可消化的新型柔性传感器：可用于诊断胃肠道疾病！

导读

最近，麻省理工学院（MIT）和布莱根妇女医院的研究人员创造出一种可以被卷起并吞食的柔性传感器。传感器被人摄取后，可粘附于胃壁和肠壁，测量消化道的节奏性收缩。

关键字

医疗电子、传感器

背景

可消化的医疗电子设备，例如可吞服的内窥镜、胃起搏器、给药器等等，具有小型、微创、灵活、便捷等等优点，已经称为医疗电子设备的又一创新热点。为此，笔者之前也介绍过美国麻省理工学院开发出的相关设备：

• 一种可以检测心率和胃肠道内呼吸的微型传感器
  

（图片来源: Albert Swiston/麻省理工学院林肯实验室）

• 一种折叠封装于胶囊内的星型给药设备

（图片来源于: Melanie Gonick/麻省理工学院）

• 一种由胃酸提供能量、为小型医疗传感器或者给药设备供电、且可在肠道驻留更长时间的新型电池

（图片来源：麻省理工学院）

创新

最近，麻省理工学院（MIT）和布莱根妇女医院的研究人员又创造出一种可以被卷起并吞食的柔性传感器。传感器被摄取后，可粘附于胃壁和肠壁，测量消化道的节奏性收缩。

（图片来源：麻省理工学院）

在一篇10月10日发表于《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）月刊上的论文中，研究人员演示了这种传感器可以猪胃内驻留达两天之久。研究成员称，这种柔性传感器设备相对于可吞服的刚性传感器设备来说安全性更高。

技术

这种柔性传感器设备基于压电材料，通过机械形变产生电流和电压。同时，它们也集成了与人类皮肤相似的弹性聚合物，从而与皮肤相适应，随着皮肤的拉伸而拉伸。

Traverso 和同事们之前也开发过一种可消化的设备，用于检测生命体征或者为消化道给药。Traverso 怀着开发一种更加柔性、更加安全的柔性电子设备的目标，与Dagdeviren一起合作。后者之前负责开发柔性电子设备，例如可穿戴的血液传感器和柔性的机械能量吸收器。

Dagdeviren 为了制造这种新型传感器，首先在硅晶圆上制造出了电子电路。该电路含有两个电极：金电极放置于一种称为PZT的压电材料上面；而PZT的下方则是铂电极。电路制造成功后，从硅晶圆上移除，印刷到一种称为“聚酰亚胺”的柔性聚合物上。

（图片来源：麻省理工学院）

这种可消化的传感器尺寸是2cm x 2cm，可以被卷起，放置到胶囊中，且可以在吞下后溶解。

在对于猪的测试中，传感器在内窥镜视角下交付，并成功地粘附住胃黏膜上，并且通过外部连线，可以传递该压电传感器产生的电压大小信息。通过这些信息，研究人员可以计算出胃壁移动情况，以及区分出消化的是食物还是液体。

价值

这类传感器能更容易地诊断消化系统疾病，这些疾病有可能会减缓食物通过消化道的速度，也可能导致吞咽困难、恶心、胀气或者便秘。同样，传感器也可用于检测压迫胃的食物，以及帮助医生检测因肥胖而接收治疗的病人的食物摄取量。Traverso 说：

“了解一个人在家实际吃的什么是很有帮助的，因为有时候对于病人来说，他们很难真正按照标准检测自己，去了解有多少热量被消耗掉。”

麻省理工学院科氏综合癌症研究所的助理研究员、布莱根妇女医院胃肠病学家和生物医学工程师、论文的资深作者之一 Giovanni Traverso 说：

“拥有柔性可显著地提高安全性，简单地说，它可以更加容易地通过消化道。”

Dagdeviren 表示：

“这是我们首次展示了一种柔性压电器件，可以驻留在胃中达两天时间，没有任何电气或者机械退化。”

未来

在该设备的未来版本中，研究人员计划采集由压电材料吸收的能量，为其他设备供电，包括其他传感器和无线传输器。这样的设备无需电池，从而进一步提高了安全性。

参考资料

【1】http://news.mit.edu/2017/flexible-sensors-can-detect-movement-gi-tract-1010

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