▲新加坡国立大学化学系刘小钢教授(左)和侯波博士是研发新型剂量计胶囊团队的主要成员。

胃癌是世界上最常见的癌症之一。来自新加坡国立大学的科研人员的一项新发明可以通过提高放射治疗的精度，以实现高灵敏原位的辐射剂量检测，进而提高胃癌的治疗效果。在胃癌的治疗中，放射治疗通常与手术、化疗或免疫治疗等治疗方案结合使用。

该项突破性的技术成果已于2023年4月13日在科学杂志《Nature Biomedical Engineering》上发表。

体内临床剂量计，如金属氧化物半导体场效应晶体管、X射线激发薄膜，通常直接放置在患者皮肤上，以估算目标区域吸收的剂量。虽然这种工具已被用于癌症的治疗与验证中，但同时，也面临着价格高昂、测量精度不足等问题。因此，研发一种价格低廉的可吞咽传感器便尤为关键，以便在胃肠道放射治疗期间同时跟踪生化指标和X射线剂量。

▲胶囊尺寸为18毫米 × 7毫米，是许多补充剂和药品的常见尺寸。

为了克服目前癌症治疗中面临的局限性，刘小钢教授研发了一种可吞咽的X射线剂量计胶囊，能够在放射治疗期间实时监测胃肠道中的辐射剂量，以及pH值与温度的变化情况。该胶囊的核心部分包括一根柔性光纤，内嵌纳米闪烁体，在有辐射的情况下会发光；一层用以监测局部pH变化的薄膜；一个用于动态胃液采样，且具有多个入口的流体模块；两个用于剂量和pH值测量的传感器；一个用于处理光电信号，能够将监测数据传输至应用程序的微控制器电路板；一个按钮大小的氧化银电池。

▲剂量计胶囊的组成部分。(图片来源：《Nature Biomedical Engineering》，2023)

与此同时，流体模块可以收集胃液，再搭配上能够根据pH值改变颜色的薄膜进行pH值检测，这种颜色变化由胶囊内的第二个传感器所捕捉。此外，这两个传感器还能够检测温度变化，从而捕获并显现放射治疗的任何负面反应，如过敏症状。

来自两个传感器的光电信号由微型控制器处理，该处理器通过蓝牙和天线技术，将信息发送到手机应用程序。手机应用程序使用基于神经网络的回归模型处理原始数据，以显示诸如放射治疗的剂量、以及放射治疗过程中pH值和温度变化等信息。

该剂量计胶囊长18毫米，宽7毫米，是许多补充剂和药品的常见尺寸，生产成本为50新元。目前，该胶囊被设计用于实施监测胃肠道放疗期间的辐射剂量，也可以用于监测不同恶性肿瘤的治疗，并进一步定制胶囊的大小。例如，更小的胶囊尺寸可以使其放置在直肠中进行前列腺癌近距离治疗；或放置在上鼻腔中，用于实时测量鼻咽部或脑部肿瘤的吸收剂量，从而最大限度地减少对周围结构的辐射损伤。

研究团队正在助力这一创新疗法从实验室走向临床应用，进一步的研究包括：在摄取后准确识别胶囊的位置和形态；研发一个强大的定位系统，以将胶囊固定在预期的靶点位置；开展更为精确的校准工作，以确保可吞咽剂量计的安全和有效临床使用。