磁性钥匙解锁多腔室胶囊机器人：消化道智能诊疗新突破

《National Science Review》：Magnetic keys unlock multichamber capsule robots for smart interventions in the digestive tract

本研究针对胃肠道疾病诊疗中单一功能胶囊无法同时实现精准采样与靶向给药的难题，开发了一种多腔室磁控胶囊机器人。通过定向梯度磁场独立控制各腔室的柔性磁阀，实现了活检与给药功能的集成，并在离体猪胃模型中验证了其超声导航下的多站点液体采样与释放能力。该技术为胃肠道疾病的个性化诊疗提供了创新平台。

　　

胃肠道疾病全球发病率持续攀升，其诊断与治疗仍面临巨大挑战。传统 ingestible capsule（可吞服胶囊）设备功能单一，难以在一次诊疗过程中同步完成组织采样（biopsy）和药物递送。这一局限促使科研团队探索更具集成性的智能医疗设备解决方案。近期，由许青松教授与陆洋教授团队研发的多腔室磁控胶囊机器人，通过独特的机械设计与磁控策略，为消化道疾病诊疗带来了突破性进展。

该研究的核心技术在于实现了多腔室的独立选择性开启。每个腔室配备的柔性磁阀可特异性响应不同方向的梯度磁场，如同为每个腔室配备了一把专属“磁性钥匙”。

这一设计巧妙利用磁力的方向性，使胶囊在抵达靶点后能稳定执行采样或释药操作，避免因驱动磁场干扰导致的误触发。

关键技术方法

研究通过离体猪胃模型，结合超声成像导航，验证了机器人的多站点液体采样与释放功能。关键创新包括：磁性阀门的定向控制机制、多腔室模块化设计，以及基于原位形成水凝胶贴片的药物缓释策略（通过分步释放不同腔室内容物在靶点形成载药凝胶）。

研究结果

1. 1.1.
   磁性阀门的可控性与密封性
   通过仿真与实验系统验证了阀门按需开闭的可靠性，其变形分布模拟结果（图1a）显示不同磁场方向下阀门的特异性响应，为选择性开启提供了理论依据。
2. 2.2.
   多站点操作可行性
   在离体猪胃实验中，机器人成功在超声引导下抵达多个目标位置，完成液体采样与释放（图1b），证明了其在复杂解剖环境中的临床适用性。
3. 3.3.
   水凝胶缓释策略
   研究人员提出一种创新给药方案：通过顺序释放不同腔室内的组分，在病灶处原位形成形状自适应的水凝胶贴片（图1c），实现药物的长效缓释，为胃肠道疾病治疗提供了新思路。

结论与意义

该多腔室磁控胶囊机器人通过模块化设计实现了功能灵活拓展，既可执行单药递送、多药联用，也能完成多靶点体液采样或活检与给药协同操作。尽管仍需解决体内动态环境下的运动精度、微型化及生物相容性等问题，但本研究显著推动了下一代智能胃肠道医疗器械的发展，为无创、精准、个性化的诊疗模式奠定了技术基础。论文发表于《National Science Review》，展现了跨学科融合在医疗机器人领域的巨大潜力。