在医院或家庭环境中体温通常通过口腔或额头温度计来测量但这些方式并不总能准确反映人体核心温度。从体内直接测量核心体温有助于更准确地判断患者是否患病以及是否存在发生危险性高烧的风险。为了让核心体温的测量更加便捷可行MIT工程师团队研发出一种可吞服传感器能够从消化道内持续发送实时温度数据。该传感器外形酷似一颗迷你蓝莓直径仅6毫米高度4毫米。相比现有的可吞服温度传感器体积大幅缩小吞咽难度更低也有效降低了堵塞消化道的潜在风险。这类传感器赋予了我们监测感染并早期发现的能力MIT机械工程副教授、布莱根妇女医院胃肠病学家、MIT与哈佛大学布罗德研究所副研究员Giovanni Traverso表示这对于高风险人群尤为重要例如因化疗或免疫抑制药物导致免疫力低下的患者。可吞服传感器还有望在生育监测中实现更精准的体温追踪以及对麻醉期间患者进行持续监护。Traverso与MIT教务长、电气工程与计算机科学系Vannevar Bush讲席教授Anantha Chandrakasan共同担任本研究的通讯作者。MIT博士后研究员Saransh Sharma为论文第一作者相关成果已发表于《自然·电子学》期刊。可吞服电子器件近年来少数可吞服温度传感器已实现商业化但大多数体积与复合维生素相当甚至更大吞咽难度较高且存在堵塞消化道的风险。这些胶囊体积偏大主要源于其内部复杂的电路设计需要消耗大量电能因此需要配备较大的板载电池而电池往往占据了胶囊体积的大部分。MIT团队的目标是在保证温度测量精度的同时大幅缩减传感器的整体尺寸。尺寸缩小是出于安全考量Traverso说我们希望设备小到足以将任何堵塞或梗阻的风险降至最低同时也便于吞服。为了实现设备的小型化研究人员着手缩减所有核心部件的尺寸包括温度感测电路、数据传输天线以及电池。在电路设计上团队自主研发了一款定制化电路可集成在面积仅为1平方毫米的硅芯片上。为降低芯片功耗研究人员设计了一种基于漏电流的振荡器——漏电流是电路关闭时仍流过的微小电流其频率随芯片周围温度的变化而改变。该电路的温度检测精度可达0.01摄氏度功耗极低约为10纳瓦因此可使用直径4.8毫米、厚约1.6毫米的1.55伏纽扣电池供电。新设计进一步通过反向散射通信技术降低能耗。该方案将大部分功耗需求转移至体外天线体外天线位于体外距传感器约30至60厘米。体外天线发射超高频无线电波传感器内部的微型天线对其进行调制后反射回去体外天线通过解析无线电波的变化即可计算出对应的温度值。我们将硅芯片、电池和天线等各个部件整合在一起制成了可吞服胶囊这是目前我们所见过的温度感测领域中最小的可吞服胶囊Sharma表示。内部天线每秒发送一次温度读数实现对体温的连续监测。微型体温计的多元应用研究人员设想这类传感器在多种场景中均具有广泛应用价值包括感染监测以及麻醉期间和术后的患者监护。麻醉会干扰人体正常的体温调节机制使患者面临低体温症的风险。该设备还可用于家庭场景例如监测儿童发烧或将核心体温作为排卵标志用于生育追踪。此外对于运动员、士兵及其他可能暴露于极端温度环境中的人群该设备同样具有实用价值。为探索上述应用潜力研究人员对麻醉状态下的动物进行了传感器测试证实其能够准确检测并传输温度信息。研究人员还从处于清醒状态、自由活动的动物身上获取了准确的温度读数。目前研究团队正致力于将温度传感器与其他传感器结合以实现对心率等生命体征的综合监测并计划在未来数年内启动相关临床试验。Traverso认为一旦在高风险场景中得到验证这类传感器有望被需要监测体温的任何人群广泛采用。我认为它有可能取代所有温度计因为这是最准确的体温测量方式他说如果我们拥有易于吞服、且能提供远优于现有方式的精准数据的微型系统我相信它能在许多方面发挥重要作用。本文其他作者包括Yubin Cai、Injoo Moon、Zhenming Yang、Peter Chai、Niora Fabian、Kailyn Schmidt、Alison Hayward、Andrew Pettinari、Maria Platero、Benedict Laidlaw和Ashley Guevara。本研究由美国第711人体性能联队、国防高级研究计划局DARPA及健康高级研究计划局ARPA-H资助。ARPA-H特别指出本文所包含的观点与结论均属作者本人不代表美国政府的官方政策立场。QAQ1MIT研发的可吞服温度传感器有多小为什么要做这么小A该传感器直径仅6毫米高度4毫米外形类似一颗小蓝莓是目前已知最小的可吞服温度感测胶囊。设计这么小主要是出于安全考虑体积越小堵塞或梗阻消化道的风险就越低同时也更容易吞服。相比现有商业化产品通常与复合维生素大小相当这款传感器在安全性和便利性上都有显著提升。Q2这款传感器是怎么传输体温数据的需要充电吗A传感器采用反向散射通信技术由体外天线发射超高频无线电波传感器内部的微型天线对信号进行调制后反射回去体外天线通过解析信号变化来获取温度值。由于功耗极低约10纳瓦传感器使用一颗直径4.8毫米的纽扣电池供电无需充电每秒可发送一次温度读数实现持续监测。Q3可吞服温度传感器适合哪些人群使用A该传感器适用范围较广包括因化疗或免疫抑制药物导致免疫力低下、需要早期监测感染的患者麻醉手术期间需要持续监控体温的患者需要追踪排卵期的女性以及发烧儿童的家庭监测。此外运动员、士兵等长期处于极端温度环境中的人群也是潜在受益者。研究团队计划在未来几年内启动临床试验。