MIT研发出可吞服微型传感器，实现体内核心温度连续监测

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。

Q&A

Q1：MIT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。