Sensor temperatury – nowa technologia monitorowania organizmu od środka
Naukowcy stworzyli urządzenie wielkości 6 milimetrów
Połykany sensor temperatury ma zaledwie kilka milimetrów
Jak działa miniaturowy termometr wewnątrz organizmu?
Sensor przetestowano w żołądku i jelicie
Nie tylko gorączka. Sensor może wykrywać zmiany przepływu krwi
Co może zmienić taka technologia?
Naukowcy stworzyli urządzenie wielkości 6 milimetrów
Połykany sensor temperatury może w przyszłości pozwolić na ciągłe monitorowanie temperatury głębokiej organizmu bez konieczności stosowania klasycznych sond. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stworzyli urządzenie o średnicy zaledwie 6 milimetrów i wysokości 4 milimetrów. Sensor przesyła dane bezprzewodowo i może pracować wewnątrz przewodu pokarmowego. Na razie technologię przetestowano jednak wyłącznie w badaniach przedklinicznych na świniach.
Temperatura ciała należy do podstawowych parametrów wykorzystywanych w medycynie. Problem zaczyna się wtedy, gdy potrzebny jest nie pojedynczy pomiar, lecz informacja o tym, jak temperatura organizmu zmienia się w czasie i jak szybko reaguje na określone zdarzenia.
Pomiar wykonany na czole, w uchu czy w jamie ustnej nie zawsze odpowiada temperaturze głębokiej organizmu. Z kolei dokładniejsze metody monitorowania temperatury mogą wymagać sond pozostających wewnątrz ciała, przewodów albo bardziej rozbudowanej aparatury.
Naukowcy z MIT zaproponowali inne rozwiązanie. Ich połykany sensor temperatury ma działać wewnątrz przewodu pokarmowego, a następnie bezprzewodowo przekazywać informacje o temperaturze. Wyniki badań opublikowano 15 czerwca 2026 roku w czasopiśmie Nature Electronics.
Połykany sensor temperatury ma zaledwie kilka milimetrów
Największym wyzwaniem nie było samo stworzenie termometru. Problem stanowiło jego zmieszczenie w bardzo małej obudowie.
Opracowany przez badaczy system, oznaczony jako MITS, ma 6 milimetrów średnicy i 4 milimetry wysokości. Dla porównania wcześniejsze połykane sensory temperatury opisywane w publikacji miały zazwyczaj około 15–27 milimetrów długości i 7–11 milimetrów średnicy. Ich większe rozmiary wiązały się między innymi z wymaganiami dotyczącymi zasilania, elektroniki i transmisji danych.
Miniaturyzacja ma tutaj znaczenie praktyczne. Im większy sensor pozostający w przewodzie pokarmowym, tym większe mogą być problemy z jego połknięciem oraz ryzyko zatrzymania urządzenia. Autorzy badania wykorzystali jako punkt odniesienia wymiary stosowane w doustnych systemach o kontrolowanym uwalnianiu leków, dla których przyjęto granicę do 15 milimetrów długości i 9 milimetrów średnicy. Nowy sensor jest od tych wartości znacznie mniejszy.
Konstrukcja przypomina niewielką, gładką kulkę. Badacze zastosowali obudowę o kształcie ułatwiającym przemieszczanie się urządzenia przez przewód pokarmowy. Elektronikę zabezpieczono przed działaniem środowiska żołądkowego i jelitowego za pomocą materiałów przeznaczonych do kontaktu z organizmem.
W środku znalazły się trzy kluczowe elementy: układ pomiarowy, antena oraz bateria.
Najmniejszym z nich jest układ scalony. Ma zaledwie 1 na 1 milimetr, a mimo to odpowiada za pomiar temperatury. Do tego dochodzi antena o wymiarach około 5 na 5 milimetrów oraz bateria ze srebrnym tlenkiem o średnicy 4,8 milimetra i wysokości 1,6 milimetra.
To właśnie połączenie tych elementów pozwoliło stworzyć kompletny sensor, który można umieścić wewnątrz organizmu.
