麻省理工学院研究人员开发出可替代内窥镜的可吞咽传感器

麻省理工学院研究人员开发出可替代内窥镜的可吞咽传感器

图片来源：BU工程学院

由于 Rabia Yazicigil (ECE) 助理教授和她在麻省理工学院的同事的工作，可吞咽传感器有朝一日可以取代内窥镜检查和结肠镜检查。这种药丸大小的装置可以揭示克罗恩病和其他肠道疾病患者胃肠道 (GI) 内发生的情况。

麻省理工学院的研究人员此前开发了一个 1.5 英寸的胶囊，其中包含一个计算机芯片、一个无线发射器和基因工程细菌，当它们与血液接触时会发光。BU 工程学院的Patrick L. Kennedy 报告说，这种胶囊可以检测到胃肠道出血并向智能手机发送警报。

Yazicigil 和她在波士顿大学无线集成系统和极限电路 (WISE-Circuits) 实验室的学生与麻省理工学院合作，通过设计一种超灵敏、纳瓦级功率的集成光电探测器，将胶囊的大小减小到鹰嘴豆大小和芯片上的读出系统。这种变革性的尺寸减小使这种智能药丸在通过消化系统时更加安全。

今年春天，在电气和电子工程师 (IEEE) 定制集成电路会议上提出了概念验证。

可摄入传感器

在美国，大约有 300 万成年人患有炎症性肠病，例如克罗恩病或溃疡性结肠炎。这些情况会导致严重的腹泻、腹痛、疲劳、体重减轻和营养不良，并且会增加患结肠癌的风险。

搜索胃肠道以寻找警告信号的传统方法是结肠镜检查，但这种情况每年或两年才会发生一次，而且准备工作并不愉快。此外，Yazicigil 说，"内窥镜检查是一种基于图像的系统——它并不能真正测量分子疾病生物标志物。"

新设计的可摄入传感器是非侵入性的，就像吞咽药片一样简单。此外，他们实时监测肠道。

细菌传感器在检测到目标生物标志物时会亮起；芯片将这种生物发光转换为电信号；并将数据发送到附近的智能手机或平板电脑。"把这个小工具想象成一种可穿戴设备，但它是用于身体内部的，"Yazicigil 说。

低功耗设计

研究人员面临的主要挑战是设备的功耗。根据 BU 工程学院的说法，为了节省电力，他们设计了一种芯片，每 10 分钟开启一次，持续 16 秒进行测量，而传输数据的时间仅为 12 毫秒。

"这种离散时间方法而不是连续时间方法为我们节省了一些能量，"ENG 博士生 Liu 说。

WISE-Circuits 实验室团队与麻省理工学院的团队合作，对简化版进行了体外测试，并计划在动物模型中进行体内测试。麻省理工学院研究科学家 Miguel Jimenez 表示："体内测试对于安全性至关重要，之前使用现成组件和大型电池进行的尝试使设备变得太大而无法安全。" "Yazicigil 集团的定制低功耗设计是应对这一挑战的优雅解决方案。"

"我认为这非常强大，"Yazicigil 说。"通过与来自不同背景的人合作，我们实际上可以为社会做出贡献，帮助人们更好地管理自己的状况。"

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麻省理工学院的研究人员 此前开发了一个 1.5 英寸的胶囊，其中包含一个计算机芯片、一个无线发射器和基因工程细菌，当它们与血液接触时会发光。胶囊可以检测到胃肠道出血并向智能手机发送警报。