在醫院或家庭環境中，體溫通常通過口腔或額頭溫度計來測量，但這些方式並不總能準確反映人體核心溫度。從體內直接測量核心體溫，有助於更準確地判斷患者是否患病，以及是否存在發生危險性高燒的風險。
為了讓核心體溫的測量更加便捷可行，MIT工程師團隊研發出一種可吞服傳感器，能夠從消化道內持續發送實時溫度數據。
該傳感器外形酷似一顆迷你藍莓，直徑僅6毫米，高度4毫米。相比現有的可吞服溫度傳感器，體積大幅縮小，吞咽難度更低，也有效降低了堵塞消化道的潛在風險。
"這類傳感器賦予了我們監測感染並早期發現的能力，"MIT機械工程副教授、布萊根婦女醫院胃腸病學家、MIT與哈佛大學布羅德研究所副研究員Giovanni Traverso表示，"這對於高風險人群尤為重要，例如因化療或免疫抑制藥物導致免疫力低下的患者。"
可吞服傳感器還有望在生育監測中實現更精準的體溫追蹤，以及對麻醉期間患者進行持續監護。
Traverso與MIT教務長、電氣工程與電腦科學系Vannevar Bush講席教授Anantha Chandrakasan共同擔任本研究的通訊作者。MIT博士後研究員Saransh Sharma為論文第一作者，相關成果已發表於《自然·電子學》期刊。
可吞服電子器件
近年來，少數可吞服溫度傳感器已實現商業化，但大多數體積與複合維生素相當甚至更大，吞咽難度較高，且存在堵塞消化道的風險。
這些膠囊體積偏大，主要源於其內部複雜的電路設計，需要消耗大量電能，因此需要配備較大的板載電池，而電池往往占據了膠囊體積的大部分。
MIT團隊的目標是在保證溫度測量精度的同時，大幅縮減傳感器的整體尺寸。
"尺寸縮小是出於安全考量，"Traverso說，"我們希望設備小到足以將任何堵塞或梗阻的風險降至最低，同時也便於吞服。"
為了實現設備的小型化，研究人員著手縮減所有核心部件的尺寸，包括溫度感測電路、數據傳輸天線以及電池。
在電路設計上，團隊自主研發了一款定製化電路，可集成在面積僅為1平方毫米的矽晶片上。為降低晶片功耗，研究人員設計了一種基於漏電流的振盪器——漏電流是電路關閉時仍流過的微小電流，其頻率隨晶片周圍溫度的變化而改變。
該電路的溫度檢測精度可達0.01攝氏度，功耗極低，約為10納瓦，因此可使用直徑4.8毫米、厚約1.6毫米的1.55伏紐扣電池供電。
新設計進一步通過反向散射通信
技術降低能耗。該方案將大部分功耗需求轉移至體外天線，體外天線位於體外，距傳感器約30至60厘米。體外天線發射超高頻無線電波，傳感器內部的微型天線對其進行調製後反射回去，體外天線通過解析無線電波的變化，即可計算出對應的溫度值。
"我們將矽晶片、電池和天線等各個部件整合在一起，製成了可吞服膠囊，這是目前我們所見過的溫度感測領域中最小的可吞服膠囊，"Sharma表示。
內部天線每秒發送一次溫度讀數，實現對體溫的連續監測。
微型體溫計的多元應用
研究人員設想，這類傳感器在多種場景中均具有廣泛應用價值，包括感染監測以及麻醉期間和術後的患者監護。麻醉會干擾人體正常的體溫調節機制，使患者面臨低體溫症的風險。
該設備還可用於家庭場景，例如監測兒童發燒，或將核心體溫作為排卵標誌用於生育追蹤。此外，對於運動員、士兵及其他可能暴露於極端溫度環境中的人群，該設備同樣具有實用價值。
為探索上述應用潛力，研究人員對麻醉狀態下的動物進行了傳感器測試，證實其能夠準確檢測並傳輸溫度資訊。研究人員還從處於清醒狀態、自由活動的動物身上獲取了準確的溫度讀數。
目前，研究團隊正致力於將溫度傳感器與其他傳感器結合，以實現對心率等生命體徵的綜合監測，並計劃在未來數年內啟動相關臨床試驗。
Traverso認為，一旦在高風險場景中得到驗證，這類傳感器有望被需要監測體溫的任何人群廣泛採用。
"我認為它有可能取代所有溫度計，因為這是最準確的體溫測量方式，"他說，"如果我們擁有易於吞服、且能提供遠優於現有方式的精準數據的微型系統，我相信它能在許多方面發揮重要作用。"
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。
本研究由美國第711人體性能聯隊、國防高級研究計劃局（DARPA）及健康高級研究計劃局（ARPA-H）資助。ARPA-H特別指出，本文所包含的觀點與結論均屬作者本人，不代表美國政府的官方政策立場。
Q&A
Q1：MIT研發的可吞服溫度傳感器有多小？為什麼要做這么小？
A：該傳感器直徑僅6毫米，高度4毫米，外形類似一顆小藍莓，是目前已知最小的可吞服溫度感測膠囊。設計這么小主要是出於安全考慮，體積越小，堵塞或梗阻消化道的風險就越低，同時也更容易吞服。相比現有商業化產品（通常與複合維生素大小相當），這款傳感器在安全性和便利性上都有顯著提升。
Q2：這款傳感器是怎麼傳輸體溫數據的？需要充電嗎？
A：傳感器採用"反向散射"通信技術，由體外天線發射超高頻無線電波，傳感器內部的微型天線對信號進行調製後反射回去，體外天線通過解析信號變化來獲取溫度值。由於功耗極低（約10納瓦），傳感器使用一顆直徑4.8毫米的紐扣電池供電，無需充電，每秒可發送一次溫度讀數，實現持續監測。
Q3：可吞服溫度傳感器適合哪些人群使用？
A：該傳感器適用範圍較廣，包括：因化療或免疫抑制藥物導致免疫力低下、需要早期監測感染的患者；麻醉手術期間需要持續監控體溫的患者；需要追蹤排卵期的女性；以及發燒兒童的家庭監測。此外，運動員、士兵等長期處於極端溫度環境中的人群也是潛在受益者。研究團隊計劃在未來幾年內啟動臨床試驗。
