2025/03/10
圖文引用自： portal.sina.com.hk
你是否想過，有一天我們可以吞下一顆微型「智能膠囊」，它在體內悄然停留，實時監測並管理健康狀況，待任務完成後，再悄然離去？
這一未來場景，雖然令人興奮，但要實現它仍面臨許多挑戰。其中最關鍵的一點是：如何讓智能膠囊在胃腸道內精準停留，而不是隨消化流動被動排出？
近日，美國麻省理工學院（MIT）應斌斌博士和美國四院院士 Robert Langer 教授和 Giovanni Traverso 教授，研發出一款全新黏附界面技術——e-GLUE。這一突破性技術成功解決了胃腸道環境中長時間穩定附著的難題，為可編程駐留的智能膠囊鋪平了道路。
e-GLUE 的核心創新在於結合了水凝膠的柔韌性和電黏附的高效界面作用力，成功解決了胃腸道環境中長時間黏附的難題。水凝膠的柔軟特性使其能夠貼合胃腸道複雜的幾何形狀，而電黏附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產生牢固的交聯。這種雙重機制讓 e-GLUE 能在體液浸潤和胃腸道蠕動的動態環境中穩固附著，並顯著提升黏附能量——最高可達傳統材料的 30 倍。
日前，相關論文以《電致粘附水凝膠界面延長豬胃腸道粘膜的診斷與治療》（An electroadhesive hydrogel interface prolongs porcine gastrointestinal mucosal theranostics）為題發在 Science Translational Medicine。
特別值得一提的是，通過短短約 1 分鐘的電刺激，e-GLUE 可與深層黏膜上皮發生交互作用，延長其在胃腸道中的黏附時間，最長可達 30 天。這種獨特的長效黏附能力為多種胃腸道治療和診斷應用帶來了全新可能。
例如，針對胃腸道反復性出血，e-GLUE 可用於局部止血裝置的穩定黏附；在潰瘍性結腸炎等慢性病治療中，它可實現藥物的精準緩釋；此外，它還可支持黏膜傳感器的長期穩定性，用於連續監測胃腸道生理數據，例如炎症標誌物、組織阻抗值等。
這一創新性機制的成功應用，不僅顯著提升了胃腸道治療設備的臨床價值，還為黏膜界面生物技術開闢了新的可能性。通過電黏附增強的水凝膠界面，e-GLUE 為長效、精準的治療和監測提供了強有力的技術支持，為未來的個性化醫療帶來了深遠影響。
這項研究的起點源於一個關鍵挑戰：如何在胃腸道這樣複雜且動態的環境中實現生物材料或設備的穩定長時間黏附。胃腸道因快速更新的黏液層和上皮細胞、持續的機械蠕動以及胃液的化學侵蝕，使得傳統黏附材料在體內難以停留超過 24 小時。這一局限顯著影響了其在藥物遞送、止血以及生理信號監測等領域的實際應用效果。
為解決這一問題，他們研發了 e-GLUE。這一技術在水凝膠中嵌入了導電組分，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，從而顯著提升黏附強度。e-GLUE 的黏附力還可通過電場精準調控，為更多場景的靈活應用提供了可能性。
這項工作的靈感部分來源於應斌斌在博士期間的研究。當時，他和合作者開發了一種新型雙層離子水凝膠，通過聚陰離子和聚陽離子層疊的方式，實現了類似二極管的功能。這種設計通過精確調控離子間的相互作用，實現了高效的信號傳導和功能響應。結合這一經驗，他和目前團隊認識到精細的電荷交互機制也可用於提升水凝膠在濕潤界面的黏附性能。
這一創新不僅有效突破了傳統水凝膠的黏附限制，還揭示了一種全新的黏附機制——通過電場驅動陽離子與多陰離子蛋白的交聯，材料可從表層黏液深入到黏膜上皮，實現持久穩定的界面結合。這一發現為動態生物界面材料的設計提供了全新思路。
e-GLUE 的技術框架不僅適用於胃腸道，還展現了跨領域的應用潛力，可擴展至呼吸道、泌尿系統等其他黏膜表面的組織，進一步推動黏附界面技術的普適性與廣泛應用。
通過這項研究，他們希望加速胃腸道治療和診斷設備的技術進步，並為動態生物環境中的材料設計提供系統性解決方案。
審稿人對這項研究給予了高度評價。其中一位審稿人稱讚道：「這項研究通過創新性地利用電泳原理，實現了電黏附水凝膠在濕潤、生物黏膜界面上的超長時間附著，顯著優於傳統的胃腸道黏附材料。」
另一位審稿人特別指出，這項研究不僅展示了理論上的材料設計優勢，還通過一系列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場景中的廣泛應用潛力。
更重要的是，審稿人們一致認為，e-GLUE 的電黏附機制為黏膜界面材料的研發開闢了全新方向，不僅有助於解決目前胃腸道醫療設備穩定性不足的難題，還可能對更廣泛的生物界面材料領域產生深遠影響。…
