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一、炎症性肠病与现有诊断困境
炎症性肠病（IBD），像克罗恩病和溃疡性结肠炎，肠道会发炎，黏膜通透性增加，出现“肠漏”。
现有诊断工具，比如内窥镜，能看肠道组织但没法测肠漏和亚临床炎症。实验室常用跨上皮电阻（TEER）评估黏膜屏障完整性，可这方法没法在体内用。还有分子探针测肠道通透性，但不精准也不能定位。所以急需能局部监测上皮通透性的工具。
二、可摄入生物阻抗传感设备登场
可摄入设备是新兴选择，能在肠道不易到达的地方持续监测。生物阻抗传感类似TEER，能测组织电导率和细胞旁离子通透性。发炎时，肠道黏膜紧密连接蛋白变化，离子通透性增强，组织阻抗降低。不过之前生物阻抗在可摄入设备上应用少，还有传感器集成、测量噪音、肠道环境等难题。
三、电路设计与胶囊运作
电路在定制的柔性印刷电路板上，有电化学模拟前端（AD5941）产生激励信号和测阻抗，蓝牙低功耗微控制器（BGM13S）和天线负责数据处理与无线传输。用手机APP每秒接收两次数据，能无线控制测量参数。
电池选锂-二氧化锰电池，续航29小时，装在3D打印的胶囊里，尺寸合适。AD5941能在100Hz-200kHz测阻抗，误差小，优化后测量频率在10kHz-100kHz。
四、PEDOT:PSS涂层传感器设计
传感器用四探针电极阵列，能减少阻抗影响、提高灵敏度。通过有限元模型优化电极尺寸和间距，让它更关注黏膜阻抗。传感器有铬、金电极，用聚对二甲苯C绝缘，再涂PEDOT:PSS导电聚合物。电沉积时，电极电压变化，膜形成后颜色会变。涂了PEDOT:PSS的电极电荷转移能力大幅提升。
五、传感器性能大考验
在溶液里，PEDOT:PSS涂层传感器对离子超敏感，能区分低浓度离子，频率响应也很稳定。但它在离子环境里不太稳定，不过在10.5kHz频率下，阻抗随时间变化小，能满足长时间测量。
在猪小肠组织上测试，涂了PEDOT:PSS的传感器能区分正常和离子通透组织，减少测量误差。把它装到胶囊里，在模拟肠道蠕动的实验中，能通过LED反馈判断组织状态。
六、动物实验验证实力
在小鼠结肠组织上做实验，用EDTA诱导紧密连接扩张。通过Ussingchamber测TEER，确认EDTA能改变黏膜阻抗。
用传感器在不同频率测，10kHz时，EDTA浓度增加，阻抗降低，和Ussingchamber结果相符。用集成胶囊设备无线测量，结果也能区分健康和渗漏的结肠组织。
七、未来展望
这个生物阻抗传感胶囊能无线读出肠道组织阻抗，诊断“肠漏”有重大进展。但要用于临床还得做很多研究，比如确定不同肠道组织的基线阻抗，集成pH传感器定位，在不同动物模型测试等。未来还打算把它和其他系统集成，实现反馈干预。
八、一起来做做题吧
1、关于炎症性肠病（IBD）与现有诊断工具，下列说法正确的是？
A. 内窥镜可直接测量肠道黏膜的 “肠漏” 情况
B. 现有设备能明确表征食管以外区域黏膜屏障功能障碍的进展
C. 用分子探针测量肠道通透性可以精准定位受损上皮组织
D. 目前缺乏能局部监测与上皮通透性相关组织特性的工具
2、关于可摄入生物阻抗传感设备，下列说法错误的是？
A. 它可以作为一种非侵入性的手段替代 TEER 电极用于细胞培养
B. 此前生物阻抗仅在食管胃十二指肠镜检查中应用
C. 该设备能连续、非侵入性测量肠道黏膜的 “渗漏” 情况
D. 目前已有很多可摄入设备广泛应用于监测胃肠道黏膜屏障完整性
3、在可摄入生物阻抗传感设备的电子电路设计与胶囊运作方面，以下说法正确的是？
A. 该设备使用的电池是银 - 氧化物电池
B. 数据通过蓝牙传输，每秒接收一次数据
C. AD5941 可在 100Hz - 200kHz 频率范围内进行电化学阻抗谱测量
D. 设备的测量频率在 1kHz 以下效果最佳
4、有关 PEDOT:PSS 涂层生物阻抗传感器的设计，正确的是？
A. 采用两探针电极阵列来提高测量灵敏度
B. 电极宽度 W 为 1mm，电压 - 传感电极距离 D 为 500μm
C. PEDOT:PSS 涂层是通过化学气相沉积法涂覆的
D. 该涂层可以降低界面阻抗，增强电荷转移能力
5、在对 PEDOT:PSS 涂层生物阻抗传感器的表征及实验验证中，下列结论错误的是？
A. PEDOT:PSS 涂层传感器在低频率下对离子浓度变化更敏感
B. 在猪小肠组织实验中，PEDOT:PSS 涂层传感器能有效区分不同组织
C. 对小鼠结肠组织实验时，随着 EDTA 浓度增加，阻抗减小
D. 集成胶囊设备能无线报告生物阻抗变化，区分健康和渗漏的结肠组织
参考文献：
Holt, B.M., et al. An ingestible bioimpedance sensing device for wireless monitoring of epithelial barriers. Microsyst Nanoeng 11, 24 (2025).