Jak działa miniaturowy termometr wewnątrz organizmu?
Sercem urządzenia jest specjalnie zaprojektowany układ CMOS. Naukowcy wykorzystali w nim zjawisko niewielkiego prądu upływu tranzystorów. Jego właściwości zmieniają się wraz z temperaturą, a ta zależność pozwala przekształcić temperaturę w sygnał elektryczny, który następnie można odczytać.
Rozwiązanie ma bardzo ważną zaletę: zużywa niezwykle mało energii.
Układ potrzebuje około 10 nanowatów. To poziom poboru, który umożliwił zastosowanie bardzo małej baterii. Dla porównania sam chip zajmuje powierzchnię około jednego milimetra kwadratowego.
Kolejnym problemem była transmisja danych.
Klasyczny nadajnik radiowy wymagałby dodatkowej energii, a tej w tak małym urządzeniu po prostu brakuje. Dlatego badacze wykorzystali technikę backscatter, czyli komunikację opartą na odbijaniu i modulowaniu zewnętrznego sygnału radiowego.
Sensor nie musi więc samodzielnie generować silnego sygnału radiowego. Zewnętrzna antena wysyła falę o częstotliwości 433 MHz. Miniaturowy układ wewnątrz organizmu zmienia sposób odbijania tej fali. Zmiany można następnie odebrać i przeliczyć na informację o temperaturze.
To rozwiązanie pozwala ograniczyć zużycie energii, a jednocześnie przesyłać dane bez przewodu wychodzącego z organizmu.
W testach naukowcy uzyskiwali transmisję z odległości około 50 centymetrów. Jednocześnie sami zaznaczają, że obecna zewnętrzna antena jest zbyt duża, aby pacjent mógł wygodnie nosić ją na sobie. W przyszłości potrzebna będzie więc znacznie bardziej praktyczna antena, na przykład w formie plastra umieszczanego na brzuchu albo elementu noszonego na klatce piersiowej.
Sensor przetestowano w żołądku i jelicie
Naukowcy nie poprzestali na testach laboratoryjnych. Urządzenie sprawdzili w modelach świń, ponieważ ich fizjologia przewodu pokarmowego i termoregulacja stanowią użyteczny model do badań przedklinicznych.
Najpierw sprawdzono, czy sensor prawidłowo mierzy temperaturę w różnych częściach przewodu pokarmowego. Urządzenie umieszczano endoskopowo w żołądku, jelicie cienkim oraz przełyku. Następnie wyniki porównywano z pomiarami uzyskanymi za pomocą sondy przełykowej wykorzystywanej jako punkt odniesienia. Błąd pomiaru wynosił w tych eksperymentach mniej niż 0,1 stopnia Celsjusza.
To ważne rozróżnienie. Sam układ elektroniczny ma rozdzielczość pozwalającą rejestrować bardzo małe zmiany temperatury, natomiast dokładność całego systemu po kalibracji wynosiła około 0,1 stopnia Celsjusza. Nie oznacza to więc, że urządzenie mierzy temperaturę z dokładnością do setnych części stopnia.
Badacze musieli także kalibrować każdy chip. Wynikało to z niewielkich różnic pomiędzy poszczególnymi układami scalonymi, które mogą powstawać podczas produkcji. Kalibracja wykorzystywała punkty temperatury 34, 37 i 40 stopni Celsjusza. Po takim przygotowaniu błąd oszacowania temperatury był mniejszy niż 0,1 stopnia.
Sensor sprawdzono również w warunkach przypominających środowisko żołądka i jelit. Przez 30 dni pozostawał w płynach symulujących płyn żołądkowy i jelitowy. W tym czasie urządzenie zachowywało stabilność działania i nie wykazywało problemów związanych z przenikaniem wilgoci.
To znacznie dłużej niż typowy czas, który sensor powinien spędzić w przewodzie pokarmowym.
