<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。它使科學家能夠?qū)崟r監(jiān)測腸道代謝物，這在以前是不可能的。這項技術(shù)集成的壯舉可以解開對腸道代謝物組成的新認識，而腸道代謝物組成對人類整體健康有重大影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究由加州大學圣地亞哥分校的工程師領(lǐng)導，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)動傳感器有助于原位進入小腸，使葡萄糖監(jiān)測更容易，同時產(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;在我們的實驗中，無電池生物傳感器技術(shù)在豬攝入14小時后持續(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。&rdquo;加州大學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)部的舊方法可能會導致患者嚴重不適，同時只產(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間連續(xù)讀取數(shù)據(jù)。該平臺還可用于開發(fā)研究小腸微生物群的新方法。&ldquo;智能藥丸&rdquo;的方法可能會帶來更簡單、更便宜的方法來監(jiān)測小腸，這可能會在未來節(jié)省大量成本。</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州大學圣地亞哥分校的電子和計算機工程教授帕特里克&middot;默斯爾說:&ldquo;目前，對胃和腸道內(nèi)液體進行取樣的方法是進行內(nèi)窺鏡檢查，醫(yī)生將導管插入你的喉嚨，進入你的胃腸道。&rdquo;他和納米工程教授約瑟夫&middot;王一起領(lǐng)導了這個團隊。Wang和Mercier共同指導加州大學圣地亞哥分校可穿戴傳感器中心。Mercier說:&ldquo;通過將我實驗室的超低功耗電路和無線技術(shù)與加州大學圣地亞哥分校納米工程教授Joseph Wang實驗室的葡萄糖燃料電池和尖端電化學傳感技術(shù)相結(jié)合，我們有機會創(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)動的無毒燃料電池提供動力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>王說:&ldquo;有了我們的無電池智能藥丸方法，我們有機會監(jiān)測小腸的時間要長得多，而不僅僅是片刻。&rdquo;&ldquo;我們還計劃在系統(tǒng)中添加額外的傳感器。我們的目標是為腸道開發(fā)一個傳感平臺，允許在較長時間內(nèi)收集許多不同類型的信息。我們正在努力證明，我們有很多機會去發(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)鍵腸道活動的方法</strong></span></p> <p><br />大約20%的人會在一生中的某個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)部位獲取信息的風險相當高。</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>該團隊的葡萄糖生物燃料電池(BFC)實現(xiàn)了這種獨特的無電池操作，可以在操作過程中獲得電力，同時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，以接收時間分辨的傳輸信號。(點擊這里閱讀更多關(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>下一個步驟</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在這些實驗中取得了有希望的結(jié)果后，研究人員現(xiàn)在計劃增加藥丸中可用的傳感器數(shù)量。這將使監(jiān)測腸內(nèi)更多的化學參數(shù)成為可能。他們還計劃進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>該項目是加州大學圣地亞哥分校的跨校園合作項目，涉及來自加州大學圣地亞哥分校雅各布斯工程學院電氣與計算機工程系和納米工程系的研究人員;加州大學圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行?加州大學圣地亞哥分校微生物組創(chuàng)新中心;加州大學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，這項研究由加州大學圣地亞哥分校電氣與計算機工程系的Nikhil Harsha Maganti共同撰寫;加州大學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;加州大學圣地亞哥分校電子與計算機工程系Ryan Burns;以及加州大學圣地亞哥分校和VA圣地亞哥醫(yī)療系統(tǒng)消化病學部門和微生物組創(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)，用于實時實時監(jiān)測胃腸道代謝物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究得到了加州大學圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行?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，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>