仪器网(yiqi.com)欢迎您!

| 注册2 登录
网站首页-资讯-专题- 微头条-话题-产品- 品牌库-搜索-供应商- 展会-招标-采购- 社区-知识-技术-资料库-方案-产品库- 视频

技术中心

当前位置:仪器网>技术中心> 科技文献> 正文

一种基于磁扭簧技术的药物输送和组织活检双功能胶囊机器人

来源:上海幂方电子科技有限公司 更新时间:2025-07-21 10:45:19 阅读量:185
导读:内容简介本研究论文聚焦一种基于磁扭簧技术的药物输送和组织活检双功能胶囊机器人。无线胶囊内窥镜 (WCE) 因

内容简介


本研究论文聚焦一种基于磁扭簧技术的药物输送和组织活检双功能胶囊机器人。无线胶囊内窥镜 (WCE) 因其低侵略性具有完全取代传统有线内窥镜的潜力。最近的一些研究尝试通过扩展胶囊的功能来实现这一目标。然而,该方法因有限的胶囊空间和能量供应而存在明显的缺陷,无法仅通过单个胶囊来执行多项诊断和治疗任务。本文开发了一种基于磁扭簧技术的双功能胶囊机器人 (DFCR),用于药物输送和组织活检。其中,药物释放模块以894 mN的推力旋转推杆,释放了约0.3 mL半固体药物。活检模块使用内置刀片以22.87 MPa的剪切应力切割组织,产生了约1.8 mm3的样品。此外,还开发了一种五自由度永磁驱动系统。通过调节外部磁铁产生的单向磁场强度,可无线控制胶囊依次触发这两种功能。在猪胃上进行的体外试验证实了原型胶囊 (?12 mm×45 mm) 在主动运动、药物治疗和组织活检方面的可行性。新开发的DFCR进一步拓展了WCE机器人在微创手术中的临床应用前景。


引用本文(点击最下方阅读原文可下载PDF)

Cao Q, Pan Y, Zhang Y, et al., 2025. A dual-functional capsule robot for drug delivery and tissue biopsy based on magnetic torsion spring technology. Bio-des Manuf 8(3):495–510. https://doi.org/10.1631/bdm.2400276

文章导读



图1 双功能胶囊机器人(DFCR)概念性设计


图2 磁场仿真分析


图3 DFCR组成及最终原型机


图4 胶囊机器人输出扭矩测试


图5 离体实验中胶囊工作流程及实验结果

参考文献

上下滑动以阅览

1. Poorolajal J, Moradi L, Mohammadi Y et al (2020) Risk factors for stomach cancer: a systematic review and meta-analysis. Epidemiol Health 42:e2020004. https://doi.org/10.4178/epih.e2020004

2. Thrift AP, Wenker TN, El-Serag HB (2023) Global burden of gastric cancer: epidemiological trends, risk factors, screening and prevention. Nat Rev Clin Oncol 20(5):338–349. https://doi.org/10.1038/s41571-023-00747-0

3. Ferlay J, Colombet M, Soerjomataram I et al (2021) Cancer statistics for the year 2020: an overview. Int J Cancer 149(4):778–789. https://doi.org/10.1002/ijc.33588

4. Bo?koski I, Costamagna G (2019) Endoscopy robotics: current and future applications. Dig Endosc 31(2):119–124. https://doi.org/10.1111/den.13270

5. Rogalski P, Daniluk J, Baniukiewicz A et al (2015) Endoscopic management of gastrointestinal perforations, leaks and fistulas. World J Gastroenterol 21(37):10542–10552. https://doi.org/10.3748/wjg.v21.i37.10542

6. Pardo E, Camus M, Verdonk F (2022) Anesthesia for digestive tract endoscopy. Curr Opin Anaesthesiol 35(4):528–535. https://doi.org/10.1097/ACO.0000000000001162

7. Geropoulos G, Aquilina J, Kakos C et al (2021) Magnetically controlled capsule endoscopy versus conventional gastroscopy. J Clin Gastroenterol 55(7):577–585. https://doi.org/10.1097/mcg.0000000000001540

8. Iddan G, Meron G, Glukhovsky A et al (2000) Wireless capsule endoscopy. Nature 405(6785):417. https://doi.org/10.1038/35013140

9. Luo YY, Pan J, Chen YZ et al (2019) Magnetic steering of capsule endoscopy improves small bowel capsule endoscopy completion rate. Dig Dis Sci 64(7):1908–1915. https://doi.org/10.1007/s10620-019-5479-z

