Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een ultrakleine inslikbare sensor ontwikkeld die de kerntemperatuur van het lichaam continu kan meten vanuit het maag-darmkanaal. De technologie zou in de toekomst kunnen bijdragen aan vroegtijdige detectie van infecties, nauwkeurigere monitoring van patiënten tijdens operaties en nieuwe toepassingen in de thuissituatie.
Volgens de onderzoekers biedt de nieuwe sensor een belangrijk voordeel ten opzichte van traditionele thermometers. Metingen via het voorhoofd of in de mond geven namelijk niet altijd een betrouwbaar beeld van de werkelijke lichaamstemperatuur. Kerntemperatuurmetingen vanuit het lichaam zelf kunnen een nauwkeuriger inzicht geven in gezondheidsveranderingen, zoals het ontstaan van koorts of onderkoeling.
Formaat van een besje
De nieuwe sensor heeft ongeveer het formaat van een blauwe bes: slechts zes millimeter in doorsnee en vier millimeter hoog. Daarmee is hij aanzienlijk kleiner dan bestaande oraal inneembare temperatuursensoren, die vaak de grootte van een multivitamine hebben. Volgens de ontwikkelaars is die miniaturisatie niet alleen een technisch hoogstandje, maar vooral een belangrijke veiligheidsverbetering. Grotere capsules zijn moeilijker door te slikken en kunnen in zeldzame gevallen verstoppingen in het maag-darmkanaal veroorzaken.
Om het formaat drastisch te verkleinen, ontwikkelde het MIT-team vrijwel alle onderdelen opnieuw. De temperatuursensor zelf werd geïntegreerd op een siliciumchip van slechts één vierkante millimeter. Daarnaast werd een extreem energiezuinig circuit ontworpen dat temperatuurveranderingen kan detecteren met een nauwkeurigheid van 0,01 graden Celsius.
Door het lage energieverbruik kon ook de batterij aanzienlijk kleiner worden gemaakt. Het resultaat is een capsule die continu temperatuurmetingen kan uitvoeren zonder de omvang van bestaande systemen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Electronics.
Slimme draadloze communicatie
Een van de grootste uitdagingen bij miniaturisatie van medische sensoren is de communicatie met externe apparatuur. Traditionele draadloze systemen verbruiken relatief veel energie, waardoor grotere batterijen nodig zijn. De MIT-onderzoekers kozen daarom voor een techniek die bekendstaat als ‘backscattering’. Daarbij wordt een radiosignaal van een externe antenne buiten het lichaam gebruikt. De capsule past dit signaal subtiel aan en stuurt het terug, waarna de temperatuur kan worden berekend.
Dankzij deze aanpak hoeft de sensor zelf nauwelijks energie te gebruiken. De capsule verstuurt elke seconde een temperatuurmeting naar een ontvanger die zich binnen 30 tot 60 centimeter van het lichaam bevindt. In dierproeven bleek het systeem zowel bij bewegende als onder narcose gebrachte dieren nauwkeurige temperatuurgegevens te leveren.
In ziekenhuis en thuis
De onderzoekers zien uiteenlopende toepassingen voor de technologie. In ziekenhuizen zou de sensor kunnen worden ingezet voor het monitoren van patiënten tijdens en na operaties. Tijdens anesthesie raakt de natuurlijke temperatuurregulatie van het lichaam vaak verstoord, waardoor risico’s op onderkoeling ontstaan.
Ook voor patiënten met een verhoogd infectierisico, bijvoorbeeld door chemotherapie of immunosuppressieve medicatie, kan continue monitoring van de kerntemperatuur waardevolle informatie opleveren. Een stijgende temperatuur kan een van de eerste signalen zijn van een infectie.
Daarnaast zien de onderzoekers mogelijkheden voor thuismonitoring van koorts bij kinderen, vruchtbaarheidsmonitoring via ovulatiemetingen en het bewaken van sporters, militairen of andere mensen die worden blootgesteld aan extreme temperaturen.
Intern monitoringsysteem
Het onderzoeksteam werkt inmiddels aan een volgende generatie sensoren die naast temperatuur ook andere vitale functies kunnen meten, zoals hartslag. Door meerdere sensoren in één capsule te combineren, ontstaat mogelijk een nieuw platform voor continue gezondheidsmonitoring vanuit het lichaam zelf. Klinische studies bij mensen worden naar verwachting de komende jaren voorbereid. Pas daarna zal duidelijk worden of de technologie daadwerkelijk geschikt is voor brede toepassing in de zorg.
De onderzoekers zijn echter optimistisch. Door nauwkeurige metingen rechtstreeks vanuit het lichaam te combineren met een minimaal invasieve vormfactor, zou de capsule een nieuwe stap kunnen betekenen in de ontwikkeling van draagbare en inslikbare medische sensortechnologie. Daarmee komt continue monitoring van vitale functies buiten het ziekenhuis mogelijk een stuk dichterbij.
Inslikbare robotpil
Enkele weken geleden berichtten wij over een Nederlandse inslikbare innovatie. Onderzoekers van het TechMed Centrum van de Universiteit Twente ontwikkelden namelijk de SeroTab. Dit is een innovatieve, inslikbare robotische minipil die in de maag zowel de zuurgraad (pH) kan meten als maagvocht kan verzamelen voor laboratoriumanalyse. De technologie is bedoeld als minder belastend alternatief voor diagnostische onderzoeken zoals endoscopie en kan bijdragen aan snellere triage en vroegere opsporing van maag-darmziekten.
SeroTab bevat geen elektronica, maar combineert zachte robotica, magnetische besturing, slimme materialen en echografie. Met een externe magneet kan de tablet actief naar specifieke locaties in de maag worden gestuurd. Een pH-gevoelige hydrogel maakt realtime meting van de zuurgraad mogelijk, terwijl een speciaal shape memory-polymeer maagvocht opzuigt in een intern reservoir. Dankzij deze combinatie van lokale metingen en monstername kan de tablet waardevolle diagnostische informatie verzamelen zonder invasieve procedures.
