概念设计图 Intricately porous, repeating structure observed in marine coral specimens in nature with magnified optical and Scanning Electron Microscopy (SEM) images. Scale bars 1 mm. (B) Illustration of microbial sampling and capsule progression through the small intestine using CORAL capsule with magnified optical and SEM images. Scale bars 500 micrometers. (C) Illustration of the process in which CORAL capsule samples bacteria from the upper GI tract. Image credit: CORAL research team.)
在海洋深处，珊瑚通过进化形成精妙的多孔结构来庇护微生物群落。受此启发，纽约大学坦登工程学院与阿布扎比分校（NYUAD）研究团队开发出名为CORAL（细胞有序重复晶格）的可吞服胶囊。这种被动式微生物采样装置突破了传统粪便检测的技术瓶颈，首次实现了对人类最难触及的小肠区域微生物的非侵入性采集。
研究团队负责人、纽约大学阿布扎比分校高级神经工程与转化医学实验室主任Khalil Ramadi指出："粪便样本虽易于获取，但无法准确反映肠道不同区域的微生物群落。现有研究主要反映大肠细菌特征，却遗漏了小肠独特的微生物生态。作为人体最大黏膜表面，小肠密集分布受体、免疫细胞和神经元，是宿主-微生物相互作用的关键部位。"
近期研究证实，包括免疫紊乱、代谢性疾病和内分泌疾病在内的多种疾病可能起源于肠道，而小肠特有的微生物群在代谢和免疫调节中发挥着与结肠截然不同的作用。NYUAD生物学院副教授、论文共同通讯作者Aashish Jha强调："CORAL胶囊能捕捉此前无法获取的微生物样本，填补了微生物组研究的重要空白。理解这些上游菌群或将成为疾病早期检测和开发靶向治疗的关键。"
该胶囊采用数学定义的三重周期极小曲面（TPMS）结构，形成迷宫状微米级通道网络。这种设计优化了细菌捕获效率（孔径约500微米），同时确保装置安全通过消化道。与依赖磁力、机械驱动或电子元件的现有采样设备不同，CORAL采用单步3D打印成型，无活动部件且无需电池，通过特殊涂层控制在到达小肠后启动采样，有效避免胃酸干扰。
动物实验显示，CORAL采集的小肠菌群与粪便样本存在显著差异。该装置显著富集了适应上消化道低pH环境的有益菌（如乳酸杆菌），同时有效规避了大肠菌群污染。研究第一作者、NYUAD研究员Hanan Mohammed表示："我们力求设计最简方案——无电池电子元件，仅依靠肠道自然蠕动实现采样。这种数学精密结构使我们首次观测到此前隐藏的细菌群落。"
该研究是Ramadi教授"电子药丸"研究方向的重要进展。其团队正在研发无需药物干预的可吞服电子装置，通过激活人体神经通路来诊断和治疗免疫紊乱及代谢疾病。未来该技术或将通过阿布扎比卫生部HealthX项目推进商业化转化，当前需将胶囊尺寸从毫米级扩大至标准药丸规格，并开发磁控定位等回收技术，完成人体临床前安全评估。
研究合著者团队由NYU阿布扎比分校Sadaf Usmani、Brij Bhushan等学者及纽约大学坦登工程学院Devjoy Dev组成。相关成果发表于《Device》期刊（DOI:10.1016/j.device.2025.100904），该研究受StartAD创新计划支持。
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