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小編要跟大家聊一個未來科技的概念——智能膠囊。你是否想過，有一天我們可以服用一顆微型智能藥囊，它能在體內(nèi)悄悄運行，實時監(jiān)測我們的健康狀況？完成任務(wù)后，它會悄然離去，不留痕跡。

不過，這一場景雖然充滿吸引力，但要讓它真正成為現(xiàn)實，仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服。其中最關(guān)鍵的一點是：如何讓智能藥囊在胃腸道內(nèi)精準停留，而不是被消化液沖走？

近日，麻省理工學院的研究團隊取得了一項突破性進展。他們研發(fā)出了一種全新的黏附界面技術(shù)——e-GLUE。這一技術(shù)解決了胃腸道環(huán)境中長時間穩(wěn)定附著的難題，為智能膠囊的精準停留鋪平了道路。

e-GLUE的核心創(chuàng)新在于巧妙結(jié)合了水凝膠的柔軟特性與電黏附的高效界面作用力。水凝膠的柔軟特性讓它能夠完美貼合胃腸道復雜的幾何形狀，而電黏附則通過外加電場激活陽離子聚合物，使其與黏膜中的多陰離子蛋白形成牢固的交聯(lián)。這種雙重機制讓e-GLUE不僅能在體液中穩(wěn)定附著，還能在動態(tài)的胃腸道蠕動環(huán)境中保持穩(wěn)固，附著能力是傳統(tǒng)材料的30倍。

這項成果已發(fā)表在《Science Translational Medicine》上，題目是《電致粘附水凝膠界面延長豬胃腸道粘膜的診斷與治療》。

特別值得一提的是，e-GLUE在短短約1分鐘的電刺激下，就能與深層黏膜上皮發(fā)生交聯(lián)，附著時間長達30天。這種獨特的能力為許多胃腸道治療和診斷提供了新可能。

例如，在治療胃腸道反復出血時，e-GLUE可以用于局部止血裝置的穩(wěn)定附著；在治療潰瘍性結(jié)腸炎等慢性病時，它能實現(xiàn)藥物的精準緩釋；此外，它還能支持黏膜傳感器的長期穩(wěn)定性，用于連續(xù)監(jiān)測胃腸道生理數(shù)據(jù)，如炎癥標志物和組織阻抗值等。

這項創(chuàng)新性的機制不僅提升了胃腸道治療設(shè)備的實際效果，還為黏膜界面生物技術(shù)開辟了新的發(fā)展方向。e-GLUE通過電黏附增強的水凝膠界面，為實現(xiàn)長效、精準的治療和監(jiān)測提供了強有力的技術(shù)支持，為未來的個性化醫(yī)療帶來了深遠影響。

這項研究的起點源于一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在胃腸道這樣復雜且動態(tài)的環(huán)境中實現(xiàn)生物材料或設(shè)備的穩(wěn)定長時間附著。由于胃腸道具有快速更新的黏液層、上皮細胞、持續(xù)的機械蠕動以及胃液的化學侵蝕，傳統(tǒng)黏附材料難以停留超過24小時。這一局限顯著影響了其在藥物遞送、止血和生理信號監(jiān)測等領(lǐng)域的實際應(yīng)用效果。

為此，研究團隊研發(fā)了e-GLUE。這一技術(shù)在水凝膠中巧妙地嵌入了導電組分，利用外加電場驅(qū)動陽離子聚合物穿透黏液層，與深層黏膜中的多陰離子蛋白交聯(lián)。這種操作不僅顯著提升了黏附強度，還為更多應(yīng)用場景提供了靈活性。

這項工作的靈感來源于應(yīng)斌斌博士在攻讀博士學位期間的研究工作。當時，他與合作者共同開發(fā)了一種新型雙層離子水凝膠，該材料通過聚陰離子與聚陽離子的層疊結(jié)構(gòu)，模擬了二極管的電學特性。這種設(shè)計不僅實現(xiàn)了離子間精確的相互作用調(diào)控，還顯著提升了水凝膠在濕潤生物界面中的附著性能。

