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你是否想過，有一天我們可以將一個微型智能載體巧妙地 swallowed，讓它在體內默默工作，實時監(jiān)控我們的健康狀況，等到任務完成后再悄然離開？

雖然這一未來場景令人興奮，但要實現它仍需克服諸多技術挑戰(zhàn)。其中最緊迫的問題是如何讓智能載體在胃腸道內精準停留，而非被消化液和蠕動驅逐出去。

近期，麻省理工學院的研究團隊取得突破，研發(fā)出了一種全新的黏附界面技術——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，為可編程駐留智能載體鋪平了道路。

e-GLUE的核心創(chuàng)新在于將水凝膠的柔韌特性和電黏附的作用機制巧妙地結合在一起。水凝膠的柔軟特性使其能夠貼合胃腸道的復雜幾何結構，而電黏附的作用則讓其能夠與黏膜中的多陰離子蛋白形成牢固的交聯。這種雙重機制使得e-GLUE能夠在動態(tài)的胃腸道環(huán)境中穩(wěn)定附著，并顯著提升了黏附強度，最高可達傳統(tǒng)材料的30倍。

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

這一技術的特別之處在于，僅需短短1分鐘左右的電刺激，e-GLUE就能與深層黏膜發(fā)生作用，延長其附著時間，最長可達30天。這種持久的黏附性能為胃腸道疾病治療和監(jiān)測提供了全新工具。

比如，在治療胃腸道反復出血時，e-GLUE可用于制作局部止血裝置；在治療潰瘍性結腸炎等慢性疾病時，它可幫助實現藥物的精準緩釋；此外，它還可以用于支持黏膜傳感器的長期穩(wěn)定性，實時監(jiān)測炎癥標志物和組織阻抗值等生理指標。

這一創(chuàng)新技術的成功應用不僅提升了胃腸道治療設備的實際效果，還為黏膜界面生物技術開辟了新的研究方向。通過增強的電黏附作用，e-GLUE為實現長時間、精準的治療和監(jiān)測提供了強有力的技術支撐，推動了個性化醫(yī)療的發(fā)展。

這項研究的出發(fā)點源于一個根本性挑戰(zhàn)：如何在胃腸道這樣動態(tài)變化的環(huán)境中實現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)黏附材料難以停留超過24小時。這一限制嚴重影響了藥物遞送、止血以及生理信號監(jiān)測等應用的效果。

為此，研究團隊開發(fā)出了e-GLUE技術。該技術在水凝膠中引入了導電組分，通過外加電場驅動陽離子聚合物穿透黏液層并與多陰離子蛋白交聯。這種創(chuàng)新顯著提升了黏附強度，同時通過電場的精準調控，為技術的靈活應用提供了更多可能性。

這項工作的創(chuàng)意來源可追溯至應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)了一種創(chuàng)新性新型雙層離子水凝膠，該結構通過層疊的陰、陽離子結構，實現了類似二極管的電荷傳輸特性。通過精確調控離子間的相互作用，這種水凝膠不僅具備高效的信號傳導功能，還展現出卓越的功能響應特性。在此基礎上，團隊認識到，精細的電荷交互機制是提升水凝膠在濕潤生物界面黏附性能的關鍵。

這一研究突破性地突破了傳統(tǒng)水凝膠在生物界面黏附性能的局限性。研究揭示了一種全新的黏附機制，即通過電場驅動的陽離子與多陰離子蛋白的交聯作用，使水凝膠材料能夠從表層黏液深入至黏膜上皮組織，從而實現界面的持久穩(wěn)定結合。這一發(fā)現為動態(tài)生物界面材料的設計與開發(fā)提供了全新的思路。

e-GLUE 技術框架不僅限于胃腸道環(huán)境，還展現了其在跨領域應用中的巨大潛力。該技術體系可以擴展至呼吸道、泌尿系統(tǒng)等其他黏膜表面組織的制造，從而進一步推動黏附界面技術的普適化與廣泛應用。

通過這一研究，他們致力于加速胃腸道治療和診斷設備的技術進步，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。其中一位評論家高度認可研究的創(chuàng)新性，特別是在利用電泳原理實現水凝膠超長時間附著方面的成果，其性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)胃腸道黏附材料。

另一位評論家特別強調，本研究在理論層面上展示了材料設計的優(yōu)勢，在體外與體內實驗中驗證了其在止血、局部藥物遞送以及黏膜組織傳感等實際應用場景中的廣闊前景。