W kolejnym eksperymencie urządzenie przemieszczano przez przewód pokarmowy świni. Sensor pozostawał w żołądku przez około trzy dni, następnie znalazł się w jelicie cienkim, a piątego dnia został wydalony. Po wydaleniu nadal działał i pozwalał na wykonanie pomiaru temperatury otoczenia.
Co istotne, zwierzę w tym eksperymencie nie pozostawało cały czas unieruchomione. Badacze obserwowali pracę urządzenia w warunkach ambulatoryjnych, gdy zwierzę normalnie poruszało się w swoim otoczeniu. Autorzy nie zaobserwowali przy tym mierzalnego pogorszenia jakości pomiarów związanego z ruchem urządzenia w przewodzie pokarmowym.
Nie oznacza to jednak, że sensor przez pięć dni prowadził u świni nieprzerwany zapis temperatury. Ze względu na rozmiar zastosowanego odbiornika badacze zbierali dane raz dziennie przez około 15 minut. To istotne ograniczenie obecnego prototypu.
Nie tylko gorączka. Sensor może wykrywać zmiany przepływu krwi
Jednym z najbardziej interesujących elementów eksperymentu było wykorzystanie temperatury do obserwacji niedokrwienia tkanek.
Kiedy dopływ krwi do określonego obszaru zostaje ograniczony, temperatura tej tkanki może się obniżać. Naukowcy sprawdzili więc, czy bardzo mały sensor potrafi wychwycić taką zmianę.
W modelu niedokrwienia jelita cienkiego u świń zablokowano przepływ krwi w naczyniach zaopatrujących określony fragment jelita. Sensor umieszczono bezpośrednio w tym obszarze. Po wywołaniu niedokrwienia urządzenie zarejestrowało spadek temperatury o około 0,3 stopnia Celsjusza. Temperatura sąsiedniego, zdrowego fragmentu jelita pozostawała stabilna.
To pokazuje inną możliwą rolę miniaturowych czujników. Nie muszą one służyć wyłącznie do sprawdzania, czy organizm ma gorączkę. W przyszłości podobne układy mogą pomagać monitorować lokalne zmiany temperatury związane z przepływem krwi.
Badacze pokazali również, że ten sam mikroskopijny układ można wykorzystać w urządzeniach medycznych innych niż połykana kapsułka.
Układ o powierzchni zaledwie 1 mm² umieszczono na końcu cienkiego cewnika. Następnie taki czujnik wykorzystano w rurce intubacyjnej do monitorowania temperatury. W innym eksperymencie umieszczono go w cewniku naczyniowym.
W tym drugim przypadku temperatura pomagała rozpoznać moment wejścia końcówki cewnika do naczynia krwionośnego. Badacze wykorzystali naturalną różnicę temperatur pomiędzy światłem naczynia a otaczającymi tkankami. Podczas wprowadzania cewnika temperatura rosła, a po wejściu do żyły stabilizowała się w pobliżu temperatury głębokiej organizmu. Eksperyment wykonano u świń i nadal wykorzystywano ultrasonografię do prowadzenia procedury. Autorzy wskazują jednak, że w przyszłości podobny pomiar temperatury mógłby stanowić dodatkową metodę potwierdzania położenia cewnika.
To właśnie miniaturyzacja układu otwiera tutaj dodatkowe możliwości. Autorzy zwracają uwagę, że obecne klasyczne sondy temperatury mają większe średnice i nie zawsze można wprowadzić je do bardzo cienkich urządzeń medycznych. Ich układ można natomiast zintegrować z cewnikami o znacznie mniejszym przekroju.
Co może zmienić taka technologia?
Potencjalnych zastosowań jest kilka, ale wszystkie należy dziś traktować jako kierunki dalszych badań, a nie gotowe rozwiązania kliniczne.
Jednym z nich jest monitorowanie pacjentów zagrożonych infekcjami. Ciągła obserwacja temperatury głębokiej mogłaby być szczególnie interesująca u osób, u których szybkie wykrycie zmian ma duże znaczenie, na przykład u pacjentów z obniżoną odpornością.