該創(chuàng)新性技術(shù)不僅成功突破了傳統(tǒng)水凝膠材料的附著限制，還首次揭示了一種全新的生物界面附著機制。具體而言，電場驅(qū)動的陽離子與多陰離子蛋白的相互交聯(lián)，使材料能夠從表層黏液深入至黏膜上皮組織，從而實現(xiàn)一種持久穩(wěn)定的附著狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)為動態(tài)生物界面材料的設(shè)計與開發(fā)提供了全新的思路與理論依據(jù)。

e-GLUE 技術(shù)框架在胃腸道領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著突破，展現(xiàn)了其在跨領(lǐng)域研究中的廣泛潛力。該技術(shù)不僅適用于胃腸道黏膜，還可以延伸至呼吸道、泌尿系統(tǒng)等其他生物界面組織，從而進一步推動黏附界面材料的普適性和應(yīng)用范圍。

通過這項研究，研究人員希望加速胃腸道治療設(shè)備與診斷設(shè)備的技術(shù)革新，同時為開發(fā)基于電黏附原理的動態(tài)生物環(huán)境材料設(shè)計提供系統(tǒng)性的解決方案。

審稿專家對本研究給予了高度評價。其中一位專家指出，該研究通過創(chuàng)新性地運用電泳原理，實現(xiàn)了電黏附水凝膠在濕潤生物黏膜界面的超長時間附著，其性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)胃腸道黏附材料。

此外，另一位審稿專家特別強調(diào)，這項研究不僅在理論上展現(xiàn)了材料設(shè)計的優(yōu)勢，更通過一系列的體外與體內(nèi)實驗驗證了其在止血、局部藥物遞送以及黏膜組織傳感等多個應(yīng)用場景中的實際潛力。

更為重要的是，審稿專家一致認為，e-GLUE 的電黏附機制為開發(fā)新型黏膜界面材料開辟了全新的研發(fā)方向，不僅能夠有效解決目前胃腸道醫(yī)療設(shè)備穩(wěn)定性不足的問題，還可能對更廣泛的生物界面材料研究產(chǎn)生深遠影響。

這項技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊，具體包括：

1. 局部藥物遞送：通過將 e-GLUE 與藥物載體相結(jié)合，可實現(xiàn)藥物直接遞送到胃腸道的特定病灶部位，從而實現(xiàn)靶向、持久的治療效果。這一技術(shù)對于治療如潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病等慢性疾病具有重要意義。

2. 胃腸道診斷設(shè)備：基于 e-GLUE 的長期黏附傳感器可以用于監(jiān)測胃腸道的 pH 值、炎癥標志物以及其他生理參數(shù)，為臨床醫(yī)生提供更為實時、動態(tài)的病情信息支持。

微型機器人輔助治療：e-GLUE的系統(tǒng)能夠集成到可控微型機器人中，用于胃腸道內(nèi)的精準定位與治療。

非胃腸道應(yīng)用：這項技術(shù)同樣可以推廣至其他需要長時間附著的生物界面，包括肺、陰道或膀胱等部位，從而為多場景的醫(yī)療需求提供解決方案。

他們預(yù)測，在未來2至5年內(nèi)，這項技術(shù)有望進入臨床階段，并在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)初步商業(yè)化。

剛剛開始這個課題時，他們首次使用離體豬腸胃組織進行實驗。面對這樣真實而復雜的實驗材料，應(yīng)斌斌既感到興奮又充滿挑戰(zhàn)。然而，早期實驗的結(jié)果卻常常令人發(fā)笑。由于當時的水凝膠配方、電場條件以及電極設(shè)計都不夠成熟，每次在通風柜里操作時，總能聞到烤肉般的焦糊氣味——那是電流導致組織局部溫度過高的結(jié)果。

這個問題不僅讓團隊絞盡腦汁，還帶來了一些意想不到的幽默。同事們很快給這項技術(shù)起了個綽號"BBQ"，形象地描述了他們在實驗過程中"燒烤"豬組織的狀態(tài)。這一笑談不僅成為團隊間的調(diào)侃，也時刻提醒著他們：這個溫升問題必須盡快解決。

