東北大學創新戰略推進中心的中村力特任教授、微系統融合研究開發中心的宮口裕助手、工學研究科的吉田慎哉特任準教授等研究團隊，開發出透過胃酸發電來獲得能量續航的藥片大小的「吞入型體溫計」，並透過模式動物成功進行了概念驗證（圖1）[1]。該成果已在3月中旬舉辦的美國電氣電子工程師學會(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)首屆全球生命科學技術大會上發表[文獻1]。
圖1 吞入型體溫計與一日元實物大小比較
正常體溫在一天中呈規律性波動，由位於下視丘前部的體溫調節中樞控制。下視丘體溫調節中樞透過肌肉和肝臟代謝產熱和皮膚、肺、排泄器官熱放射保持平衡。在正常情況下，人體能夠維持相當穩定的體溫。人體近日節律和體溫日常波動調節的研究也越來越受關注。一般認爲，基礎體溫的變化與抑鬱、睡眠障礙、排卵週期紊亂等緊稠相關，是瞭解健康狀況的一項重要生理指標。
基礎體溫是指靜息狀態下的核心體溫（深部體溫），如果利用一般的體溫計做外周監測(鼓膜、顳動脈、腋窩和口腔測溫)受環境溫度和與皮膚接觸狀態等影響而導致準確性低、誤差大；透過活體內監測(肺動脈導管、膀胱、食管和直腸測溫)雖準確度提高，但操作困難、實用性差，難以用作日常監測。
本次開發的利用胃酸發電來測定腸内深部體溫的片劑型體溫計，採用直徑9毫米、厚7毫米的圓柱體設計，除了鎂和鉑金屬片電極外全部用樹脂包覆（圖2）。樹脂内部裝載了溫度變能器、微型處理器、定製積體電路、通訊線圈、多層陶瓷電容(MLCC)等部件。該體溫計並未使用有毒的水銀電池作能量源，所以具備較高安全。而且體積較小，不會長期滯留活體內可自然排除體外。進入活體內後可對與真實基礎體溫和生物鐘等進行即時監測，結合相應分析手段進而可實施健康管理和疾病早期診斷等。
圖2 吞入型體溫計設計圖解
和中學的自然課實驗裏往酸檸檬等插入電極發電一個原理，當吞下的體溫計經過胃時，胃酸充當了電解液。電極與胃酸接觸，產生的能量驅動升壓電路，以高壓對電容充電。充電後的體溫計測定腸内實際溫度，發送資料給體外的接收器。
睡前吞下體溫計，半小時一回的頻率進行測定深部基礎體溫和發送資料(圖3)。資料傳輸採用人體吸收極低的10兆赫茲頻帶近場磁感應方式。通常24小時以内排出體外的體溫計，從污水處理廠的沉澱中進行回收和後續廢棄物處理以防止潛在環境污染。
圖3 應用場景示例
在此次狗的實驗中，發電、體溫測定、資料發送和接受等系統功能都驗證可行，並且第二天體溫計被自然排出體外（圖4）。透過市場上買到的普通環形天線，在半米開外都可以順利收到體溫計傳出的訊號。
圖4 動物適應實驗（a）和CT影像圖片（b）
爲了將來作爲家庭常備醫用品，研究團隊儘量將成本控制在100日元（現摺合人民幣約6元）以内。前不久由英國泰晤士高等教育（Times Higher Education）發佈的2019 THE世界大學排名日本版中，東北大學綜合排名第三（同2018年），緊隨京都大學和東京大學之後。
供稿 宋傑 東京大學博士
編輯修改 JST客觀日本編輯部
參考文獻：
1 Shinya Yoshida, Hiroshi Miyaguchi and Tsutomu Nakamura, Proof of Concept for Tablet-Shaped Ingestible Core-Body Thermometer with Gastric Acid Battery, 2019 IEEE 1st Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech)
相關鏈結：
1.可飲用型體溫計透過動物實驗
