你是否想过，有一天我们可以吞下一颗微型“智能胶囊”，它在体内悄然停留，实时监测并管理健康状况，待任务完成后，再悄然离去？

这一未来场景，虽然令人兴奋，但要实现它仍面临许多挑战。其中最关键的一点是：如何让智能胶囊在胃肠道内精准停留，而不是随消化流动被动排出？

近日，美国麻省理工学院（MIT）应斌斌博士和美国四院院士 Robert Langer 教授和 Giovanni Traverso 教授，研发出一款全新黏附界面技术——e-GLUE。这一突破性技术成功解决了胃肠道环境中长时间稳定附着的难题，为可编程驻留的智能胶囊铺平了道路。

e-GLUE 的核心创新在于结合了水凝胶的柔韧性和电黏附的高效界面作用力，成功解决了胃肠道环境中长时间黏附的难题。水凝胶的柔软特性使其能够贴合胃肠道复杂的几何形状，而电黏附通过外加电场激活阳离子聚合物，使其与黏膜中的多阴离子蛋白产生牢固的交联。这种双重机制让 e-GLUE 能在体液浸润和胃肠道蠕动的动态环境中稳固附着，并显著提升黏附能量——最高可达传统材料的 30 倍。

日前，相关论文以《电致粘附水凝胶界面延长猪胃肠道粘膜的诊断与治疗》（An electroadhesive hydrogel interface prolongs porcine gastrointestinal mucosal theranostics）为题发在Science Translational Medicine

（来源：https://www.science.org/doi/）

特别值得一提的是，通过短短约 1 分钟的电刺激，e-GLUE 可与深层黏膜上皮发生交互作用，延长其在胃肠道中的黏附时间，最长可达 30 天。这种独特的长效黏附能力为多种胃肠道治疗和诊断应用带来了全新可能。

例如，针对胃肠道反复性出血，e-GLUE 可用于局部止血装置的稳定黏附；在溃疡性结肠炎等慢性病治疗中，它可实现药物的精准缓释；此外，它还可支持黏膜传感器的长期稳定性，用于连续监测胃肠道生理数据，例如炎症标志物、组织阻抗值等。

图 | 应斌斌（来源：资料图）

这一创新性机制的成功应用，不仅显著提升了胃肠道治疗设备的临床价值，还为黏膜界面生物技术开辟了新的可能性。通过电黏附增强的水凝胶界面，e-GLUE 为长效、精准的治疗和监测提供了强有力的技术支持，为未来的个性化医疗带来了深远影响。

（来源：https://www.science.org/doi）

这项研究的起点源于一个关键挑战：如何在胃肠道这样复杂且动态的环境中实现生物材料或设备的稳定长时间黏附。胃肠道因快速更新的黏液层和上皮细胞、持续的机械蠕动以及胃液的化学侵蚀，使得传统黏附材料在体内难以停留超过 24 小时。这一局限显著影响了其在药物递送、止血以及生理信号监测等领域的实际应用效果。

为解决这一问题，他们研发了 e-GLUE。这一技术在水凝胶中嵌入了导电组分，利用外加电场驱动阳离子聚合物穿透黏液层，与深层黏膜中的多阴离子蛋白交联，从而显著提升黏附强度。e-GLUE 的黏附力还可通过电场精准调控，为更多场景的灵活应用提供了可能性。

这项工作的灵感部分来源于应斌斌在博士期间的研究。当时，他和合作者开发了一种新型双层离子水凝胶，通过聚阴离子和聚阳离子层叠的方式，实现了类似二极管的功能。这种设计通过精确调控离子间的相互作用，实现了高效的信号传导和功能响应。结合这一经验，他和目前团队认识到精细的电荷交互机制也可用于提升水凝胶在湿润界面的黏附性能。

这一创新不仅有效突破了传统水凝胶的黏附限制，还揭示了一种全新的黏附机制——通过电场驱动阳离子与多阴离子蛋白的交联，材料可从表层黏液深入到黏膜上皮，实现持久稳定的界面结合。这一发现为动态生物界面材料的设计提供了全新思路。

e-GLUE 的技术框架不仅适用于胃肠道，还展现了跨领域的应用潜力，可扩展至呼吸道、泌尿系统等其他黏膜表面的组织，进一步推动黏附界面技术的普适性与广泛应用。

通过这项研究，他们希望加速胃肠道治疗和诊断设备的技术进步，并为动态生物环境中的材料设计提供系统性解决方案。

审稿人对这项研究给予了高度评价。其中一位审稿人称赞道：“这项研究通过创新性地利用电泳原理，实现了电黏附水凝胶在湿润、生物黏膜界面上的超长时间附着，显著优于传统的胃肠道黏附材料。”

另一位审稿人特别指出，这项研究不仅展示了理论上的材料设计优势，还通过一系列体外与体内实验验证了其在止血、局部药物递送以及黏膜组织传感等场景中的广泛应用潜力。

更重要的是，审稿人们一致认为，e-GLUE 的电黏附机制为黏膜界面材料的研发开辟了全新方向，不仅有助于解决目前胃肠道医疗设备稳定性不足的难题，还可能对更广泛的生物界面材料领域产生深远影响。

