果。這些測量提供了跟蹤整體胃腸道健康的關(guān)鍵組成部分，是研究營養(yǎng)、診斷和治療各種疾病、預(yù)防肥胖等的主要因素。<img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672913844951/1672913844951.jpg" width="808" height="418" /></p> <p>&ldquo;在我們的實(shí)驗(yàn)中，無電池生物傳感器技術(shù)在豬攝入14小時(shí)后持續(xù)監(jiān)測小腸中的葡萄糖水平，每5秒測量一次，持續(xù)2到5小時(shí)。&rdquo;加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程研究生、論文的共同第一作者之一Ernesto De La Paz Andres說。&ldquo;我們的下一步是將目前2.6厘米長的藥片縮小，這樣人類受試者就更容易吞咽。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>直接監(jiān)測小腸內(nèi)部的舊方法可能會(huì)導(dǎo)致患者嚴(yán)重不適，同時(shí)只產(chǎn)生持續(xù)變化的環(huán)境的單一短數(shù)據(jù)記錄。相比之下，這種生物傳感器可隨時(shí)間連續(xù)讀取數(shù)據(jù)。該平臺(tái)還可用于開發(fā)研究小腸微生物群的新方法。&ldquo;智能藥丸&rdquo;的方法可能會(huì)帶來更簡單、更便宜的方法來監(jiān)測小腸，這可能會(huì)在未來節(jié)省大量成本。</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州大學(xué)圣地亞哥分校的電子和計(jì)算機(jī)工程教授帕特里克&middot;默斯?fàn)栒f:&ldquo;目前，對(duì)胃和腸道內(nèi)液體進(jìn)行取樣的方法是進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，醫(yī)生將導(dǎo)管插入你的喉嚨，進(jìn)入你的胃腸道。&rdquo;他和納米工程教授約瑟夫&middot;王一起領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)團(tuán)隊(duì)。Wang和Mercier共同指導(dǎo)加州大學(xué)圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行摹ercier說:&ldquo;通過將我實(shí)驗(yàn)室的超低功耗電路和無線技術(shù)與加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Joseph Wang實(shí)驗(yàn)室的葡萄糖燃料電池和尖端電化學(xué)傳感技術(shù)相結(jié)合，我們有機(jī)會(huì)創(chuàng)造出新的方式來了解小腸中正在發(fā)生的事情。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種&ldquo;智能藥丸&rdquo;不是電池，而是由葡萄糖驅(qū)動(dòng)的無毒燃料電池提供動(dòng)力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>王說:&ldquo;有了我們的無電池智能藥丸方法，我們有機(jī)會(huì)監(jiān)測小腸的時(shí)間要長得多，而不僅僅是片刻。&rdquo;&ldquo;我們還計(jì)劃在系統(tǒng)中添加額外的傳感器。我們的目標(biāo)是為腸道開發(fā)一個(gè)傳感平臺(tái)，允許在較長時(shí)間內(nèi)收集許多不同類型的信息。我們正在努力證明，我們有很多機(jī)會(huì)去發(fā)現(xiàn)小腸里到底發(fā)生了什么。我希望這類信息將有助于更好地理解小腸環(huán)境變化在健康和疾病中的作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>一種更聰明的測量關(guān)鍵腸道活動(dòng)的方法</strong></span></p> <p><br />大約20%的人會(huì)在一生中的某個(gè)階段遭受胃腸道疾病的折磨。這些疾病可能包括炎癥性腸病(IBD)、糖尿病或肥胖，在一定程度上都是由涉及腸道代謝物吸收或消化的腸道過程功能障礙引起的。這類疾病給經(jīng)濟(jì)帶來了巨大成本，并給衛(wèi)生保健系統(tǒng)帶來了壓力。因此，從胃腸道相關(guān)部位獲取信息的風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)高。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，開發(fā)可食用傳感器存在重大挑戰(zhàn)，例如加州大學(xué)圣地亞哥分校開發(fā)的新型智能藥丸系統(tǒng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>王說:&ldquo;事實(shí)證明，很難制造出一種具有必要的傳感器和電子設(shè)備來執(zhí)行無線讀取，而且不需要電池。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了解決這些規(guī)格問題，研究小組將一種自供電的葡萄糖生物燃料生物傳感器集成到電路中，利用磁性人體通信的功率-頻率轉(zhuǎn)換方案執(zhí)行能量收集、生物傳感和無線遙測。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)的葡萄糖生物燃料電池(BFC)實(shí)現(xiàn)了這種獨(dú)特的無電池操作，可以在操作過程中獲得電力，同時(shí)測量葡萄糖濃度的變化。其高效節(jié)能的磁性人體通信(mHBC)方案在40-200 MHz范圍內(nèi)工作，以接收時(shí)間分辨的傳輸信號(hào)。(點(diǎn)擊這里閱讀更多關(guān)于磁性人體交流的信息。)</p> <p>&nbsp;</p> <p>Mercier說:&ldquo;它利用腸道中的葡萄糖作為生物燃料來驅(qū)動(dòng)設(shè)備。&rdquo;&ldquo;利用超低功耗電子設(shè)備和穩(wěn)定而小型的葡萄糖生物燃料電池來實(shí)現(xiàn)這一切，是本次研究解決的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這款概念驗(yàn)證智能藥丸長2.6厘米，直徑0.9厘米。到目前為止，小腸數(shù)據(jù)記錄只在豬身上進(jìn)行過，而豬的胃腸道大小與人類相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>下一個(gè)步驟</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在這些實(shí)驗(yàn)中取得了有希望的結(jié)果后，研究人員現(xiàn)在計(jì)劃增加藥丸中可用的傳感器數(shù)量。這將使監(jiān)測腸內(nèi)更多的化學(xué)參數(shù)成為可能。他們還計(jì)劃進(jìn)一步小型化傳感器和電子電路，以匹配目前智能藥丸市場上的產(chǎn)品。</p> <p>&nbsp;</p> <p>De La Paz Andres說:&ldquo;鑒于胃腸道具有pH值、溫度和氧氣濃度的動(dòng)態(tài)變化，未來的工作設(shè)想集成額外的傳感方式來解釋這些差異。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該項(xiàng)目是加州大學(xué)圣地亞哥分校的跨校園合作項(xiàng)目，涉及來自加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程系和納米工程系的研究人員;加州大學(xué)圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行?加州大學(xué)圣地亞哥分校微生物組創(chuàng)新中心;加州大學(xué)圣地亞哥分校消化內(nèi)科;以及退伍軍人事務(wù)部圣地亞哥醫(yī)療系統(tǒng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與De La Paz、Mercier和Wang一起，這項(xiàng)研究由加州大學(xué)圣地亞哥分校電氣與計(jì)算機(jī)工程系的Nikhil Harsha Maganti共同撰寫;加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系A(chǔ)lexander Trifonov, Itthipon Jeerapan, Kuldeep Mahato, Lu Yin, Thitaporn Sonsa-ard, Nicolas Ma和Won Jung;加州大學(xué)圣地亞哥分校電子與計(jì)算機(jī)工程系Ryan Burns;以及加州大學(xué)圣地亞哥分校和VA圣地亞哥醫(yī)療系統(tǒng)消化病學(xué)部門和微生物組創(chuàng)新中心的Amir Zarrinpar。</p> <p>&nbsp;</p> <p>論文:&ldquo;一種自供電的可食用無線生物傳感系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測胃腸道代謝物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究得到了加州大學(xué)圣地亞哥分校可穿戴傳感器中心(CWS)的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>