胃酸提供长时间的电源为可摄入的设备

由Brigham妇女医院和麻省理工学院科学家领导的一个研究小组开发了一套可吸收的装置，从胃和小肠液体中吸收能量，并可以提供近一个星期的能量。该方法提供了强大的持续能源，使得原型电子胶囊能够在大型动物模型中持续监控温度并将数据无线发送到远程接收器近一个星期。2月6 日刊登在“ 自然生物医学工程 ”杂志上的这项工作代表着如何安全有效地向新一代药丸大小可摄取的系统提供电力的重大进步，这些系统的设计可长期持续在患者身上持续数周，一个月甚至更长。

在20世纪50年代的科学文献中首次描述了可触及的电子设备，并且在过去二十年中更广泛地用于临床实践。最着名的是一个相机胶囊，通常由胃肠病学家处方，在一天左右的时间内检查病人的小肠内部。它包括一个微型相机，光源和远程传输图像所需的电路，均由手表尺寸的电池供电。Traverso的团队和其他人已经开发出可以在胃肠道（GI）管道中保持数天或更长时间的系统，从而需要长期的能源。“我们的数据是第一个展示可摄入装置，长期权力仅来自胃和小肠，“资深作者C.Giovanni Traverso，MB，BChir博士，BWH胃肠病学部胃肠病学家和生物医学工程师。“我们的工作有助于铺路式电子产品的新时代，这个时代可以在数周甚至数月内在胃肠道中运作 - 改变我们对疾病诊断，监测和治疗的思考方式。”

为了解决这个需要，特拉弗索和他的同事们与麻省理工学院的联合资深作家Anantha Chandrakasan和Robert Langer一起，设计出一种方法，从胃中的酸中获得持久的力量，在较小程度上，小肠 他们从熟悉的小学科学课程中吸取灵感：柠檬电池。在这个实验中，柠檬汁（特别是柠檬酸）中的电解质允许电流在两个不同的金属物体或电极之间流动。那么问题是，胃酸中的电解质是否与安全摄入的金属一起提供了足够有效的能源？

答案：是的。第一作者Chandrakasan实验室的博士后研究员菲利普·纳德奥（Phillip Nadeau）测试了各种类型的金属作为电极，发现低成本的锌和铜可以为动物模型中的一周能量输送提供动力。

值得注意的是，Nadeau和他的同事发现他们可以从胃和小肠中收获能量。虽然以前已经表明胃酸可以为可摄入的装置提供动力，但这种能量是短暂的 - 持续数分钟。此外，在“ 自然生物医学工程”论文之前，关于小肠，其酸性较差的环境是否可以用作电源的信息很少。

基于这些试点研究，研究人员创建了一个可摄取胶囊的原型，以持续监测体温。在大型动物模型中使用这种胃动力系统，他们平均每12秒进行一次温度测量，并将该信息无线传输到远程设备。值得注意的是，他们还能够为原型设计平均6天。此外，BWH-MIT团队在身体外部的早期原型中显示，他们可以使用收获的力量激活装置内所含的液体释放，说明药物递送的潜在应用。

Traverso和他的同事现在正在努力以多种方式扩展这项研究。这包括探索其他方法，为可摄取的装置提供长期的能力，并继续改进其新的胃源性能力方法，包括潜在的临床试验。

Traverso表示，可摄入装置的领域处于分水岭的时刻。他说：“由于胃肠道在身体中的独特位置 - 与心脏，肺和肝脏相邻 - 对设备的兴趣日益增加，这些设备也可以监测和潜在地治疗各种器官系统和病症。” “可摄入设备的未来可能与我们今天所看到的截然不同。

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