可吞服式活性氧响应型比色生物传感器PRIM：一种低成本无创监测肠道炎症的革新性解决方案

（编辑推荐）本研究开发了一种革命性的可吞服生物传感器PRIM，通过活性氧（ROS）响应性聚合物触发染料释放，实现肠道炎症的无创监测。该设备在结肠炎大鼠模型中表现出78%的灵敏度和72%特异性，其简化的比色读数机制消除了粪便样本处理需求，为炎症性肠病（IBD）患者提供了一种低成本、用户友好的监测方案。

　　

研究背景
炎症性肠病（IBD）全球影响超700万患者，现有监测技术如结肠镜和粪便钙卫蛋白检测存在侵入性强、患者依从性差等问题。活性氧（ROS）作为炎症关键生物标志物，在IBD患者肠道中浓度可升高10-100倍，但其半衰期短（H₂O₂约0.31分钟），传统检测方法难以捕捉。

材料创新
研究团队设计出PRIM（活性氧响应炎症监测药丸），核心是苯硼酸酯修饰的葡聚糖聚合物。该材料在健康条件下保持稳定（水溶性<10%），而在10-50 mM H₂O₂环境中24小时内降解。通过添加44% w/w乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）增塑剂，聚合物机械性能显著改善，细胞毒性实验显示浓度≥0.06 mg/mL时细胞存活率>80%。

设备设计
PRIM采用00号胶囊尺寸（长23mm），包含3D打印外壳、O型圈密封结构和含0.55mL亮蓝FCF染料的腔室。创新性的阈值释放机制确保：

• 健康状态（<1 mM H₂O₂）：72小时内零释放
• 炎症状态（50 mM H₂O₂）：48小时内100%释放
  网状盖设计变体使释放时间缩短至8小时，更适应IBD患者胃肠转运时间（中位数44.5小时）。

动物验证
在DSS诱导的结肠炎大鼠模型中，微型化PRIM（7mm）表现出：

• 特异性：健康大鼠28%假阳性率（5/18）
• 灵敏度：炎症大鼠78%真阳性率（14/18）
• 重复测试可将特异性提升至100%（三次连续阳性）
  蓝色粪便持续24-48小时，染料可扩散至马桶水中增强可视性。与甜菜红素共服实验证实颜色识别不受饮食干扰。

临床价值
相比现有技术，PRIM具有显著优势：

1. 成本：预估单价0.38美元，远低于粪便钙卫蛋白检测（89%灵敏度/79%特异性）
2. 便捷性：无需实验室分析，患者依从性提升50%
3. 安全性：使用FDA批准的食品级染料亮蓝FCF

研究展望
未来需在慢性IBD模型（如IL-2^?/?）中验证，并优化聚合物涂层厚度/增塑剂比例以检测轻度炎症。大规模生产时需解决ATBC增塑剂的长期稳定性问题，预计通过自动化组装可提升设备一致性。

这项突破性技术将改写IBD管理范式，使频繁炎症监测成为可能，推动"达标治疗"策略的实施，最终降低50%的IBD相关住院率。