Представьте себе, что вы можете найти свое местоположение без GPS. Теперь примените это к отслеживанию предмета в теле. Это была проблема с отслеживанием «умных» таблеток — таблеток, оснащенных интеллектуальными датчиками, — после их проглатывания. В Инженерной школе Университета Южной Калифорнии в Витерби инновации в области носимой электроники и искусственного интеллекта привели к разработке датчиков, которые можно проглотить, которые не только обнаруживают желудочные газы, но и обеспечивают отслеживание местоположения в режиме реального времени.
Эти капсулы, разработанные лабораторией Хана, предназначены для выявления газов, связанных с гастритом и раком желудка. Исследование, которое будет опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science , показывает, как эти умные таблетки точно отслеживаются с помощью недавно разработанной носимой системы. Этот прорыв представляет собой значительный шаг вперед в технологии приема внутрь, которая, по мнению Ясира Хана, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете Южной Калифорнии, может когда-нибудь послужить «Fitbit для кишечника» и для раннего выявления заболеваний.
Хотя носимые устройства с датчиками обещают отслеживать функции тела, возможность отслеживать проглатываемые устройства внутри тела ограничена. Однако благодаря инновациям в материалах, миниатюризации электроники, а также новым протоколам, разработанным Ханом, исследователи продемонстрировали способность отслеживать расположение устройств именно в желудочно-кишечном тракте.
Команда Хана из Института технологий и инноваций в медицинских системах Университета Южной Калифорнии (ITEMS) в Центре конвергентных биологических наук Майкельсона поместила носимую катушку, генерирующую магнитное поле, на футболку. Это поле в сочетании с обученной нейронной сетью позволяет его команде обнаружить капсулу внутри тела. По словам Ансы Абдигази, ведущего автора работы и доктора философии. Студент Лаборатории Хана, такое раньше не демонстрировалось на носимом устройстве.
Второе новшество в этом устройстве — новый «чувствительный» материал. Капсулы оснащены не только электроникой для отслеживания местоположения, но и «оптической чувствительной мембраной, избирательной к газам». Эта мембрана состоит из материалов, электроны которых меняют свое поведение в присутствии газообразного аммиака.
Аммиак — компонент кишечных бактерий H. pylori, повышенное содержание которого может быть сигналом язвенной болезни, рака желудка или синдрома раздраженного кишечника. Таким образом, говорит Хан, «наличие этого газа является показателем и может использоваться в качестве механизма раннего обнаружения заболеваний».
Команда Университета Южной Калифорнии протестировала это проглатываемое устройство во многих различных средах, включая жидкие среды и моделирующие кишечник крупного рогатого скота. «Система для приема внутрь с носимой катушкой одновременно компактна и практична, что открывает широкие возможности для ее применения в здравоохранении человека », — говорит Хан. В настоящее время на устройство подана заявка на патент, и следующим шагом будет тестирование этих носимых устройств на моделях свиней.
Помимо использования этого устройства для раннего выявления язвенной болезни, гастрита и рака желудка, существует потенциал для мониторинга здоровья мозга. Как? Из-за оси мозг-кишечник. Нейротрансмиттеры находятся в кишечнике, и «то, как их активация и деактивация коррелирует с нейродегенеративными заболеваниями», — говорит Хан.
Сосредоточение внимания на мозге является конечной целью исследования Хана. Он заинтересован в разработке неинвазивных способов обнаружения нейротрансмиттеров, связанных с болезнью Паркинсона и Альцгеймера.