胃滞留机器人胶囊实现犬类模型应急口服药物按需递送新突破

《SCIENCE ADVANCES》：A gastric retentive robotic capsule enables emergency-prepared and responsive oral drug delivery in canine models

传统口服给药方式在医疗急救中存在响应延迟、缺乏内部预存药物机制等局限。本研究开发了一种胃滞留机器人胶囊(EPRODDS)，可在胃内长期驻留(≥10周)并实现远程触发/传感器驱动的多模式药物快速释放(<60秒)，为解决脆弱人群急救给药难题提供了创新性技术平台。

　　

在医疗急救场景中，传统口服给药方式往往因无法实现快速响应而失效，特别是对于存在认知或身体障碍的特殊患者群体（如精神病患者、野外作业人员）。这类人群在突发疾病时可能面临无法获取药物、吞咽困难或意识障碍等挑战。现有无人机递药或植入式装置等技术方案又与占药品市场84%以上的口服制剂不兼容，且存在需要手术植入、药物储存安全性不足等缺陷。

针对这一临床需求，发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究团队开发了一种具有革命性的胃滞留机器人胶囊。该装置通过口服摄入后，能在胃部自动展开镍钛合金支架实现长期滞留，并利用胃酸驱动的生物原电池持续供能，最终通过金纳米膜电化学溶解触发药物快速释放，开创了"内部预存-按需释放"的急救给药新模式。

研究团队通过整合微加工技术、柔性电子和智能材料，突破了多项技术瓶颈：采用激光切割制备超弹性镍钛合金胃滞留支架；通过光刻工艺制作300纳米厚金纳米膜作为触发开关；开发基于Eudragit的pH响应粘合剂实现可控解体；利用柔性印刷电路板集成蓝牙通信模块和传感器系统。动物实验选用比格犬模型（体重12±0.5 kg），通过X射线影像学、药代动力学检测和生理信号监测等手段进行功能验证。

能量采集与触发式药物喷射模块实现长期运行

研究团队创新性地利用胃酸作为电解质，构建锌/铜氧化还原对的生物原电池系统，可持续产生微瓦级功率为锂电池充电。关键突破在于开发了受火箭推进系统启发的药物喷射机制：通过施加3V直流电压使金纳米膜发生电化学溶解（Au+4Cl^-→AuCl₄^-+3e^-），触发柠檬酸与碳酸氢钠的化学反应产生CO₂气体推动活塞，实现40秒内完成药物喷射。该系统成功实现连续5次释放-充电循环，证明其可持续运行能力。

胃滞留与自毁机制的设计验证

通过模拟幽门结构的漏斗实验验证，三臂式镍钛合金支架（厚度0.3mm）可产生超过4.5N的保持力，满足犬类胃动力环境要求。疲劳测试显示支架经受1000次循环后仍保持超弹性。动物实验证实胶囊在比格犬胃内安全滞留达10周，且通过口服碳酸氢钠溶液升高胃pH值，可激活pH响应粘合剂实现可控排出。

多模式给药功能的体内验证

研究团队建立了三种临床导向的给药模式：模式一通过智能手机蓝牙远程触发，成功在活动犬体内释放西替利嗪和拉莫三嗪，30分钟内达到治疗血药浓度；模式二整合可穿戴光电容积描记传感器，在阿托品诱导的心动过速模型（心率>200次/分）中自动释放美托洛尔；模式三通过内置加速度计识别奎吡罗诱发的躁狂行为，实现基于症状检测的自主给药。三种模式均通过液相色谱-质谱联用验证了准确的血药浓度曲线。

这项研究标志着口服药物递送技术的范式转变，首次实现将机器人系统与常规口服制剂相结合，创建出可长期预置、快速响应的"智能药房"。其核心创新在于突破性地解决 ingestible electronics（可摄入电子设备）的供能难题，通过胃酸采集技术实现数月级持续运行；同时通过模块化设计在00号胶囊（8.4mm×27.0mm）内集成多药物仓、传感和通信系统，成为目前最小的商用级可摄入机器人胶囊。

尽管当前研究在犬类模型中取得突破，作者在讨论中指出向临床转化仍需解决人类胃肠道环境复杂性、材料生物相容性长期评估等挑战。未来通过整合微针注射、肠道靶向滞留等新技术，有望进一步扩展该平台在生物制剂递送、慢性病管理等领域的应用前景。这项技术为特殊人群急救用药提供全新解决方案，特别是对精神疾病患者、偏远地区工作者等脆弱群体具有重大临床意义。