麻省理工学院、德雷珀实验室和布里格姆妇女医院的研究人员设计了一种可吞服胶囊，可使用蓝牙无线技术进行控制。这种胶囊可定制为输送药物、感知环境状况，或兼具两种功能；它可在胃中停留至少一个月，传送信息并响应用户智能手机发出的指令。
这些采用3D打印技术制造的胶囊可用于输送药物，以治疗多种疾病，尤其适用于需要长期服药的情况。胶囊还可设计为感知感染、过敏反应或其他情况，并据此释放药物。
“我们的系统可以实现闭环监测和治疗，由信号辅助指导药物输送或调整药物剂量，”麻省理工学院机械工程系访问科学家乔瓦尼·特拉弗索表示。他将于2019年加入该系任教。
这些设备还可用于与其他可穿戴和植入式医疗设备通信，汇集信息后传送至患者或医生的智能手机。
“我们很高兴看到这项3D打印技术的演示，也很高兴看到可吞服技术如何借助促进移动医疗应用的新型设备帮助人们，”大卫·H·科赫研究所教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所成员罗伯特·兰格表示。
兰格和特拉弗索是这项研究的资深作者。研究成果刊登于12月13日出版的《先进材料技术》期刊。论文第一作者是杨林·孔，他曾在麻省理工学院从事博士后研究，目前任犹他大学助理教授。
无线通信
过去几年，兰格、特拉弗索及其同事一直在研发各种可吞服传感器和药物输送胶囊。他们认为，这些设备有助于长期输送目前必须通过注射给药的药物，也能帮助患者严格遵守用药方案，例如艾滋病毒或疟疾患者所需的用药方案。
在最新研究中，研究人员着手整合此前研发的多项功能。2016年，他们设计了一种星形胶囊，带有六条可折叠的臂，折叠后封装在光滑的胶囊中。胶囊被吞下后会溶解，臂随即展开，使设备能够停留在胃中。类似地，新设备吞下后会展开成Y形。这样，设备便可在胃中停留约一个月，之后分解成更小的碎片并通过消化道排出。
其中一条臂上设有四个小隔舱，可装入多种药物。这些药物可封装在聚合物中，从而在数天内逐渐释放。研究人员还设想，可将隔舱设计成通过蓝牙无线通信进行远程开启。
设备还可搭载传感器，监测胃内环境并通过无线信号传送信息。在此前的研究中，研究人员设计了能够检测生命体征的传感器，例如心率和呼吸频率。在这篇论文中，他们证明这种胶囊可用于监测体温，并将信息直接传送至一定距离内的智能手机。
“连接范围有限是一项有益的安全增强措施，”孔说。“无线信号强度在用户的物理空间内自我限制，可使设备免受不必要的连接，从而通过物理隔离进一步保护安全和隐私。”
为制造这些复杂组件，研究人员决定采用3D打印技术制作胶囊。这种方法便于将胶囊搭载的各种组件整合在一起，并以坚硬和柔软的聚合物交替分层构建胶囊，帮助其抵御胃内的酸性环境。
“多材料3D打印是一种用途广泛的制造技术，能够打造独特的多组件结构和功能性设备，而传统制造技术无法实现这些成果，”孔说。“我们有望制造定制化的可吞服电子设备，并根据具体医疗用途调整其在胃中的停留时间，从而实现普及性更强的个性化诊断和治疗。”
早期响应
研究人员设想，这类传感器可用于诊断疾病早期迹象，并随后作出响应，释放适当的药物。例如，它可用于监测感染风险较高的人群，如正在接受化疗或使用免疫抑制药物的患者。如果检测到感染，胶囊便可开始释放抗生素。或者，设备也可设计为在检测到过敏反应时释放抗组胺药。
“我们非常期待胃内驻留电子设备发挥移动医疗平台的作用，帮助远程照护患者，”特拉弗索说。
目前版本的设备由一枚小型氧化银电池供电。不过，研究人员正在探索以其他能源替代电池的可能性，例如外部天线或胃酸。
研究人员还在开发可整合进胶囊的其他类型传感器。在这篇论文中，他们在猪身上测试了温度传感器，并估计大约两年内可能开始在患者身上测试可吞服传感器。他们已创办一家公司，致力于推动这项技术用于人体。
这项研究由比尔及梅琳达·盖茨基金会以及美国国立卫生研究院通过德雷珀实验室资助。
