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監測、診斷雙管齊下 MIT開發可食用消化道感測器

2017/10/16 整理/蔡立勳

MIT媒體實驗室助理教授Canan Dagdeviren(左)、布萊根婦女醫院腸胃病學專家暨生物工程師、MIT柯克綜合癌症研究所研究員Giovanni Traverso(右),共同開發出可食用的感測器。(圖/取自MIT網站)

MIT媒體實驗室助理教授Canan Dagdeviren(左)、布萊根婦女醫院腸胃病學專家暨生物工程師、MIT柯克綜合癌症研究所研究員Giovanni Traverso(右),共同開發出可食用的感測器。(圖/取自MIT網站)

一直以來,麻省理工學院(MIT)的研究員致力於研究消化技術。去年,MIT、英國雪菲爾大學和東京理工學院的研究人員,共同開發出一款由豬腸打造的小型折疊機器人,用來從人體內部取出吞下的膠囊或誤吞的電池。

據《MIT News》報導,MIT和哈佛大學布萊根婦女醫院(Brigham and Women’s Hospital)的研究人員,近期研發出一種能折疊、吞嚥的感測器。其大小為2×2.5毫米,捲起來後,能放置在可溶解的膠囊裡食用。

患者服用之後,感測器會附著在其腸壁或胃壁,測量消化道的節律性收縮,能協助醫師診斷胃腸疾病,減緩食物通過消化道的速度。同時能檢測胃裡的食物,監測肥胖症患者的食物攝取量。

研究成果於10月10日發表在《自然生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)。

該柔性裝置基於壓電材料(piezoelectric material),當其發生物理變形時,產生電流和電壓供其運作,而不需要裝載電池,降低可能產生的風險。同時使用與人類皮膚彈性近似的聚合物,因此能與皮膚相適應,並隨著腸道伸展與移動。

布萊根婦女醫院腸胃病學專家暨生物工程師、MIT柯克綜合癌症研究所(Koch Institute for Integrative Cancer Research)研究員Giovanni Traverso證實,感測器在豬胃中保持活躍達兩天之久,同時表示,這種裝置的靈活性能提高安全性。

 

感測器能在胃中停留兩天

Traverso及其同事之前曾研發出可吸收的設備,用來監測生命體徵,或將藥物送到消化道。

不過,為了開發一種更靈活、更安全的感測器,Traverso便與MIT媒體實驗室(Media Lab)助理教授Canan Dagdeviren展開合作。

Dagdeviren過去曾開發出可穿戴式血壓感測器,以及靈活的機械能量採集器等柔性電子設備。

為了製造新的感測器,首先,Dagdeviren在矽片上製造電子電路。電路中有兩個電極,分別是位在壓電材料上的金電極PZT,另一個是位於PZT下面的鉑電極。

一旦電路製成,就能從矽片上移除,並印在一種稱為「聚醯亞胺」(Polyimide)的柔性聚合物上,這種聚合物具有適用溫度廣、耐化學腐蝕、高強度等優點。

在豬腸胃的測試中,通過內視鏡能看到感測器成功附著在胃黏膜上。通過外部電纜,感測器傳輸了關於壓電感測器產生的電壓訊息,研究員能透過這些訊息,計算出胃壁移動的程度,以及攝取食物和液體的區別。

「在第一次的測試中,這向裝置在胃裡停留了兩天,而且沒有任何電降解或機械降解。」Dagdeviren解釋。

 

診斷、監測腸胃運動

這款感測器,能更容易診斷出消化障礙,防止對消化道有害的運動,同時使用者避免產生吞嚥困難、噁心或便秘等症狀。醫師也能用它測量,患者因肥胖而接受治療的食物攝取量。

對此,Traverso解釋,了解一個人在家裡實際攝取的食物量是有幫助的,「因為患者有時候真的很難衡量自己究竟吃了多少。」

目前,研究人員也計劃,在後續改良的版本中,蒐集由壓電材料產生的一些能量,為額外的感測器與無線發傳輸器等功能提供電力,可望減少使用電池的機率,進而提升裝置的安全性。

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