麻省理工学院，德雷珀和布莱根妇女医院的研究人员设计了一种可摄取的胶囊，可以使用蓝牙无线技术进行控制。胶囊可以定制以递送药物，感知环境条件或两者，可以在胃中停留至少一个月，传输信息并响应来自用户智能手机的指令。
使用3D打印技术制造的胶囊可用于输送治疗各种疾病的药物，特别是在必须长期服用药物的情况下。它们还可以用于感知感染，过敏反应或其他事件，然后释放药物作为回应。
“我们的系统可以提供闭环监测和治疗，信号可以帮助指导药物的输送或调整药物的剂量，”麻省理工学院机械工程系的访问科学家Giovanni Traverso说，他将在那里2019年加入该学院。
这些设备还可用于与其他可穿戴和可植入医疗设备通信，这些设备可以汇集信息以传达给患者或医生的智能手机。
“我们很高兴看到3D打印的演示以及可摄取技术如何通过促进移动健康应用的新型设备帮助人们，”David H. Koch研究所教授兼麻省理工学院科赫综合研究所成员Robert Langer说。癌症研究。
Langer和Traverso是该研究的高级作者，该研究出现在12月13日的Advanced Materials Technologies杂志上。曾任麻省理工学院博士后的Yong Lin Kong是犹他大学的助理教授，也是该论文的第一作者。
无线通信
在过去几年中，Langer，Traverso及其同事一直在研究各种可摄入的传感器和药物输送胶囊，他们认为这些胶囊可用于长期输送目前必须注射的药物。他们还可以帮助患者维持艾滋病毒或疟疾患者所需的严格剂量方案。
在他们的最新研究中，研究人员着手结合他们之前开发的许多功能。2016年，研究人员设计了一个星形胶囊，其中六个手臂在被包裹在光滑的胶囊中之前折叠起来。吞咽后，胶囊溶解并且臂伸展，使装置停留在胃中。类似地，新装置在吞咽后展开成Y形。这使得该装置能够在胃破碎成小块并通过消化道之前保持胃约一个月。
其中一个臂包括四个可以装载各种药物的小隔间。这些药物可以包装在聚合物中，使其在几天内逐渐释放。研究人员还预计他们可以设计通过无线蓝牙通信远程打开的隔间。
该装置还可以携带监测胃环境的传感器并通过无线信号传递信息。在以前的工作中，研究人员设计的传感器可以检测心率和呼吸频率等生命体征。在本文中，他们证明了胶囊可用于监测温度并将信息直接传递给手臂长度的智能手机。
“有限的连接范围是一种理想的安全性增强，”Kong说。“用户物理空间内无线信号强度的自隔离可以保护设备免受不必要的连接，提供物理隔离，以提供额外的安全和隐私保护。”
为了能够制造所有这些复杂元素，研究人员决定对胶囊进行3-D打印。这种方法使它们能够容易地包含胶囊所携带的所有各种组分，并且由交替的刚性和柔性聚合物层构成胶囊，这有助于其承受胃的酸性环境。
“多材料三维打印是一种高度通用的制造技术，可以创造独特的多组件架构和功能设备，这些都不能用传统的制造技术制造，”Kong说。“我们可以创建定制的可摄取电子产品，其中胃停留期可以根据特定的医疗应用进行定制，这可以导致广泛使用的个性化诊断和治疗。”
早期反应
研究人员设想，这种类型的传感器可用于诊断疾病的早期症状，然后用适当的药物作出反应。例如，它可用于监测某些感染高风险的人，例如接受化疗或免疫抑制药物的患者。如果检测到感染，胶囊可能开始释放抗生素。或者，该装置可以设计成在检测到过敏反应时释放抗组胺药。
特拉维索说：“我们对胃驻留电子设备作为移动健康平台以远程帮助患者的潜力感到非常兴奋。”
该设备的当前版本由小型氧化银电池供电。然而，研究人员正在研究用替代电源更换电池的可能性，例如外部天线或胃酸。
研究人员还致力于开发其他类型的传感器，这些传感器可以整合到胶囊中。在本文中，他们测试了猪的温度传感器，他们估计在大约两年内，他们可以开始测试人类患者的可摄取传感器。他们已经成立了一家致力于开发人类使用技术的公司。
该研究由比尔和梅林达盖茨基金会和国家卫生研究院通过德雷珀资助。