image: 多腔室磁控胶囊机器人的结构与工作流程示意图。（a）带有四个不同开启方向单腔胶囊的多腔胶囊机器人示意图。（b）多腔胶囊机器人原型机。（c）胶囊机器人在消化道中导航示意图。（d）胶囊机器人在（i）胃部和（ii）肠道中滚动导航示意图。 （e）胶囊机器人通过打开磁阀来采集液体并释放药物示意图。 view more
Credit: Parts of Figure c and d were produced using images from Smart Servier Medical Art (CC BY 4.0).
尽管胶囊内窥镜已在消化道诊断领域取得了显著成果，但现有胶囊机器人仍难以在单次吞服中同时实现诊断功能（靶向活检）与治疗功能（靶向给药）。为突破了这一限制，大学研究人员提出了一种新型多腔室磁控胶囊机器人（命名为macabot），它能够按需选择性地打开特定腔室，从而实现靶向液体采样和靶向药物释放。
该胶囊机器人拥有多个独立腔室，每个腔室都配备了一个独特的磁控阀门。其核心创新在于，这些阀门仅可通过特定方向的磁力激活。通过不同的梯度磁场，就可以像用不同的钥匙开不同的锁一样，选择性地打开目标腔室，而其他腔室则继续保持紧闭。此外，这种“选择性开启”功能不受磁扭矩影响，因此通过旋转磁场能够驱动胶囊滚动至目标位置。同时，机器人采用模块化设计，腔室数量可根据实际需求灵活调整。
“这就像给机器人装上了多个可独立控制的智能开关，”通讯作者徐青松教授解释说。“医生可以指挥机器人滚动至目标位置，然后‘命令’其中一个腔室打开进行采样，再在另一个区域‘命令’另一个腔室释放药物。所有这些操作可以在一次吞服内完成，极大地提升了诊疗的灵活性和效率。”
此外，研究团队在离体猪胃模型中成功验证了机器人的功能。在超声成像的实时引导下，机器人精准导航至目标位点，并在不同位置分别完成了液体采样和药物释放两项任务。团队还演示了通过在不同腔室储存聚合物和交联剂，在目标位置原位生成形状自适应的水凝胶药物贴片，这项功能为药物长效缓释提供了新策略。
“我们的工作为胃肠道疾病的精准诊断与治疗提供了一体化平台，这是微创医疗设备发展的一个重要方向，”另一位通讯作者陆洋教授表示。“它不仅能减少了患者多次诊疗的痛苦，其多腔室设计还支持联合用药疗法和多病灶治疗，是个性化精准治疗的实用工具。”
研究人员相信，这款多功能胶囊机器人具有巨大的临床应用潜力，为诊断和治疗炎症性肠病等胃肠道疾病开辟了新途径。
该项研究发表于《国家科学评论》期刊。澳门大学的吴泽浩博士为论文第一作者。澳门大学的徐青松教授与香港大学的陆洋教授为共同通讯作者。
Journal
National Science Review