10. Son D, Dogan MD, Sitti M (2017) Magnetically actuated soft capsule endoscope for fine-needle aspiration biopsy. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation, p.1132–1139. https://doi.org/10.1109/ICRA.2017.7989135

11. Wilding II, Hirst P, Connor A (2000) Development of a new engineering-based capsule for human drug absorption studies. Pharm Sci Technol Today 3(11):385–392. https://doi.org/10.1016/s1461-5347(00)00311-4

12. Zu S, Zhang ZH, Liu QP et al (2022) 4D printing of core–shell hydrogel capsules for smart controlled drug release. Bio-Des Manuf 5(2):294–304. https://doi.org/10.1007/s42242-021-00175-y

13. Yu WY, Rahimi R, Ochoa M et al (2015) A smart capsule with GI-tract-location-specific payload release. IEEE Trans Biomed Eng 62(9):2289–2295. https://doi.org/10.1109/TBME.2015.2418340

14. Chen WW, Yan GZ, Liu H et al (2014) Design of micro biopsy device for wireless autonomous endoscope. Int J Precis Eng Manuf 15(11):2317–2325. https://doi.org/10.1007/s12541-014-0596-2

15. Pan XF, Ma T, Li P et al (2018) A novel intestinal microcapsule endoscope robot with biopsy function. In: IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems, p.308–312. https://doi.org/10.1109/CBS.2018.8612210

16. Rehan M, Al-Bahadly I, Thomas DG et al (2020) Capsule robot for gut microbiota sampling using shape memory alloy spring. Int J Med Robot 16(5):1–14. https://doi.org/10.1002/rcs.2140

17. Son D, Gilbert H, Sitti M (2020) Magnetically actuated soft capsule endoscope for fine-needle biopsy. Soft Robot 7(1):10–21. https://doi.org/10.1089/soro.2018.0171

18. Lee JH, Sohn SW, Lee H et al (2022) Open-close mechanism of magnetically actuated capsule for multiple hemostatic microneedle patch delivery. Int J Contr Autom Syst 20(7):2285–2296. https://doi.org/10.1007/s12555-021-0306-7

19. Guo SX, Zhang LN, Yang QX (2019) The structural design of a magnetic driven wireless capsule robot for drug delivery. In: IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, p.844–849. https://doi.org/10.1109/icma.2019.8816504

20. Hoang MC, Le VH, Kim J et al (2019) Untethered robotic motion and rotating blade mechanism for actively locomotive biopsy capsule endoscope. IEEE Access 7:93364–93374. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2927894

21. Leon-Rodriguez H, Park SH, Park JO (2020) Testing and evaluation of foldable biopsy tools for active capsule endoscope. In: 20th International Conference on Control, Automation and Systems, p.473–479

22. Liu LJ, Towfighian S, Hila A (2015) A review of locomotion systems for capsule endoscopy. IEEE Rev Biomed Eng 8:138–151. https://doi.org/10.1109/RBME.2015.2451031

23. Xu X, Huo ZY, Guo JM et al (2020) Micromotor-derived composites for biomedicine delivery and other related purposes. Bio-Des Manuf 3(2):133–147. https://doi.org/10.1007/s42242-020-00072-w

24. Ye DX, Zhang F, Yuan S et al (2019) Magnetically driven wireless capsule robot with targeting biopsy function. In: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, p. 1222–1227. https://doi.org/10.1109/ROBIO49542.2019.8961521

25. Simi M, Gerboni G, Menciassi A et al (2013) Magnetic torsion spring mechanism for a wireless biopsy capsule. J Med Devices 7(4):041009. https://doi.org/10.1115/1.4025185

26. Zhou H, Alici G (2019) A novel magnetic anchoring system for wireless capsule endoscopes operating within the gastrointestinal tract. IEEE/ASME Trans Mechatron 24(3):1106–1116. https://doi.org/10.1109/TMECH.2019.2909288

27. Alici G (2015) Towards soft robotic devices for site-specific drug delivery. Expert Rev Med Devices 12(6):703–715. https://doi.org/10.1586/17434440.2015.1091722

28. Woods SP, Constandinou TG (2016) A compact targeted drug delivery mechanism for a next generation wireless capsule endoscope. J Microbio Robot 11(1):19–34. https://doi.org/10.1007/s12213-016-0088-9

29. Hopper AD, Cross SS, Sanders DS (2008) Patchy villous atrophy in adult patients with suspected gluten-sensitive enteropathy: is a multiple duodenal biopsy strategy appropriate? Endoscopy 40(3):219–224. https://doi.org/10.1055/s-2007-995361