在解決這一問題的過程中，團隊進行了大量的系統(tǒng)優(yōu)化工作。包括本課題的重要合作者、現(xiàn)已入職浙江大學的南科望研究員在內(nèi)的多位科研人員，對水凝膠的導電性、電場強度以及電極形狀等關(guān)鍵參數(shù)進行了系統(tǒng)調(diào)整。這一過程耗時長達一年半，充滿了試驗失敗和技術(shù)迭代的挑戰(zhàn)。

最終，他們成功設(shè)計出一種既能有效控制溫度升高、又能保持高黏附力的方案。當他們在活體豬實驗中首次看到溫度穩(wěn)定維持在43攝氏度以下，且材料穩(wěn)穩(wěn)附著在組織表面時，那一刻的喜悅和成就感難以言喻。

這個小插曲不僅讓團隊在緊張的科研工作中找到了一些輕松的時刻，也深刻地讓應(yīng)斌斌體會到，科學研究的真正魅力在于解決未知問題的過程。每一個看似困難的挑戰(zhàn)背后，其實都蘊藏著創(chuàng)新的機會。通過不斷堅持與細致打磨，他們最終迎來了突破，也在這個過程中加深了團隊間的默契與信任。

接下來，他們的研究計劃將主要聚焦于以下幾個方向，以進一步推動e-GLUE技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用落地：

首先，他們將構(gòu)建精細的數(shù)學模型，深入研究e-GLUE黏附行為的底層機制，包括電場激勵對材料性能的動態(tài)影響。這將幫助他們進一步提升材料的黏附強度，并增強其在體內(nèi)極端環(huán)境中的長期穩(wěn)定性，從而為更加嚴苛的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

此外，研究團隊計劃將e-GLUE技術(shù)整合到新一代智能設(shè)備中，具體包括集成微型攝像頭、導航系統(tǒng)，并實現(xiàn)溫度、pH值、壓力和電阻等多維度傳感功能。這些技術(shù)的整合不僅能夠擴大e-GLUE的應(yīng)用領(lǐng)域，還能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的設(shè)備操作，為個性化醫(yī)療提供新的技術(shù)支持。

此外，研究團隊還將進行大規(guī)模的長期動物實驗，重點是進行e-GLUE多功能設(shè)備在實際胃腸道環(huán)境中的安全性和穩(wěn)定性的驗證。這些實驗數(shù)據(jù)將為后續(xù)的臨床研究提供更加可靠的支撐。

此外，研究團隊計劃與消化科醫(yī)生密切合作，開展小規(guī)模的臨床前研究，探索e-GLUE技術(shù)在胃蠕動緩慢、慢性腸胃道出血以及炎癥性腸病等方面的應(yīng)用前景，包括診斷和治療的探索。這些研究將為最終的臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

通過這些持續(xù)的努力，研究團隊希望進一步推動e-GLUE技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，最終為胃腸道疾病的檢測和治療帶來革命性的創(chuàng)新。

應(yīng)斌斌補充表示，作為一項前沿性的基礎(chǔ)材料技術(shù)，e-GLUE的應(yīng)用價值不僅局限于胃腸道領(lǐng)域。它在其他具有黏膜表面組織的系統(tǒng)中同樣具有巨大的潛力。例如，在呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)中，e-GLUE卓越的附著特性可以被用于開發(fā)集成傳感器、藥物緩釋裝置等智能化設(shè)備，從而實現(xiàn)相關(guān)疾病的精準診斷和智能化管理。

研究團隊對e-GLUE技術(shù)的未來應(yīng)用充滿信心。通過與呼吸疾病專家、泌尿科醫(yī)生、生殖醫(yī)學研究者以及其他領(lǐng)域科學家的緊密合作，他們相信可以進一步挖掘和拓展這一技術(shù)的潛力，推動其在更多醫(yī)學和工程領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，最終實現(xiàn)其廣泛轉(zhuǎn)化和價值最大化。

參考文獻：

1.https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adq1975

排版：何晨龍