A Magnetic Capsule for Navigation and Multi-targeted Sampling in the Gastrointestinal Tract

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作者
Ziheng Chen,Huayang Ren,Zhaokai Wang,Jingfang Han,Jiaqing Xie,Ruicheng Li,Chunyun Wei,Tao Yue,Yue Wang,Yuzhao Zhang,Yan Peng,Jiangfan Yu,Xian Wang,Na Liu,Yu Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-15
标识
DOI:10.1109/tro.2026.3677072
摘要

Untethered capsules are capable of entering the gastrointestinal (GI) tract and collecting fluid samples containing microbial communities from specific locations, facilitating the study of chronic diseases. However, existing sampling capsules are designed for single-site sampling, making it challenging to gather samples from multiple targets. This paper reports a magnetic-driven capsule for multiple sampling within the GI tract and an on-demand magnetic-triggered fluid sampling strategy. The capsule consists of a body, a magnetic-triggered negative pressure unit, and a reservoir unit. Composed of an elastic membrane and Magnet I, the negative pressure unit controls pressure change inside the capsule cavity on demand to pump the sample by switching the magnetic field, while the embedded Magnet I also enables real-time magnetic localization for regional targeting and position tracking. The reservoir unit integrates three sampling papers for fluid absorption, two waterproof layers that maintain contamination levels below 25% to ensure reliable multi-site sampling, and a rotating arm embedded with Magnet II for posture adjustment of the sampling paper. The pumping and storage performance of the capsule was systematically evaluated and optimized. Meanwhile, the capsule, actuated by an external magnetic field, was evaluated for its active locomotion performance. Finally, the feasibility of using the capsule to perform active navigation and multi-target sampling in a porcine intestine was validated viaex vivoexperiments.
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