30. Catassi C, Fasano A (2010) Celiac disease diagnosis: simple rules are better than complicated algorithms. Am J Med 123(8): 691–693. https://doi.org/10.1016/j.amjmed.2010.02.019

31. Lucarini G, Ciuti G, Mura M et al (2015) A new concept for magnetic capsule colonoscopy based on an electromagnetic system. Int J Adv Rob Syst 12(3):25. https://doi.org/10.5772/60134

32. Yang ZX, Zhang L (2020) Magnetic actuation systems for miniature robots: a review. Adv Intell Syst 2(9):2000082. https://doi.org/10.1002/aisy.202000082

33. Kummer MP, Abbott JJ, Kratochvil BE et al (2010) OctoMag: an electromagnetic system for 5-DOF wireless micromanipulation. IEEE Trans Robot 26(6):1006–1017. https://doi.org/10.1109/TRO.2010.2073030

34. Lee C, Choi H, Go G et al (2016) Feasibility study of electromagnetic guidance system for intestinal capsule endoscope. In: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, p.1542–1547. https://doi.org/10.1109/ROBIO.2016.7866546

35. Lamart S, Imran R, Simon SL et al (2013) Prediction of the location and size of the stomach using patient characteristics for retrospective radiation dose estimation following radiotherapy. Phys Med Biol 58(24):8739–8753. https://doi.org/10.1088/0031-9155/58/24/8739

36. Chu JN, Traverso G (2022) Foundations of gastrointestinal-based drug delivery and future developments. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 19(4):219–238. https://doi.org/10.1038/s41575-021-00539-w

37. Guo SX, Yang QX, Bai LC et al (2018) Development of multiple capsule robots in pipe. Micromachines 9(6):259. https://doi.org/10.3390/mi9060259

38. Zheng LL, Guo SX, Wang ZX et al (2021) A multi-functional module-based capsule robot. IEEE Sens J 21(10):12057–12067. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3058354

39. Peker F, Ferhano?lu O (2021) Multi-capsule endoscopy: an initial study on modeling and phantom experimentation of a magnetic capsule train. J Med Biol Eng 41(3):315–321. https://doi.org/10.1007/s40846-021-00610-6

40. Peker F, Ferhano?lu O (2024) Active distance control in multicapsule endoscopy via closed loop electromagnetic force between capsules. Med Biol Eng Comput 62(4):1153–1163. https://doi.org/10.1007/s11517-023-02997-7

41. Mundaca-Uribe R, Askarinam N, Fang RH et al (2024) Towards multifunctional robotic pills. Nat Biomed Eng 8(11):1334–1346. https://doi.org/10.1038/s41551-023-01090-6

42. Cao Q, Deng RY, Pan Y et al (2024) Robotic wireless capsule endoscopy: recent advances and upcoming technologies. Nat Commun 15(1):4597. https://doi.org/10.1038/s41467-024-49019-0


关于本刊

Bio-Design and Manufacturing(中文名《生物设计与制造》),简称BDM,是浙江大学主办的专业英文双月刊,主编杨华勇院士、崔占峰院士,2018年新创,2019年被SCI-E等库检索,2023年起改为双月刊,年末升入《2023年中国科学院文献情报中心期刊分区表》医学一区;2025再次入选医学大类一区Top期刊,同时在工程、生物医学小类也升至一区。2025年公布的最新影响因子为7.6,位列JCR的Q1区,18/124。


初审迅速:初审快速退稿,不影响作者投其它期刊。

审稿速度快:学科编辑24小时初审决定投稿是否进入同行评议阶段;平均评审录用周期约40天;文章录用后及时在线SpringerLink,一般两周左右即被SCI-E检索。

收稿方向 :先进制造(3D打印及生物处理工程等)、生物墨水与配方、组织与器官工程、医学与诊断装置、生物产品设计、仿生设计与制造等。

文章类型:Research Article, Review, Short Paper (包括Editorial, Perspective, Letter, Technical Note, Case Report, Lab Report, Negative Result等)。


期刊主页:

http://www.springer.com/journal/42242

 http://www.jzus.zju.edu.cn/ (国内可下载全文)

在线投稿地址:

http://www.editorialmanager.com/bdmj/default.aspx


推荐阅读

棉籽 “点墨成金”:3D 打印解锁柔性电子纺织品的多功能潜力

3D打印与电子皮肤,专题文献一

王中林院士团队最新AFM:舒适发电两不误,这款新型织物还能净化空气!

