【導語】研究者推出多腔室磁控膠囊機器人，澳門大學吳澤浩博士等人研究成果發表於《國家科學評論》。該機器人吞服後可在消化道不同位置和時間獨立進行液體采樣或藥物釋放，采用模塊化構型，磁響應閥門易加工裝配，通過“磁力鑰匙”精準控製，確保操作安全，未來有望提升胃腸道疾病診療效率，減少患者負擔。

研究者研製出一種多腔室磁控膠囊機器人。該機器人可通過外部磁場控製，在一次吞服後，於消化道不同位置或時間點，獨立、選擇性地執行液體采樣或藥物釋放任務。相關成果發表於《國家科學評論》（National Science Review），澳門大學吳澤浩博士為論文的第一作者，澳門大學徐青鬆教授與香港大學陸洋教授為共同通訊作者。

吞服式膠囊機器人為胃腸道疾病提供了微創診療新途徑。然而，由於增強功能之餘，保持簡易的製造過程，現有膠囊機器人難以同時實現診斷與治療功能。診斷和治療往往是分離的，這增加了患者的負擔和時間成本。

針對這一挑戰，研究團隊打造了一個采用模塊化構型的多腔室膠囊機器人。該機器人每個(gè)腔(qiāng)室(shì)都(dōu)相(xiāng)當(dāng)於(yú)一(yī)個(gè)可(kě)獨(dú)立(lì)控(kòng)製(zhì)的(de)“微(wēi)型(xíng)倉(cāng)庫(kù)”或(huò)“采樣(yàng)瓶(píng)”，均(jūn)嵌(qiàn)有(yǒu)基(jī)於(yú)柔(róu)性(xìng)機構的磁響應閥門。更重要的是，磁響應閥門可通過激光切割機批量加工，同時具有易於裝配的優點。

磁控密鑰

如何精準控製特定腔室在指定地點“開門”，是最大的技術挑戰之一。研究團隊的解決方案是為每個腔室配備一個具有方向特異性的磁響應柔性閥門。這就像給每個倉庫配了不同的“磁力鑰匙”。隻有當外部梯度磁場的方向與某把“鑰匙”唯一匹配時，對應的閥門才會打開，否則繼續保持緊閉。更重要的是，這種“選擇性開啟(qǐ)”功(gōng)能(néng)與(yǔ)驅(qū)動(dòng)膠(jiāo)囊(náng)在(zài)消(xiāo)化(huà)道(dào)內(nèi)滾(gǔn)動(dòng)的(de)旋(xuán)轉(zhuǎn)磁(cí)場(chǎng)控(kòng)製(zhì)完(wán)全解(jiě)耦(ǒu)，意(yì)味(wèi)著(zhe)機(jī)器(qì)人(rén)在(zài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程(chéng)中(zhōng)不(bù)會(huì)意(yì)外(wài)觸(chù)發(fā)，確(què)保(bǎo)了(le)操(cāo)作(zuò)的(de)精(jīng)準(zhǔn)與(yǔ)安(ān)全。

此(cǐ)外(wài)，基(jī)於(yú)磁(cí)響(xiǎng)應(yīng)柔性閥門的模塊化設計意味著腔室的數量和功能可根據臨床需求靈活調整，未來，它可同時攜帶不同的藥物進行組合療法，或在多個可疑病灶點進行采樣，大大提升診療效率。

多腔室磁控膠囊機器人的結構與工作流程示意圖。（a）帶有四個不同開啟方向單腔膠囊的多腔膠囊機器人示意圖。（b）多腔膠囊機器人原型機。（c）膠囊機器人在消化道中導航示意圖。（d）膠囊機器人在（i）胃部和（ii）腸道中滾動導航示意圖。 （e）膠(jiāo)囊(náng)機(jī)器(qì)人(rén)通(tōng)過(guò)打(dǎ)開(kāi)磁(cí)閥(fá)來(lái)采集液(yè)體(tǐ)並(bìng)釋(shì)放(fàng)藥(yào)物(wù)示(shì)意(yì)圖(tú)。

功(gōng)能(néng)展(zhǎn)示(shì)

在(zài)離(lí)體(tǐ)豬(zhū)胃(wèi)實(shí)驗(yàn)中(zhōng)，研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)在(zài)超(chāo)聲(shēng)實(shí)時(shí)引(yǐn)導(dǎo)下(xià)，成(chéng)功(gōng)操控機器人滾動至目標位點。此外，分別在不同的地點觸發了不同腔室，先後完成了液體采樣和藥物釋放工作，驗證了其功能執行的可靠性。此外，研究團隊還演示了通過該機器人進行原位生成水凝膠藥物貼片的技術：將形成水凝膠的兩種試劑分裝於不同腔室，依次釋放後可在病灶處形成一層載藥凝膠，實現藥物的長效緩釋，這對於一些消化道疾病的治療具有重要意義。

離體豬胃實驗。（a）實驗裝置示意圖。（b）膠囊機器人依次在不同部位執行活檢和藥物釋放。（c）腔道內和執行位置的液體對比。比例尺為 2 毫米。（d）通過滾動運動在豬胃中進行導航的明場圖像和超聲圖像。

未來展望

該項研究突破了現有膠囊機器人的局限，推動了胃腸道無創精準診療的發展。隨著未來進一步的研究驗證，這款多功能膠囊機器人有望提升胃腸道疾病的臨床診療模式，減少患者治療負擔。