Mokslininkai vis dažniau nustato, kad virškinimo trakto (GI) traktas vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį mūsų bendroje sveikatos srityje. Nors pagrindinės jo funkcijos yra susijusios su virškinimu, GI traktas taip pat yra susijęs su hormonų, imuninių ląstelių ir net neurotransmiterių, kurie gali paveikti nuotaikos ir smegenų funkciją, gamyboje. Iš esmės GI traktas yra daugelio skirtingų biomarkerių, kurie gali būti naudingi nustatant, stebint ir gydant ligą-viskas nuo trumpų grandinių riebalų rūgščių, kurios yra metabolinio sindromo rodikliai iki citokinų, kurie yra uždegimo biologiniai žymekliai.
Tačiau šiuo metu nėra technologijos, kuri galėtų lengvai apibūdinti šią metabolinę, molekulinę informaciją iš GI trakto. Tradiciniai vertinimo metodai apima išmatų analizę arba biopsiją, kurios yra invazinės, brangios ir negali suteikti realiojo laiko profilio visame GI trakte.
Dabar „Caltech“ inžinierių komanda sukūrė išmaniąją kapsulę, vadinamą „Pilltrek“, kuri gali išmatuoti pH, temperatūrą ir įvairius skirtingus biomarkerius. Tai įtraukia paprastus, nebrangius jutiklius į miniatiūrinę belaidę elektrocheminę darbo vietą, kuri priklauso nuo mažos galios elektronikos. „Pilltrek“ yra maža, matoma 7 milimetrų skersmens ir 25 milimetrų ilgio, todėl jis yra mažesnis nei komerciškai prieinamos kapsulės kameros, naudojamos endoskopijai, tačiau gali atlikti įvairius elektrocheminius matavimus.
„Mes sukūrėme šią piliulę kaip labai universalią platformą“, – sako Wei Gao, „Caltech“ medicinos inžinerijos profesorius ir paveldo medicinos tyrimų instituto tyrėjas. „Elektrocheminiu jutimo požiūriu jis yra labai galingas. Jis turi galimybę išmatuoti metabolitus, jonus, hormonus, tokius kaip serotoninas ir dopaminas, galbūt net ir baltymai. Ir visi žarnyne, kurie yra sudėtinga aplinka.”
Mokslininkai apibūdina kapsulę naujame žurnalo dokumente Gamtos elektronika. Pagrindiniai dokumento autoriai yra džihong Min, podoktorantūros mokslininkų stipendijos praktikantas medicinos inžinerijos srityje „Caltech“ ir Hyunah Ahn, „Caltech“ medicinos inžinerijos lankytojas ir Korėjos pažengusiųjų mokslo ir technologijos instituto (KAIST) magistrantė.
Kaip koncepcijos įrodymą, Pilltrek buvo naudojamas tyrime, siekiant išmatuoti pH ir temperatūrą, taip pat keičiant gliukozės ir neurotransmiterių serotonino kiekį gyvūnų modeliuose.
GAO pabrėžia, kad kapsulėje esanti elektrocheminė darbo vieta yra pertvarkoma. Įvairius skirtingus jutiklius galima lengvai pakeisti vietoje, kad būtų galima išmatuoti skirtingus žarnyno parametrus. Jo komanda anksčiau sukūrė 3D spausdinimo nebrangių jutiklių ant plastikinio substrato lakštų techniką. Ši technika gali būti naudojama masiniam „Pilltrek“ jutikliams.
Kalbant apie kitus veiksmus, Gao sako, kad jis dirba su bendraautore Azita Emami, Andrew ir Peggy Cherng Electrotecy inžinerijos ir medicinos inžinerijos profesoriumi „Caltech“ ir „Savejų žvalgybos centro“ centro direktorių, norėdami išnagrinėti belaidį energijos perdavimą ir mažesnę elektroniką, kuri padarytų Pilltrek dar mažesnę ir mažesnę galią.
Papildomi popieriaus autoriai yra Heather Lukas (MS '21), Xiaotian MA, Rinni Bhansali, Sung-Hyuk Sunwoo, Canran Wang (MS '23), Yadong Xu, Dickson R. Yao ir Gwangmook Kim, taip pat ir Zhaoping Li ir Tzung K. Hsiai, Davidas Gefen, taip pat Zhaoping Li ir Tzung K. Hsiai. Hee-Tae Jung iš Kaist.