仿生神经智能电子皮肤:触觉感知与机器人自主决策的新突破

水凝胶与柔性传感器,专题文献一

综述-纤维之光:可穿戴纤维状光电探测器的基础、突破与未来图景

视频号:#柔性电子那些事



参与评论

全部评论(0条)

相关产品推荐(★较多用户关注☆)
你可能还想看
  • 技术
  • 资讯
  • 百科
  • 应用
  • 双磁致伸缩液位计原理
    本文将深入探讨双磁致伸缩液位计的工作原理、结构特点以及在实际应用中的优势与挑战,帮助读者全面了解其技术细节和应用价值。通过对这一技术的剖析,我们不仅可以了解其工作原理,还能明晰其在现代工业自动化中的重要角色和贡献。
    2025-10-2073阅读 磁致伸缩液位计
  • 双柱式剥离试验机技术特征
    测量与试验材料力学性能的设备,被称为剥离试验机,其能够对环形初粘性以及各种胶粘材料及制品的剥离、拉伸等进行检测。能够使各种应力应变曲线显示。
    2025-10-23781阅读 剥离试验机
  • 药物脆碎度测定仪原理
    其直接影响到药物的稳定性、有效性以及患者的服用体验。药物脆碎度测定仪作为一种的测试工具,广泛应用于制药工业,以确保药品在生产、储存和运输过程中不受过度破碎或损害。本文将深入探讨药物脆碎度测定仪的工作原理、应用领域以及其在药品质量控制中的重要性。
    2025-10-16187阅读 脆碎度测定仪
  • 药物崩解仪原理
    崩解测试主要通过模拟药物在人体消化系统中的行为,检验药物是否能在规定时间内完全崩解,从而确保药物的有效性和安全性。本文将详细介绍药物崩解仪的工作原理、技术发展及其在药物制剂中的关键作用,帮助读者更好地理解这一设备在药物研发中的应用。
    2025-10-23288阅读 崩解仪
  • 螺杆挤出机固体输送原理
    本文将深入探讨螺杆挤出机在固体物料输送中的工作原理,分析固体物料如何通过螺杆的作用被有效输送和塑化。通过对螺杆设计、物料流动及传输机制的详细解析,旨在帮助读者理解螺杆挤出机在提高生产效率和改善产品质量方面的技术优势。
    2025-10-15116阅读 挤出机
  • 查看更多
版权与免责声明

①本文由仪器网入驻的作者或注册的会员撰写并发布,观点仅代表作者本人,不代表仪器网立场。若内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们立即通知作者,并马上删除。

②凡本网注明"来源:仪器网"的所有作品,版权均属于仪器网,转载时须经本网同意,并请注明仪器网(www.yiqi.com)。

③本网转载并注明来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。

④若本站内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们马上修改或删除。邮箱:hezou_yiqi

关于作者

幂方科技专注于印刷与柔性电子方向,实现了柔性电子电路、柔性能源器件、柔性屏幕、柔性传感器、柔性生物电子、人工肌肉等柔性电子器件和系统的印刷制备,积极探索柔性电子技术在健康医疗、智能包装、工业互联网、柔性可穿戴、电子皮肤等领域的应用。

更多>>ta的最新文章
电子科大巫江教授最新Nature子刊!神经形态器件再突破!
智能面罩读懂呼吸:机器学习赋能摩擦电纺织传感器系统实现实时精准呼吸监测
压电纳米发电机赋能柔性电子
关注 私信
热点文章
北京师范大学方齐乐团队 Sep. Purif. Technol.:QCM-D 原位揭示碳酸根“助攻”机制,LaOCO实现喀斯特高碳酸盐水体高效除磷
开发双激发比率NIR-II荧光纳米平台,点亮活体成像新未来
触觉感知最新突破!Nature Sensors又一力作
2025年,高分文献里被IMAGING过的光合生物有哪些?(模式生物篇)
前沿速递 | 近红外纳米探针合成技术再获突破!
700+全球文献见证 | Astral 持续登上国际高水平期刊
新型生物混合方法实现持续96小时光催化产氢(二)
新型生物混合方法实现持续96小时光催化产氢(一)
基尔中国 控制柜里电磁流量计出现故障的原因分析
中国在艾瓦级激光脉冲压缩时空耦合方面取得进展!
近期话题
相关产品

在线留言

上传文档或图片,大小不超过10M
换一张?
取消