審稿專家一致認為，e-GLUE 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，不僅有助于解決現有胃腸道醫(yī)療設備穩(wěn)定性不足的問題，還可能對更廣泛的生物界面材料領域產生深遠影響。

本研究的潛在應用場景極為廣泛，尤其是在醫(yī)療健康領域。具體而言：

1. 局部藥物遞送：通過將 e-GLUE 與藥物載體相結合，實現藥物直接遞送到胃腸道的具體病灶部位，從而實現藥物的長時間、精準治療效果。這種方法在治療潰瘍性結腸炎、克羅恩病等慢性腸道疾病中具有重要意義。

2. 胃腸道診斷設備：開發(fā)基于 e-GLUE 的長期黏附傳感器，用于實時監(jiān)測胃腸道的 pH 值、炎癥標志物以及其他生理指標，為臨床醫(yī)生提供更全面、動態(tài)的病情信息支持。

3. 微型機器人輔助治療：e-GLUE技術能夠集成到可控的微型機器人中，用于胃腸道內的精準定位和治療。

4. 非胃腸道應用：這項技術不僅限于胃腸道，還可以推廣到需要長時間附著的其他生物界面，如肺、陰道或膀胱等，從而滿足不同醫(yī)療場景的需求。

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

剛剛開始這個課題時，他們首先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，應斌斌既充滿熱情，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。然而，早期實驗的結果卻常常令人哭笑不得。由于當時的水凝膠配方、電場條件以及電極設計都還不夠完善，每次在通風柜中進行實驗時，總能聞到一股烤肉的異味——這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在實驗過程中倍感壓力，還帶來了一些意想不到的幽默。同事們 quickly給這項技術起了個綽號“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：這個問題必須盡快解決。

在解決溫度升高等問題的過程中，團隊進行了大量細致的優(yōu)化工作。包括本課題的重要合作者南科望研究員在內的團隊成員，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系統(tǒng)調整。這一過程耗時長達1年半，充滿了試驗失敗和技術迭代的挑戰(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實現溫度穩(wěn)定維持在43攝氏度以下，并且材料穩(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科研工作中找到了一些輕松的時刻，也深刻地讓他們體會到，科學研究的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技術的創(chuàng)新和應用落地：

首先，他們計劃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。

除了在智能設備中加入微型攝像頭和導航系統(tǒng)外，他們還致力于將e-GLUE技術整合到設備的傳感網絡中，使其具備溫度、pH值、壓力和電阻等多維度傳感功能。這種技術整合不僅能夠擴大e-GLUE的應用領域，還能實現設備操作的更加自動化，為個性化醫(yī)療提供創(chuàng)新的技術支持。

在開展基礎研究的同時，他們還將進行具有里程碑意義的長期動物實驗，重點評估e-GLUE多功能設備在真實胃腸道環(huán)境中的安全性和穩(wěn)定性表現。這些實驗結果將為后續(xù)的臨床研究工作提供可靠的數據支撐。

為了探索e-GLUE技術在臨床醫(yī)學中的潛力，他們計劃與消化科醫(yī)生緊密合作，開展小規(guī)模的臨床前研究。研究內容將涵蓋胃蠕動減慢、慢性腸胃道出血以及炎癥性腸病等多種疾病，重點考察e-GLUE技術在疾病診斷和治療中的應用前景。這些研究將為e-GLUE技術在實際醫(yī)療中的轉化奠定重要基礎。

通過上述各項研究計劃的持續(xù)推進，他們希望能夠進一步推動e-GLUE技術從實驗室研究走向實際應用，最終為胃腸道疾病的精準檢測和治療開辟革命性的新途徑。

應斌斌補充道，e-GLUE技術作為一種具有前沿性基礎材料技術，其應用價值遠超胃腸道領域。在呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)以及生殖系統(tǒng)等具有黏膜表面組織的領域，e-GLUE技術同樣展現出巨大的潛力。例如，在呼吸系統(tǒng)設備中，可以利用e-GLUE技術開發(fā)集成傳感器和藥物緩釋裝置，從而實現相關疾病的精準診斷和智能管理。

對于未來的發(fā)展，他們充滿信心地認為，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緊密合作，他們相信能夠進一步挖掘e-GLUE技術的無限潛力，推動其在更多醫(yī)學和工程領域的創(chuàng)新性應用，最終實現其在多個領域的廣泛轉化和價值最大化。

參考資料：

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

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