科學與技術 | 可食用電子產品
吞食電子設備通常是不建議的。但比利時和荷蘭的研究人員已經找到方法，讓食用組件——從無線發射器、微晶片到電池和一系列化學感測器——不僅安全，而且實用。
結果就是 GISMO (gastrointestinal smart module)：這是一種大小約等於 Tic Tac 的可食用膠囊，它會穿過人體腸道全長，每 20 秒進行一次化學讀數，並將結果傳送給佩戴在腰間的接收器。這是新一代可吞食式設備的早期範例，可以即時地從腸道內部回報數據。其潛在應用範圍涵蓋了常規診斷到靶向藥物遞送，最終甚至能達到完全由食物製成的電子產品。
GISMO 用來測量腸道「氧化還原平衡」（redox balance）的變化，這可以提供炎症或病變組織的早期預警。研究人員目前正在將其應用於患有潰瘍性結腸炎和結直腸癌的患者身上。患者在早餐前吞下它，並必須幾天後以正常方式取出。
人體腸道是一個極其複雜的生態系統，居住著數萬億微生物，它們集體的代謝產物對宿主的健康狀況提供了一份持續不斷的評論。這一直以來都是醫生難以深入探究的領域——內視鏡和結腸鏡可以直接檢查其中的部分，但這些過程具有侵入性。一次標準的結腸鏡檢查大約需要 30 分鐘，費用數百 pounds，而且不適感讓許多有需要的患者選擇規避。
一種名為 PillCam 的可吞食攝影機，在二十多年前解決了這個問題的視覺部分。根據 Medtronic（一家總部位於 Minneapolis、現擁有該技術的公司）的說法，PillCam 已在全球超過 400 萬名患者身上使用過。但腸道中最重要的訊號往往是環境性的：微生物產生的氣體、酸度、化學反應的產物、發炎分子，以及這些狀況如何隨著食物、疾病和藥物的改變而變化。
在 2018 年，一項試點研究測試了一種可吞食膠囊，這是第一個能在穿越腸道這個惡劣環境（其酸度足夠溶解金屬）並在條件從小時到小時波動的過程中回報氧氣、氫氣和二氧化碳讀數的設備。該膠囊還能偵測膳食纖維攝取量變化後微生物發酵的改變。從那時起，目標就是讓這些讀數更精準、更有臨床實用價值。
為此，馬里蘭大學（University of Maryland）的研究人員在 2023 年開發出了一種可吞食膠囊。該膠囊使用 Nafion——一種與 Teflon 的聚合物親戚——塗覆的金電極來即時檢測硫化氫 (hydrogen sulphide)。這種氣體負責產生臭雞蛋味，它既由參與發炎性腸道疾病的腸道細菌產生，也特別是由 Helicobacter pylori 產生，而這是大多數胃潰瘍和胃癌的主要風險因子。
該膠囊最初設計用於研究腸道發炎，但同樣的方法可以擴展到細菌檢測。未來它或許能取代目前需要內視鏡、糞便檢測或有時不精準的呼吸分析來進行的 H. pylori 診斷。
目前，研究人員發現 Ammonia 可以是 H. pylori 感染的指標。在 2024 年，University of Southern California 的研究人員開發了一種具有光電感測器（optoelectronic sensors）的可吞食藥丸，用於檢測 Oxygen 和 Ammonia。結合神經網路演算法（neural-network algorithms），它可以以毫米級精準度繪製出胃腸道中氣體濃度分佈。雖然在進行人體測試前需要動物試驗，但最終目標是讓病患可以自行使用的膠囊，將數據傳輸到智慧型手機上。
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其他氣體感測膠囊已經進入臨床開發階段。一家澳洲公司 Atmo Biosciences 正在進行一項試驗，使用一種能測量發酵氣體的膠囊來診斷小腸細菌過度生長（small intestinal bacterial overgrowth）。這種病症是細菌異常大量定殖於小腸，在身體吸收營養之前就將其發酵。它會引起腹脹、疼痛，嚴重時甚至導致營養不良。根據該公司報告，早期安全研究發現，該膠囊的敏感度比標準的呼吸測試高出 3,000 倍。
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檢測只是雄心的一半。其他機構則目標是開發可食用的電子產品（edible electronics），能夠識別疾病訊號、定位其在腸道發源的位置，並在該處釋放治療劑。這比盲目地將藥物溶解在胃裡要好得多，因為前者會讓整個身體的體液都充盈了，只為了達到針對特定發炎組織的目的。
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例如，Massachusetts Institute of Technology (MIT) 的研究人員正在開發能夠感知內部狀況並對其做出反應的可吞食膠囊。在 2024 年，他們創造了一種模擬頭足類噴射推進（jet propulsion of cephalopods）的裝置，可以直接將藥物泵入消化道壁。同年早些時候，MIT 團隊從 ARPA-H——一個推動高風險、變革性醫療技術的聯邦撥款系統——獲得了 $66m 的資金，旨在開發用於口服給予 mRNA treatments 的可吞食裝置。這項為期五年的計畫也尋求開發電藥（electroceuticals），即基於對身體荷爾蒙和神經訊號網路進行電刺激的療法。
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所有這些技術面臨的挑戰都是電力。每個感測器都需要電力，而目前的膠囊依賴由氧化銀製成的傳統電池——這對於單次診斷程序尚可接受，但對於數百萬病患的慢性疾病常規監測來說則不然。進入人體的電池最終必須作為電子廢料離開體內。此外，它通常也是膠囊最大的組成部分，限制了其微型化程度。
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提出的解決方案是 Willy Wonka 會喜歡的：電子食品。位於 Genoa 的 Italian Institute of Technology 裡的研究人員，在一個名為 ELFO (Electronic Food) 的 European Research Council 專案下工作，旨在找出可以作為電子元件的食物來源材料。
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2023 年，他們宣布了世界上第一款可充電的可食電池，它由菸鹼酸（riboflavin，維生素 B2）、<0xE6><0xA7>กา花素（quercetin，一種在小黃瓜中發現的類黃酮）、活性炭、海藻、蜂蠟和食品級金屬接點組成。它工作電壓為 0.65 volts，並提供 48 microamps 電流持續 12 分鐘——這對於低功耗 LED 來說足夠了，也足以證明其原理可行。
隔年，同一家實驗室成功製作出可食用的電晶體，並使用牙膏中發現的藍色顏料 copper phthalocyanine 作為半導體。電晶體是邏輯電路的基本開關元件。雖然可食用版本的複雜度遠不及傳統晶片，但這或許比要求人們吃下矽晶片要容易解決得多。
仍存在許多重大障礙。可食用的電池儲存的能量遠低於 lithium cells。可食用的半導體不穩定且速度緩慢。由於組織會吸收無線電波，因此在體內傳輸無線訊號是一個持續存在的工程問題。而一個同時具備食品成分、醫療感測器、電子電路和藥物遞送系統功能的裝置，對於監管機構來說簡直是個頭痛。
因此，可食用的電子設備要花時間才能進入藥局和超市。但很快地，「腸道」可能會成為一個能夠在被詢問時給予回覆的身體部分。■
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本文內容由 zlibrary 擷取自 https://www.economist.com//science-and-technology/2026/05/27/tomorrows-medical-sensors-might-come-served-with-dinner。