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你是否想過，未來有一天我們能吞下一顆微型"智能膠囊"，它在體內靜默運行，實時追蹤和調節(jié)著健康狀態(tài)，完成任務后能順利離開體內？

這一創(chuàng)新設想雖然令人激動，但在實現(xiàn)過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。其中最核心的難點在于：如何讓智能膠囊在胃腸道內精準停留，而不是被消化液和蠕動驅使被動流失？

最近，麻省理工學院的應斌斌博士、美國國家科學院院士羅伯特·蘭格教授以及Giovanni Traverso教授攜手研發(fā)出了一項突破性技術——e-GLUE。這一創(chuàng)新技術成功解決了胃腸道環(huán)境中長時間穩(wěn)定附著的難題，為可編程駐留的智能膠囊提供了新的實現(xiàn)路徑。

e-GLUE的核心創(chuàng)新在于將水凝膠的柔軟特性與電黏附作用相結合，成功突破了傳統(tǒng)材料在胃腸道中長期附著的限制。水凝膠的柔軟性使其能夠貼合胃腸道復雜的幾何結構，而電黏附作用則通過外加電場驅動陽離子聚合物與多陰離子蛋白實現(xiàn)牢固交聯(lián)。這種雙重機制使得e-GLUE不僅能在體液環(huán)境中穩(wěn)定附著，更能應對胃腸道蠕動的動態(tài)變化，且將黏附強度提升至傳統(tǒng)材料的30倍以上。

該研究發(fā)表在《Science Translational Medicine》雜志上，題為《電致粘附水凝膠界面延長豬胃腸道粘膜的診斷與治療》。

值得注意的是，這項創(chuàng)新技術的顯著優(yōu)勢在于，僅需約1分鐘的電刺激，e-GLUE即可與胃腸道深層黏膜發(fā)生交聯(lián)，維持其附著時間長達30天。這種持久的黏附性能為多種胃腸道治療和診斷提供了全新解決方案。

比如，在治療胃腸道反復出血方面，e-GLUE可作為局部止血裝置的穩(wěn)定附著基團；在治療潰瘍性結腸炎等慢性疾病時，它可實現(xiàn)藥物的精準緩釋；此外，它還可作為黏膜傳感器的支撐材料，持續(xù)監(jiān)測胃腸道生理指標，如炎癥因子和組織阻抗值等。

這一創(chuàng)新性機制的應用不僅大大提升了胃腸道治療設備的臨床效果，還為黏膜界面生物技術開辟了新的發(fā)展方向。通過增強的電黏附作用，e-GLUE為實現(xiàn)長效、精準的治療和監(jiān)測提供了強有力的技術支撐，為個性化醫(yī)療帶來了深遠影響。

該研究的起始點源于一個關鍵挑戰(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、不斷更新的上皮細胞、持續(xù)的機械蠕動以及化學侵蝕，傳統(tǒng)附著材料難以在體內停留超過24小時。這一限制嚴重影響了其在藥物遞送、止血以及生理信號監(jiān)測等領域的實際應用效果。

為此，研究團隊研發(fā)了e-GLUE。這一技術在水凝膠中引入了導電成分，利用外加電場驅動陽離子聚合物穿透黏液層并與深層黏膜中的多陰離子蛋白實現(xiàn)交聯(lián)。這種設計顯著提升了附著強度，并且通過電場的精準調控，為靈活應用提供了更多可能性。

這項研究的創(chuàng)意來源主要來自于應斌斌博士在攻讀博士學位期間的科研工作。當時，他在與合作者共同開發(fā)的新型雙層離子水凝膠研究中，通過創(chuàng)新性地采用聚陰離子與聚陽離子疊層結構，成功模擬出二極管的電學特性。這種設計不僅實現(xiàn)了離子間的精確調控，還顯著提升了水凝膠在濕潤生物界面中的附著性能。基于這一經驗，研究團隊認識到，優(yōu)化電荷交互機制可能是提升水凝膠黏附性能的關鍵所在。

這一突破性研究不僅突破了傳統(tǒng)水凝膠在黏附性能上的局限，更首次揭示了電場驅動的陽離子與多陰離子蛋白交聯(lián)作用機制。這種機制使水凝膠材料能夠從表層黏液深入至黏膜上皮組織，從而實現(xiàn)了界面結合的持久性和穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)為動態(tài)生物界面材料的設計與應用提供了全新的思路。

e-GLUE 技術框架的創(chuàng)新應用不僅限于胃腸道領域，還展現(xiàn)出廣闊的應用前景。該技術可擴展至呼吸道、泌尿系統(tǒng)等其他黏膜表面的組織界面，從而推動黏附界面材料的普適化應用。

通過這一研究，研究團隊希望加速胃腸道疾病治療和診斷設備的技術革新，并為開發(fā)適應動態(tài)生物環(huán)境的材料設計方法提供系統(tǒng)性解決方案。

審稿專家對本研究給予了高度評價。其中一位審稿人高度贊賞道："這項研究通過巧妙運用電泳原理，成功實現(xiàn)了電黏附水凝膠在濕潤生物黏膜界面的超長時間附著，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)胃腸道黏附材料。"

另一位審稿人則特別強調，這項研究在理論層面展示了材料設計的優(yōu)勢，在體外與體內實驗中證實了其在止血、局部藥物遞送以及黏膜組織傳感等多個應用場景中的巨大潛力。

