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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，它能在體內悄悄運行，實時監(jiān)測我們的健康狀況？完成任務后，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，仍有許多技術挑戰(zhàn)需要克服。其中最關鍵的一點是：如何讓智能藥囊在胃腸道內精準停留，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——e-GLUE。這一技術解決了胃腸道環(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備的實際效果，還為黏膜界面生物技術開辟了新的發(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、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巧妙地嵌入了導電組分，利用外加電場驅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，還為更多應用場景提供了靈活性。

這項工作的靈感來源于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構，模擬了二極管的電學特性。這種設計不僅實現(xiàn)了離子間精確的相互作用調控，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)生物界面材料的設計與開發(fā)提供了全新的思路與理論依據(jù)。

e-GLUE 技術框架在胃腸道領域的應用取得了顯著突破，展現(xiàn)了其在跨領域研究中的廣泛潛力。該技術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用范圍。

通過這項研究，研究人員希望加速胃腸道治療設備與診斷設備的技術革新，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，這項研究不僅在理論上展現(xiàn)了材料設計的優(yōu)勢，更通過一系列的體外與體內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生深遠影響。

這項技術在醫(yī)療領域的應用前景十分廣闊，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。這一技術對于治療如潰瘍性結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，用于胃腸道內的精準定位與治療。

非胃腸道應用：這項技術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。

他們預測，在未來2至5年內，這項技術有望進入臨床階段，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，應斌斌既感到興奮又充滿挑戰(zhàn)。然而，早期實驗的結果卻常常令人發(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鍵參數(shù)進行了系統(tǒng)調整。這一過程耗時長達一年半，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技術的創(chuàng)新與應用落地：

首先，他們將構建精細的數(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。

此外，研究團隊計劃將e-GLUE技術整合到新一代智能設備中，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。這些技術的整合不僅能夠擴大e-GLUE的應用領域，還能夠實現(xiàn)更加智能化的設備操作，為個性化醫(yī)療提供新的技術支持。

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化奠定基礎。

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

應斌斌補充表示，作為一項前沿性的基礎材料技術，e-GLUE的應用價值不僅局限于胃腸道領域。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備，從而實現(xiàn)相關疾病的精準診斷和智能化管理。

研究團隊對e-GLUE技術的未來應用充滿信心。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的潛力，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(xiàn)其廣泛轉化和價值最大化。

參考文獻：

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

排版：何晨龍