科學(xué)界日益認(rèn)識(shí)到，胃腸道不僅僅是消化器官，它還深度參與體內(nèi)激素、免疫細(xì)胞甚至神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生，對(duì)情緒與大腦功能有重要影響。因此，腸道中的生物標(biāo)志物，如短鏈脂肪酸（代謝綜合征指標(biāo)）和細(xì)胞因子（炎癥指標(biāo)），在疾病診斷和治療中具有重要價(jià)值。

然而，目前尚無技術(shù)能夠在人體內(nèi)實(shí)時(shí)、非侵入性地對(duì)這些分子信息進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)方法如糞便分析和腸道活檢，不僅侵入性強(qiáng)、成本高，也難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)腸道的動(dòng)態(tài)追蹤。

為此，美國(guó)加州理工學(xué)院的工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款名為“PillTrek”的智能膠囊。該膠囊尺寸僅為7毫米 × 25毫米，比目前用于腸鏡檢查的膠囊攝像頭還要小，卻能實(shí)現(xiàn)包括pH值、溫度、葡萄糖以及神經(jīng)遞質(zhì)（如血清素）在內(nèi)的多種生化參數(shù)的檢測(cè)。

“我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)膠囊平臺(tái)是為了實(shí)現(xiàn)高度通用的電化學(xué)傳感功能，”加州理工醫(yī)工系教授、Heritage醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)研究員高煒（Wei Gao）表示，“它能夠在腸道這種復(fù)雜環(huán)境中測(cè)量代謝物、離子、激素，甚至有可能監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)?！?/p>

據(jù)《自然電子學(xué)》（Nature Electronics）2025年發(fā)表的研究論文介紹，PillTrek的核心是一個(gè)微型無線電化學(xué)工作站，內(nèi)含低功耗電子設(shè)備和可更換傳感器模塊。研究人員在動(dòng)物模型中驗(yàn)證了其在體內(nèi)動(dòng)態(tài)測(cè)量pH、溫度、葡萄糖和血清素的能力。

高煒團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種可將低成本傳感器3D打印在塑料基底上的技術(shù)，可用于PillTrek傳感器的規(guī)模化生產(chǎn)。未來，該團(tuán)隊(duì)還將與論文合著者、加州理工電氣與醫(yī)工系教授Azita Emami合作，研究如何進(jìn)一步優(yōu)化無線供電和電子元件，以實(shí)現(xiàn)更小、更節(jié)能的版本。

研究第一作者為加州理工醫(yī)工博士后Jihong Min與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）在讀博士Hyunah Ahn。其他合作者還包括來自UCLA大衛(wèi)·格芬醫(yī)學(xué)院和KAIST的研究人員。

這一創(chuàng)新成果有望為腸道疾病的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與干預(yù)帶來變革性進(jìn)展，也為“腸-腦軸”研究提供了全新技術(shù)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：Jihong Min et al, Continuous biochemical profiling of the gastrointestinal tract using an integrated smart capsule,?Nature Electronics?(2025).?DOI: 10.1038/s41928-025-01407-0

編輯：王洪

排版：李麗