更為重要的是，審稿專家一致認為，e-GLUE 所揭示的電黏附機制為黏膜界面材料的研發(fā)開辟了全新的方向。這一發(fā)現(xiàn)不僅為解決現(xiàn)有胃腸道醫(yī)療設備穩(wěn)定性不足的問題提供了新思路，還可能對更廣泛的生物界面材料研究產生深遠影響。

這項創(chuàng)新技術的潛在應用領域十分廣泛，尤其是在醫(yī)療健康領域具有重要的推廣價值。具體而言：

1. 局部藥物遞送系統(tǒng)：通過將 e-GLUE 與藥物載體相結合，可實現(xiàn)藥物直接送達胃腸道特定病灶，提供精準、持久的治療效果。這種方法在治療潰瘍性結腸炎、克羅恩病等慢性胃腸道疾病中具有重要意義。

2. 胃腸道診斷設備：基于 e-GLUE 的長期黏附傳感器，可實時監(jiān)測胃腸道的 pH 值、炎癥標志物等生理參數，為臨床提供更及時、動態(tài)的病情信息支持。

微型機器人輔助治療：e-GLUE 的技術可以集成到微型可控制機器人上，用于胃腸道內的精準定位和治療。

非胃腸道應用：這項技術同樣可以推廣到需要長時間附著的生物界面，如肺、陰道或者膀胱等，為不同醫(yī)療場景提供解決方案。

他們預測，這項技術將在未來 2 到 5 年內進入臨床試驗階段，并在某些領域實現(xiàn)初步商業(yè)化。

剛剛開始這個課題時，他們首次在離體豬腸胃組織上開展實驗。面對這樣真實而復雜的實驗材料，應斌斌既充滿熱情又面臨諸多挑戰(zhàn)。然而，早期實驗的結果卻讓人哭笑不得。由于當時的水凝膠配方、電場條件以及電極設計都不夠完善，每次在通風柜里做實驗時，總能聞到烤肉的氣味——那是電流導致組織局部溫度過高的結果。

這個問題不僅讓團隊絞盡腦汁，還帶來了意想不到的幽默。同事們很快為這個技術起了個綽號“BBQ”，形象地描述了他們“燒烤”豬組織的實驗狀態(tài)。這一笑談不僅成為了團隊間的調侃話題，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，團隊進行了大量系統(tǒng)性優(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的多位同事，對水凝膠的導電性、電場強度以及電極形狀等關鍵參數進行了全面調整。這一過程歷時長達一年半，充滿了試驗失敗和技術創(chuàng)新的挑戰(zhàn)。

最終，他們成功設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)定控制在 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片刻輕松，也深刻讓應斌斌體會到，科學研究的魅力正在于解決未知問題的過程。每一個看似困難的挑戰(zhàn)背后，其實都隱藏著創(chuàng)新的機會。通過不斷堅持與細致打磨，他們終于迎來了突破，也在這個過程中加深了團隊間的默契與信任。

接下來，他們的研究計劃將聚焦于以下方向，以進一步推動 e-GLUE 技術的創(chuàng)新與應用落地：

首先，他們將構建精細的數學模型，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，并增強其在體內極端環(huán)境中的長期穩(wěn)定性，從而為更加嚴苛的臨床應用奠定基礎。

小編指出，e-GLUE技術將在多個領域展現(xiàn)出巨大潛力。首先，他們計劃將e-GLUE技術整合到新一代智能設備中，例如在設備中加入微攝像頭、微型傳感器和導航系統(tǒng)，并實現(xiàn)溫度、pH值、壓力和電阻等傳感功能的集成。這些功能的整合不僅能顯著擴展e-GLUE的應用范圍，還能實現(xiàn)更加智能化的設備操作，為個性化醫(yī)療提供創(chuàng)新的技術支持。

此外，他們將開展大規(guī)模的長期動物實驗，重點評估e-GLUE多功能設備在實際胃腸道環(huán)境中的安全性和穩(wěn)定性。這些研究成果將為后續(xù)的臨床研究提供更為可靠的實驗依據。

同時，他們計劃與消化科專家密切合作，開展小規(guī)模的臨床前研究，探索e-GLUE技術在胃蠕動緩慢、慢性腸胃道出血以及炎癥性腸病等慢性胃腸道疾病中的潛在應用。這些研究將為e-GLUE技術在臨床轉化中奠定堅實基礎。

通過這些方向的持續(xù)努力，他們希望進一步推動e-GLUE技術從實驗室走向實際應用，最終為胃腸道疾病的精準檢測和治療帶來革命性變革。

應斌斌補充道，e-GLUE技術不僅在胃腸道領域具有應用價值，還在其他具有黏膜表面的組織中展現(xiàn)出巨大的潛力。例如，在呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)中，e-GLUE技術的卓越黏附能力可用于開發(fā)集成傳感器、藥物緩釋設備等智能化工具，從而實現(xiàn)對相關疾病的精準診斷和智能化管理。

展望未來，他們相信e-GLUE技術將為跨學科研究帶來新的機遇。通過與呼吸疾病專家、泌尿科醫(yī)生、生殖醫(yī)學研究者及其他領域科學家的深度合作，他們希望進一步挖掘和擴展這項技術的潛能，推動其在更多醫(yī)學和工程應用中的創(chuàng)新性突破，最終實現(xiàn)其在多個領域的廣泛轉化與價值最大化。

參考文獻：

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

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