胃肠道电生理学（GIE）的发展历程从早期的基础研究逐步演变为先进的诊断工具，不仅展示了其变革的潜力，同时也揭示了面临的多种挑战。尽管在电生理记录方面已取得显著进展，但GIE技术的临床应用仍然有限。随着微型化、无线化和智能设备的发展，GIE有望弥合研究与临床实践之间的鸿沟。无创穿戴式设备和电子胶囊提供了更安全的监测方式，而内窥式技术则在数据处理和分辨率方面具有优势。
2024年6月，国际高水平综述期刊Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology (IF=65.1)在线发表了浙江大学化学系胡宁研究员团队的评述论文“Next generation of gastrointestinal electrophysiology devices”。浙江大学胡宁研究员与帝国理工学院赵云龙教授为本论文的通讯作者，浙江大学医学院附属儿童医院刘海涛研究员为第一作者，浙江大学医学院附属儿童医院副院长、腔镜中心主任高志刚对论文内容给予重要的临床指导。
胃肠道电生理学发展与挑战
GIE作为一种诊断工具，包含设备部署、信号捕获和数据分析等程序，主要关注揭示胃肠道内特定疾病相关的时空电模式。例如，穿戴式（体表）胃电图显示，患有慢性恶心和呕吐的患者在餐后反应减弱并出现节律紊乱，确立了GIE作为一种无创、定性诊断工具的地位。相比内窥式和可穿戴设备，可吞服的电子胶囊由于其口服给药途径具有独特优势。这种方式提高了患者依从性，简化了检查过程，允许长时间连续监测，并且能够到达有线胃镜难以到达的胃肠道远端区域。开发GIE设备的主要技术挑战包括确保稳定的电源供应、提高传感器灵敏度、简化有效数据提取以及保持集成系统的安全性，这对于成功开发和部署先进的GIE设备至关重要。
电子胶囊的功能性关键在于其电源，研究正在探索微型电池技术和利用胃肠道自然化学反应来供电的创新方法，这可能带来更紧凑和高效的胶囊。此外，电子胶囊依赖于复杂的电路进行无线电生理数据采集，需要集成放大器、滤波器、模数转换器和通信模块。未来在身体深处电源供应方面的进展令人期待，包括微型电池技术或生物能量收集的潜在突破。选择能够通过组织传输的无线数据传输方法也是至关重要的，未来的发展预计会优化这些传输技术，使电子胶囊能够与外部监测设备无缝集成，实现高效的实时数据分析和患者监测。
相比于胶囊式，无创穿戴式GIE提供了一种更安全、更舒适的持续健康监测选项，成为高分辨率电图和长期患者护理的吸引人替代方案。相比而言，内窥式技术更加侵入，但它们在更高时空分辨率的电图记录和数据处理方面提供了更大的灵活性，能够无缝集成传统的胃镜。GIE数据解释的复杂性是临床转化的显著障碍，人工智能提供了一条有希望的途径来解决这些挑战。
此外，开发GIE设备也需要考虑环境和伦理问题，以实现可持续和负责任的医疗创新。使用可生物降解材料和从人体过程中的能量收集提供了环保解决方案，然而，管理这些设备的生命周期提出了挑战，必须谨慎解决伦理问题，确保设备负责任地开发和部署，优先考虑患者安全和数据准确性。
作者简介：
胡宁研究员，现为浙江大学化学系“百人计划”研究员，博士生导师、浙江大学杭州国际科创中心“百人计划”研究员、浙江大学医学院附属儿童医院研究员、国家儿童健康与疾病临床医学研究中心研究员，《浙江大学学报（英文版）A辑》青年编委。博士及学士毕业于浙江大学生物医学工程专业，后前往哈佛大学、麻省理工学院、塔夫茨大学开展博士后研究工作。十余年来专注于生物医学传感与纳米科学技术交叉学科领域，自主研制并开发了多种生物医学传感检测技术、微纳生物医学传感器件以及多功能一体化传感系统；同时坚持以探索微纳生物医学传感研究与技术的创新、突破技术与仪器的瓶颈、打破国外技术与产品的垄断为目标，系统性地发展了生物医学传感核心的生物模型、试剂、器件、技术与系统。目前，共主持国家级、省部级、企事业横向项目等30多项，参与国家自然科学基金委、国家海洋局等科研仪器研制类项目10多项。相关成果以通讯作者在国际知名期刊Nano Letters (IF=10.8)、Biosensors and Bioelectronics (IF=12.6)、ACS Nano (IF=17.1)、Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology (IF=65.1)、Nano-Micro Letters (IF=26.6)、Advanced Functional Materials (IF=19.0)、Research (IF=11.0)、Small (IF=13.3)等共发表SCI论文70多篇；授权发明专利20多项，转让4项；基于生物医学传感技术的研究成果撰写中英文著作5部；有关生物医学传感技术的研究与应用成果分别获得教育部技术发明二等奖与自然科学二等奖，并担任多个SCI期刊的副主编或编委，入选全球前2%顶尖科学家榜单。
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