消化道測壓可反映消化道動力性疾病的生理病理改變情況，準確反映消化道腔內基礎壓力及其壓力變化的頻率、幅度、動力指數等，對胃腸運動功能疾病的診治有較高的價值。目前，胃腸道測壓往往依賴昂貴復雜的壓力傳感系統。

為了構建低成本、便攜的胃腸道測壓系統，來自麻省理工學院的研究人員利用奇普繩結原理對填充液態金屬的硅膠管打結，通過優化繩結的結構和制備工藝，液態金屬奇普繩結的壓力傳感性能可以媲美商品化的胃腸道傳感器，并且具有低成本（每厘米僅為$0.26）、易于制備等優點。相關研究成果以“Low-cost gastrointestinal manometry via silicone–liquid-metal pressure transducers resembling a quipu”為題，發表于Nature Biomedical Engineering期刊。

奇普（Quipu）繩結是世界六大古文明之一的安第斯文明中用來記錄信息的一種形式，它利用繩子的顏色、繩結結構和分布來記錄信息。研究人員發現，對填充液態金屬的硅膠管進行打結后，可以顯著增強繩結處的壓力靈敏度。可能的原因是，對繩結處施加壓力時，由于剪切應力導致導管橫截面的縱橫比增加，使其在相同載荷條件下比未打結的情況下對變形更敏感。其次，類似于串聯彈簧，由于打結折疊并堆疊到自身上的每個導管層都經歷了垂直于堆疊平面的相同外部壓力分量，從而導致有效總壓力的放大。這種設計在一定程度上賦予了液態金屬導管對壓力刺激空間分辨的能力。這種將古文明儲存信息的方式用于調控液態金屬壓力傳感器靈敏度的做法非常巧妙。

圖1 液態金屬奇普繩結的制備、不同繩結結構對傳感性能的影響以及在不同使用場景下的穩定性評價。

圖2 利用壓力反饋精確控制打結過程，并利用紫外固化膠水對繩結結構定型，從而提高液態金屬奇普繩結的傳感性能，并結合仿真模擬分析繩結傳感特性。

圖3 通過對通道數量和繩結數目的優化組合來提升傳感器的空間分辨能力。

圖4 利用多通道液態金屬奇普繩結評估人造食物通過過程中的食道壓力以及直腸抑制反射期間的直腸壓力。

圖5 液態金屬奇普繩結傳感器和商品化的胃腸壓力傳感器（EndoFLIP）以及金標準（High-resolution manometry）的對比結果。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41551-022-00859-5

審核編輯 ：李倩