客观日本

日本开发胃酸发电的 “吞入型体温计”

2019年04月12日 生物医药

东北大学创新战略推进中心的中村力特任教授、微系统融合研究开发中心的宫口裕助手、工学研究科的吉田慎哉特任准教授等研究团队,开发出通过胃酸发电来获得能量续航的药片大小的“吞入型体温计”,并通过模式动物成功进行了概念验证(图1)[1]。该成果已在3月中旬举办的美国电气电子工程师学会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)首届全球生命科学技术大会上发表[文献1]。

日本开发胃酸发电的 吞入型体温计

图1 吞入型体温计与一日元实物大小比较

正常体温在一天中呈规律性波动,由位于下丘脑前部的体温调节中枢控制。下丘脑体温调节中枢通过肌肉和肝脏代谢产热和皮肤、肺、排泄器官散热保持平衡。在正常情况下,人体能够维持相当稳定的体温。人体昼夜节律和体温日常波动调节的研究也越来越受关注。一般认为,基础体温的变化与抑郁症、睡眠障碍、排卵周期紊乱等紧密相关,是了解健康状况的一项重要生理指标。

基础体温是指静息状态下的核心体温(深部体温),如果利用一般的体温计做外周监测(鼓膜、颞动脉、腋窝和口腔测温)受环境温度和与皮肤接触状态等影响而导致准确性低、误差大;通过体内监测(肺动脉导管、膀胱、食管和直肠测温)虽准确度提高,但操作困难、实用性差,难以用作日常监测。

本次开发的利用胃酸发电来测定肠内深部体温的片剂型体温计,采用直径9毫米、厚7毫米的圆柱体设计,除了镁和铂金属片电极外全部用树脂包覆(图2)。树脂内部装载了温度传感器、微型处理器、定制集成电路、通信线圈、多层陶瓷电容器(MLCC)等部件。该体温计并未使用有毒的纽扣电池作能量源,所以具备较高安全性。而且体积较小,不会长期滞留体内可自然排除体外。进入体内后可对与真实基础体温和生物钟等进行实时监测,结合相应分析手段进而可实现健康管理和疾病早期诊断等。

日本开发胃酸发电的 吞入型体温计

图2 吞入型体温计设计图解

和中学的自然课实验里往酸柠檬等插入电极发电一个原理,当吞下的体温计经过胃时,胃酸充当了电解液。电极与胃酸接触,产生的能量驱动升压电路,以高压对电容器充电。充电后的体温计测定肠内实际温度,发送数据给体外的接收器。

睡前吞下体温计,半小时一回的频率进行测定深部基础体温和发送数据(图3)。数据传输采用人体吸收极低的10兆赫兹频带近场磁感应方式。通常24小时以内排出体外的体温计,从污水处理厂的沉淀中进行回收和后续废弃物处理以防止潜在环境污染。

日本开发胃酸发电的 吞入型体温计

图3 应用场景示例

在此次狗的实验中,发电、体温测定、数据发送和接受等系统功能都验证可行,并且第二天体温计被自然排出体外(图4)。通过市场上买到的普通环形天线,在半米开外都可以顺利收到体温计传出的信号。

日本开发胃酸发电的 吞入型体温计

图4 动物适应实验(a)和CT影像图片(b)

为了将来作为家庭常备医用品,研究团队尽量将成本控制在100日元(现折合人民币约6元)以内。前不久由英国泰晤士高等教育(Times Higher Education)发布的2019 THE世界大学排名日本版中,东北大学综合排名第三(同2018年),紧随京都大学和东京大学之后。

供稿 宋傑 东京大学博士
编辑修改 JST客观日本编辑部

参考文献:

1 Shinya Yoshida, Hiroshi Miyaguchi and Tsutomu Nakamura, Proof of Concept for Tablet-Shaped Ingestible Core-Body Thermometer with Gastric Acid Battery, 2019 IEEE 1st Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech)

相关链接:
1.可饮用型体温计通过动物实验

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