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河豚鱼激发了可摄取的类似果冻的生物传感器设计

麻省理工学院的工程师设计了一种类似于Jell-O的可吸收药丸,该药丸到达胃后会迅速膨胀到一个柔软的,柔软的乒乓球的大小,其大小足以在胃中长时间停留。

充气药丸内装有一个传感器,该传感器可连续跟踪胃的温度长达30天。如果需要从胃中取出药丸,则患者可以喝钙溶液,使药丸迅速收缩至其原始大小并安全地排出体外。

新药是由两种水凝胶制成的-类似于Jell-O稠度的聚合物和水的混合物。这种组合使药丸能够在胃中迅速肿胀,同时又不渗透胃中搅动的酸性环境。

与目前的可摄入传感器相比,基于水凝胶的设计更柔软,更具生物相容性,并且使用寿命更长,后者只能在胃中保留几天,或者由比胃肠道坚硬几个数量级的硬塑料或金属制成道。

麻省理工学院机械工程学副教授赵宣和说:“梦想是拥有一种类似于Jell-O的智能药,一旦吞咽,它就会留在胃中并长时间监视患者的健康状况,例如一个月。”

赵和资深合作者乔凡尼·特拉沃索(Giovanni Traverso)将于2019年加入麻省理工学院,并与主要作者刘欣岳,克里斯托夫·施泰格和林绍廷一起在《自然通讯》上发表了他们的研究结果。

新型充气药丸的设计灵感来自河豚或河豚的防御机制。河豚通常是慢速移动的物种,受到威胁时会迅速膨胀,就像尖刺的气球一样。它通过快速吸取大量水来实现。

河豚坚韧,快速充气的身体正是Zhao想要以水凝胶形式复制的东西。该团队一直在寻找设计基于水凝胶的药丸的方法,该药丸将传感器带入胃中并停留在胃中,以在相当长的一段时间内监测生命体征或疾病状态。

他们意识到,如果一颗药丸足够小,可以被吞咽并从食道中通过,那么它也足够小,可以通过称为幽门的开口从胃中流出。为了防止它从胃中出来,该小组将不得不设计这种药丸以使其迅速膨胀至乒乓球的大小。

“目前,当人们尝试设计这些高度膨胀的凝胶时,它们通常使用扩散,让水逐渐扩散到水凝胶网络中,” Liu说。“但是要增大到乒乓球的大小,则需要数小时甚至数天的时间。它比胃的排空时间长。”

研究人员,而不是寻找方法来设计的水凝胶药丸,可以膨胀更加迅速,以媲美吃惊河豚的速度。

可消化的追踪器

他们最终采用的设计类似于由两种水凝胶材料制成的类似Jell-O的小胶囊。内部材料包含聚丙烯酸钠-一种超吸收性颗粒,由于其能够迅速吸收液体和膨胀的能力而用于商业产品(例如尿布)。

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