بلاگ

مهندسان MIT قرص قابل خوردني ، Jell-O را طراحي كرده اند كه پس از رسيدن به معده ، به سرعت يك اندازه يك توپ پينگ پنگ نرم و لكه دار را به اندازه كافي بزرگ مي كند تا به مدت طولاني در معده بماند.

قرص تورم با يك سنسور تعبيه شده است كه به طور مداوم دماي معده را تا 30 روز دنبال مي كند. در صورت نياز به خارج كردن قرص از معده ، بيمار مي تواند محلول كلسيم را كه باعث مي شود قرص به سرعت در اندازه اصلي خود جمع شود نوشيده و با خيال راحت از بدن خارج شود.

قرص جديد از دو نوع هيدروژل ساخته شده است - مخلوط پليمرها و آب كه شبيه به قوام Jell-O است. اين تركيب باعث مي شود كه قرص به سرعت در معده متورم شود و در حالي كه در محيط اسيدي حساس معده غيرقابل تحمل است باقي بماند.

طراحي مبتني بر هيدروژل نرمتر ، زيست سازگارتر و ماندگارتر از سنسورهاي قابل مصرف فعلي است ، كه يا فقط مي توانند براي چند روز در معده بمانند ، يا از پلاستيك هاي سخت يا فلزات ساخته شده اند كه دستورات قدرتي سخت تر از دستگاه گوارش دارند. دستگاه

Xuanhe ژائو ، استاديار مهندسي مكانيك در MIT مي گويد: "رويا داشتن يك قرص هوشمند هوشمند مانند Jell-O است ، كه يك بار در معده قورت داده شود و سلامت بيمار را براي مدت طولاني مانند يك ماه كنترل كند."

ژائو و همكار ارشد جيوواني تراورسو ، دانشمند مهمان كه در سال 2019 به دانشكده MIT مي پيوندند ، به همراه نويسندگان اصلي Xinyue Liu ، Christoph Steiger و Shaoting Lin ، نتايج خود را در ارتباطات Nature منتشر كرده اند .

قرص ، پينگ پنگ و پف ماهي

طراحي قرص بادي جديد از مكانيسم هاي دفاعي پف ماهي يا ماهي دودي الهام گرفته شده است. به طور معمول گونه اي آهسته ، پف ماهي به سرعت تهديد مي كند ، مانند يك بادكنك سنبله. اين كار را با مكيدن مقدار زيادي از آب ، سريع انجام مي دهد.

بدن محكم و سريع تورم پفور دقيقاً همان چيزي بود كه ژائو به دنبال آن بود كه به شكل هيدروژل تكرار شود. اين تيم به دنبال راه هايي براي طراحي قرص مبتني بر هيدروژل براي انتقال سنسورها به معده و ماندن در آنجا براي نظارت ، به عنوان مثال علائم حياتي يا بيماري ها براي يك دوره نسبتاً طولاني بودند.

آنها فهميدند كه اگر يك قرص به اندازه كافي كوچك باشد كه بخورد و از مري بگذرد ، عبور از معده نيز به اندازه كافي كوچك مي شود ، از طريق دهانه اي كه به آن پيلور گفته مي شود. براي جلوگيري از خروج آن از معده ، اين گروه مجبور است قرص را طراحي كند تا سريعاً به اندازه يك توپ پينگ پنگ متورم شود.

ليو مي گويد: "در حال حاضر ، وقتي افراد سعي در طراحي اين ژل هاي بسيار قابل تورم دارند ، معمولاً از انتشار استفاده مي كنند و اجازه مي دهند آب به تدريج در شبكه هيدروژل پخش شود." "اما تورم به اندازه يك توپ پينگ پنگ ساعت ها يا حتي روزها طول مي كشد. اين مدت طولاني تر از زمان تخليه معده است."

در عوض محققان به دنبال راه هايي براي طراحي قرص هيدروژل بودند كه بتواند خيلي سريعتر تورم كند ، با سرعتي قابل مقايسه با آن كه از يك پفك ماهي مبهوت است.