（来源：https://www.science.org/doi）

这项技术的潜在应用场景非常广泛，尤其是在医疗领域。具体来说：

1. 局部药物递送：通过将 e-GLUE 结合药物载体，将药物直接递送到胃肠道特定病灶部位，实现长时间、精准的治疗。这在溃疡性结肠炎、克罗恩病等慢性病的治疗中尤为重要。

2. 胃肠道诊断设备：开发基于 e-GLUE 的长期黏附传感器，用于监测胃肠道 pH 值、炎症标志物或其他生理信号，为医生提供更多实时、动态的病情信息。

3. 微型机器人辅助治疗：e-GLUE 的技术可以集成到可控微型机器人上，用于胃肠道内的精准定位和治疗。

4. 非胃肠道应用：这项技术同样可以推广到其他需要长时间附着的生物界面，如肺、阴道或者膀胱，为不同场景的医疗需求提供解决方案。

他们预测，在未来 2 到 5 年内，这项技术可以进入临床试验，甚至在某些领域实现初步商业化。

刚刚开始这个课题时，他们首次拿到离体猪肠胃组织进行实验。面对这样真实而复杂的实验材料，应斌斌既兴奋又充满挑战感。然而，早期实验的结果却总是让人哭笑不得。由于当时的水凝胶配方、电场条件以及电极设计都还不成熟，每次在通风柜里做实验时，总能闻到一股烤肉的味道——那是电流导致组织局部温度过高的结果。

这个问题不仅让团队绞尽脑汁，也带来了一些意想不到的幽默。同事们很快给这个技术起了个绰号“BBQ”，形象地描述了他们“烧烤”猪组织的实验状态。这一笑谈不仅成为团队间的调侃，也时刻提醒他们：这个温升问题必须尽快解决。

在解决这一问题的过程中，团队进行了大量细致的优化工作。包括本课题的重要合作者、现已入职浙江大学的南科望研究员在内，他们对水凝胶的导电性、电场强度以及电极形状等关键参数进行了系统调整。这一过程耗时长达一年半，充满了试验失败和技术迭代的挑战。

最终，他们成功设计出一种既能有效控制温度升高、又能保持高黏附力的方案。当他们在活体猪实验中首次看到温度稳定控制在 43 摄氏度以下，且材料稳稳附着在组织表面时，那一刻的喜悦和成就感难以言喻。

这个小插曲不仅让团队在紧张的科研工作中找到了一些轻松的时刻，也深刻地让应斌斌体会到，科学研究的真正魅力在于解决未知问题的过程。每一个看似困难的挑战背后，其实都蕴藏着创新的机会。通过不断坚持与细致打磨，他们最终迎来了突破，也在这个过程中加深了团队间的默契与信任。

（来源：https://www.science.org/doi）

接下来，他们的研究计划将主要聚焦于以下几个方向，以进一步推动 e-GLUE 技术的创新和应用落地：

首先，他们将构建精细的数学模型，深入研究 e-GLUE 黏附行为的底层机制，包括电场激励对材料性能的动态影响。这将帮助他们进一步提升材料的黏附强度，并增强其在体内极端环境中的长期稳定性，从而为更加严苛的临床应用奠定基础。

其次，他们计划将 e-GLUE 技术集成到新一代的智能设备中，例如在设备中加入微型摄像头和导航，并让其实现包含温度、pH 值、压力和电阻在内的传感功能。这些功能的集成不仅能大幅拓展 e-GLUE 的应用范围，还能实现更加自动化的操作，为个性化医疗提供全新的技术支持。

再次，他们也将开展更大规模的长期动物实验，重点验证 e-GLUE 多功能设备在实际胃肠道环境中的安全性和稳定性。这些实验结果将为后续的临床研究提供更加可靠的数据支持。

最后，他们计划与消化科医生密切合作，开展小规模的临床前研究，探索 e-GLUE 技术在多种慢性胃肠道疾病中的潜在应用，包括胃蠕动缓慢、慢性肠胃道出血以及炎症性肠病的诊断和治疗。这些尝试将为最终的临床转化奠定重要基础。

通过这些方向的持续努力，他们希望进一步推动 e-GLUE 技术从实验室走向实际应用，最终为胃肠道疾病的检测和治疗带来革命性的变革。

应斌斌补充称，e-GLUE 作为一项具有前沿性的基础材料技术，其应用价值远不止于胃肠道领域。它在其他具有黏膜表面的组织中同样展现出巨大的潜力。例如，在呼吸系统、泌尿系统以及生殖系统中，e-GLUE 的卓越黏附能力可用于开发集成传感器、药物缓释设备等智能化工具，从而实现对相关疾病的精准诊断与智能化管理。

展望未来，他们相信 e-GLUE 技术将为跨学科研究带来新的契机。通过与呼吸疾病专家、泌尿科医生、生殖医学研究者及其他领域的科学家合作，他们希望进一步挖掘和扩展这项技术的潜能，推动其在更多医学和工程应用中的创新性突破，最终实现其在多个领域中的广泛转化与价值最大化。

参考资料：

1.https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adq1975

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