科学家们越来越发现胃肠道（GI）在整体健康中扮演着至关重要的角色。尽管其主要功能集中在消化方面，但胃肠道还参与激素、免疫细胞甚至神经递质的生产，这些物质可能影响情绪和大脑功能。因此，胃肠道中存在许多不同的生物标志物，可用于识别、监测和治疗疾病——从指示代谢综合征的短链脂肪酸到作为炎症标志物的细胞因子。
然而，目前尚无技术可以轻松分析胃肠道中的代谢和分子信息。传统评估方法包括粪便分析或活检，这些方法不仅具有侵入性、成本高昂，而且无法提供胃肠道的实时分析。
现在，加州理工学院的一组工程师开发了一种名为PillTrek的智能胶囊，它可以测量pH值、温度以及各种不同的生物标志物。该胶囊内置简单的低成本传感器，集成在一个微型无线电化学工作站中，依赖于低功耗电子元件。PillTrek体积小巧，直径仅7毫米，长度25毫米，比市面上用于内窥镜检查的胶囊相机更小，但能够执行一系列电化学测量。
“我们设计这款药丸成为了一个非常通用的平台，”加州理工学院医学工程学教授、Heritage Medical Research Institute研究员高伟（Wei Gao）表示，“从电化学传感的角度来看，它非常强大。它能够测量代谢物、离子、激素如血清素和多巴胺，甚至可能还能检测蛋白质。所有这些都在复杂的肠道环境中完成。”
科学家们在《自然·电子学》期刊上发表了一篇新论文，详细描述了这一胶囊。论文的第一作者是加州理工学院医学工程博士后学者Jihong Min和访问学者Hyunah Ahn，后者也是韩国科学技术院（KAIST）的研究生。
作为概念验证，PillTrek在研究中被用于测量动物模型中的pH值、温度、葡萄糖水平变化以及神经递质血清素的浓度。
高伟指出，胶囊内部的电化学工作站是可重新配置的。通过简单替换不同传感器，即可实现对肠道中不同参数的测量。他的团队此前开发了一种在塑料基板上3D打印廉价传感器的技术，这种技术可以用于大规模生产PillTrek的传感器。
关于下一步计划，高伟表示，他正与合著者Azita Emami合作，后者是加州理工学院电气工程与医学工程Andrew and Peggy Cherng讲席教授，同时也是感知与智能中心的主任，他们正在研究无线能量传输和更小型化的电子元件，以使PillTrek更加小巧、功耗更低。
论文的其他作者包括加州理工学院的Heather Lukas（MS '21）、Xiaotian Ma、Rinni Bhansali、Sung-Hyuk Sunwoo、Canran Wang（MS '23）、Yadong Xu、Dickson R. Yao和Gwangmook Kim，以及加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院的Zhaoping Li和Tzung K. Hsiai，以及韩国科学技术院的Hee-Tae Jung。
更多信息： Jihong Min等，《使用集成智能胶囊连续生化分析胃肠道》，《自然·电子学》（2025）。DOI: 10.1038/s41928-025-01407-0
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