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麻省理工学院的研究人员设计了一种可摄入的传感器，它可以在胃中停留数周，并与外部设备进行无线通信。图片由研究人员提供
麻省理工学院，德雷珀大学，布莱根妇女医院的研究人员设计了一种可摄入胶囊，可以使用蓝牙无线技术对其进行控制。该胶囊可以定制以递送药物，感知环境条件，或两者兼而有之，可以在胃中驻留至少一个月，从而传输信息并响应用户智能手机的指令。
使用3-D打印技术制造的胶囊可用于输送药物来治疗多种疾病，特别是在必须长时间服用药物的情况下。还可以将它们设计为感知感染，过敏反应或其他事件，然后以响应方式释放药物。
麻省理工学院机械工程系的客座科学家乔凡尼·特拉弗索（Giovanni Traverso）说：“我们的系统可以提供闭环监测和治疗，从而信号可以帮助指导药物的输送或调整药物的剂量。”于2019年加入学院。
这些设备还可用于与其他可穿戴和可植入医疗设备进行通信，这些设备可汇总信息以传达给患者或医生的智能手机。
戴维·H·科赫研究所教授，麻省理工学院科赫综合研究所成员罗伯特·兰格（Robert Langer）说：“我们对3D打印的演示以及可吸收技术如何通过促进移动医疗应用的新型设备帮助人们感到兴奋，”癌症研究。
Langer和Traverso是这项研究的高级作者，该研究发表在12月13日的《先进材料技术》上。该论文的主要作者是前麻省理工学院的博士后林永刚（Yong Lin Kong），现在是犹他大学的助理教授。
无线通信
在过去的几年中，Langer，Traverso及其同事一直在研究各种可摄入的传感器和药物输送胶囊，他们认为这对于当前必须注射的药物的长期输送很有用。它们还可以帮助患者维持HIV或疟疾患者所需的严格用药方案。
在他们的最新研究中，研究人员着手结合他们先前开发的许多功能。在2016年，研究人员设计了一个具有六个手臂的星形胶囊，该胶囊在被装入光滑胶囊之前会折叠。吞下后，胶囊会溶解，手臂会张开，使器械滞留在胃中。类似地，新设备在被吞咽后会展开为Y形。这使该设备在分裂成小块并通过消化道之前，可以在胃中停留大约一个月。
这些手臂之一包括四个小隔间，可以装载各种药物。这些药物可以包装在聚合物中，使其在几天内逐渐释放出来。研究人员还期望他们可以设计出可以通过无线蓝牙通信远程打开的隔室。
该设备还可以带有监测胃部环境的传感器，并通过无线信号中继信息。在以前的工作中，研究人员设计了可以检测生命体征（例如心率和呼吸率）的传感器。在本文中，他们证明了该胶囊可用于监测温度并将该信息直接传送到手臂长度之内的智能手机。
Kong说：“有限的连接范围是理想的安全性增强。”“用户物理空间内无线信号强度的自我隔离可以使设备免受不必要的连接的影响，从而为物理隔离提供额外的安全性和隐私保护。”
为了能够制造所有这些复杂元素，研究人员决定对胶囊进行3D打印。这种方法使他们能够轻松合并胶囊所携带的所有各种成分，并由交替的刚性和柔性聚合物层构成胶囊，这有助于胶囊抵御胃的酸性环境。
Kong说：“多材料3D打印是一种高度通用的制造技术，可以创建独特的多组件架构和功能设备，而这是传统制造技术无法制造的。”“我们可以潜在地创建定制的可摄取电子设备，在其中可以根据特定的医学应用来定制胃的停留时间，这可以导致可广泛使用的个性化诊断和治疗。”
早期反应
研究人员预想，这种类型的传感器可用于诊断疾病的早期征兆，然后以适当的药物做出反应。例如，它可以用于监视某些感染高危人群，例如正在接受化学疗法或免疫抑制药物的患者。如果检测到感染，胶囊可以开始释放抗生素。或者，该设备可以设计为在检测到过敏反应时释放抗组胺药。
Traverso说：“我们非常高兴能将驻留在胃内的电子设备用作移动医疗平台以远程帮助患者的潜力。”
该设备的当前版本由小型氧化银电池供电。但是，研究人员正在探索用替代电源（例如外部天线或胃酸）替换电池的可能性。
研究人员还致力于开发可以整合到胶囊中的其他类型的传感器。在本文中，他们测试了猪中的温度传感器，并估计大约两年之内，他们就可以开始对人类患者中的可摄入传感器进行测试。他们成立了一家致力于开发人类使用技术的公司。
该研究由比尔和梅琳达·盖茨基金会以及美国国立卫生研究院通过德雷珀（Draper）资助。
该论文的其他作者包括邹星宇，凯特琳·麦坎德勒，阿米亚·基尔塔尼，沉宁，周建林，阿布巴卡·阿比德，穆萨·贾法里，杰米·罗格纳，丹尼尔·米纳汉，乔伊·柯林斯，沙恩·麦克唐纳，科迪·克利夫兰，泰勒·本塞尔，西德·塔曼，格雷厄姆·阿里克，Alla Gimbel，Tiffany Hua，Udayan Ghosh，Vance Soares，Nancy Wang，Aniket Wahane，Alison Hayward，张诗怡和Brian Smith。
出版物：Yong Lin Kong等人，“ 3D打印的居民电子设备”，先进材料技术，2018年； doi：10.1002 / admt.201800490