يك ردياب قابل خوردن

طراحي آنها در نهايت شبيه به يك كپسول كوچك مانند Jell-O بود كه از دو ماده هيدروژل ساخته شده است. مواد داخلي حاوي ذرات بسيار آبرساننده سديم پلي آكريلات سديم است كه در محصولات تجاري مانند پوشك به دليل توانايي آنها در خيساندن سريع مايعات و باد كردن استفاده مي شود.

محققان دريافتند كه اگر اين قرص فقط از اين ذرات ساخته شود ، بلافاصله از هم جدا مي شود و مانند مهره هاي جداگانه از معده خارج مي شود. بنابراين آنها يك لايه هيدروژل محافظ دوم را براي محصور كردن ذرات سريع تورم طراحي كردند. اين غشاء خارجي از تعداد زيادي زنجيره كريستالي نانوسكوپي ساخته شده است كه هر يك از آنها بر روي ديگري تاشو شده است ، در يك الگوي تقريباً غيرقابل نفوذ

لين مي گويد: "شما بايد براي شكستن اين غشاء ، بسياري از حوزه هاي كريستالي را شكوفا كنيد." "اين همان چيزي است كه اين هيدروژل را بسيار مستحكم و در عين حال نرم و نرم مي كند."

در آزمايشگاه ، محققان اين قرص را در محلولهاي مختلف آب و مايعات شبيه به آب معده غرق كردند و اين قرص را كه در حدود 15 دقيقه به اندازه 100 برابر اندازه اصلي خود فرو رفته بود- خيلي سريعتر از هيدروژلهاي قابل تورم موجود يافتند. ژائو هنگامي كه باد كرد ، مي گويد كه اين قرص در مورد نرمي توفو يا Jell-O و در عين حال شگفت آور قوي است.

محققان براي آزمايش ميزان سختي قرص ، آن را هزاران بار به طور مكانيكي فشرده كردند ، در نيروهايي حتي بيشتر از آنچه قرص از انقباضات منظم در معده تجربه مي كند.

لين توضيح مي دهد: "معده از هزاران ميليون ها چرخه بار براي خرد كردن مواد غذايي استفاده مي شود." "و ما دريافتيم كه حتي وقتي يك برش كوچك را در غشاء ايجاد مي كنيم ، و سپس هزاران بار آن را مي كشيم و فشار مي دهيم ، برش بزرگتر نمي شود. طراحي ما بسيار محكم است."

محققان همچنين مشخص كردند كه محلول يون هاي كلسيم با غلظت بالاتر از شير موجود در آن مي تواند ذرات متورم را كوچك كند. اين باعث مي شود كه قرص دچار افتادگي و خارج شدن از معده شود.

سرانجام ، استيگر و تراورسو سنسورهاي دماي كوچك و تجاري را در چندين قرص تعبيه كردند و قرص ها را به خوك ها تغذيه كردند كه داراي معده و دستگاه گوارش بسيار شبيه انسان است. اين تيم بعداً سنسورهاي دما را از مدفوع خوك ها بازيابي كرده و اندازه گيري دماي سنسورها را با گذشت زمان ترسيم كردند. آنها دريافتند كه اين سنسور قادر است الگوهاي فعاليت روزانه حيوانات را تا 30 روز دقيق رديابي كند.

لينك فيلم: https://www.namasha.com/v/HbqTlRqr

محققان پيش بيني مي كنند كه اين قرص با خيال راحت تعدادي سنسور مختلف را به معده منتقل مي كند تا مثلاً سطح pH يا علائم باكتري ها يا ويروس ها را كنترل كند. دوربين هاي كوچك همچنين ممكن است براي تصويربرداري از پيشرفت تومورها يا زخم ها در طي چند هفته در قرص ها تعبيه شوند. ژائو مي گويد اين قرص ممكن است به عنوان يك جايگزين امن تر و راحت تر براي رژيم غذايي بادكنك معده استفاده شود ، نوعي از كنترل رژيم غذايي كه در آن يك بالون از طريق مري بيمار و معده استفاده مي شود و از آندوسكوپ استفاده مي شود.