Inny obszar stanowi anestezjologia. Znieczulenie może zaburzać mechanizmy regulacji temperatury i zwiększać ryzyko hipotermii. W jednym z eksperymentów MITS zarejestrował u świni spadek temperatury głębokiej z około 39 do 38,6 stopnia Celsjusza w ciągu 15 minut po rozpoczęciu znieczulenia.
Technologia może również znaleźć zastosowanie w badaniach nad termoregulacją, sporcie czy monitorowaniu osób pracujących w ekstremalnych temperaturach. Naukowcy wymieniają także możliwość wykorzystania zmian temperatury głębokiej w monitorowaniu płodności.
Jednocześnie obecny prototyp ma wyraźne ograniczenia.
Przede wszystkim nie przeprowadzono jeszcze badań na ludziach. Wszystkie opisane eksperymenty in vivo wykonano na świniach. Autorzy podkreślają konieczność dalszych badań, które uwzględnią różnice anatomiczne, różne warunki pasażu przez przewód pokarmowy oraz choroby współistniejące u ludzi.
Problemem pozostaje także zewnętrzny odbiornik. Obecny system wymaga stosunkowo dużej anteny. Aby urządzenie mogło działać w warunkach codziennego życia człowieka, potrzebny będzie odbiornik możliwy do noszenia przez pacjenta. Naukowcy wskazują na rozwiązania w rodzaju plastra na brzuchu lub inteligentnej kamizelki.
Kolejnym wyzwaniem będzie połączenie temperatury z innymi parametrami. Autorzy przewidują możliwość dodania w przyszłości czujników mierzących między innymi pH, ciśnienie czy biomarkery. Taka rozbudowa zwiększy jednak zapotrzebowanie na energię i zajmie więcej miejsca. Dlatego miniaturyzacja pozostanie jednym z kluczowych problemów konstrukcyjnych.
Interesujący jest także kierunek dalszego rozwoju zasilania. Autorzy wskazują, że przy odpowiedniej technologii przyszłe wersje takich urządzeń mogłyby korzystać z energii pozyskiwanej bezpośrednio z organizmu, eliminując potrzebę stosowania baterii. To jednak również pozostaje koncepcją dalszego rozwoju, a nie cechą obecnego prototypu.
Najważniejsze jest więc to, że badacze nie stworzyli jeszcze „inteligentnej kapsułki”, która zastąpi termometr i będzie dostępna w aptece. Stworzyli natomiast bardzo małą platformę pomiarową, która pokazuje, że skomplikowana elektronika może działać wewnątrz organizmu przy poborze energii liczonym w nanowatach.
Jeśli kolejne badania potwierdzą bezpieczeństwo i skuteczność rozwiązania u ludzi, połykany sensor temperatury może stać się częścią nowej generacji urządzeń medycznych. Ich wspólną cechą będzie nie tylko miniaturyzacja, lecz także możliwość obserwowania procesów zachodzących wewnątrz organizmu przez dłuższy czas, bez konieczności wykonywania kolejnych pojedynczych pomiarów.
W tym właśnie kierunku zmierza opisana technologia: od termometru, który trzeba przyłożyć do ciała, do niewielkiego czujnika, który może zbierać informacje z wnętrza organizmu i przekazywać je na zewnątrz.
Na razie pozostaje to jednak technologią przedkliniczną. Droga od badań na zwierzętach do rutynowego zastosowania u pacjentów wymaga jeszcze badań klinicznych, dalszej miniaturyzacji odbiornika, oceny bezpieczeństwa i sprawdzenia działania urządzenia w różnych grupach pacjentów.
Bibliografia
- Sharma S., Cai Y., Moon I. i in., A miniaturized ingestible temperature sensor for continuous internal monitoring, Nature Electronics, vol. 9, s. 956–968, 2026. Publikacja: 15 czerwca 2026 r.
- Trafton A., A tiny ingestible sensor can measure temperature from inside the body, MIT News, 15 czerwca 2026 r.
