胃肠道疾病是全球发病率和死亡率最高的疾病类别之一，全球年发病事件达73.2亿例次，相关死亡约800万例。胃酸分泌异常与胃食管反流病、胃溃疡、胃炎及胃癌等多种胃功能障碍密切相关，其精准评估对于胃部疾病的早期诊断和治疗监测至关重要。然而，传统胃液采集依赖鼻胃管置入，患者耐受性差且存在禁忌症；现有可吞咽电子胶囊虽能实现无创检测，但被动蠕动驱动难以定点采样，且刚性电子元件与软组织的力学失配也限制了其在复杂解剖环境中的应用。因此，如何在单一可吞咽平台中同时实现主动定点导航、实时pH传感和分子级采样分析，仍是胃部诊断领域面临的重大技术挑战。
针对上述挑战，复旦大学智能机器人与先进制造创新学院/智慧纳米机器人与纳米系统国际研究院的梅永丰教授、陈相仲研究员，联合荷兰格罗宁根大学Sarthak Misra教授研究团队，报道了一款名为SeroTab的软体机器人药片，该器件可同时实现胃内实时pH传感和按需胃液采样，用于胃部无创诊断。SeroTab受企鹅滑行姿态启发，采用平面堆叠多层结构，集成了磁控运动层、热触发采样层和pH敏感水凝胶传感层。外部永磁体驱动内嵌磁控层实现弯曲变形，从而翻越胃黏膜皱襞；射频加热触发形状记忆聚合物恢复原始形变，将胃液吸入腔体（最大35微升）；腔内的pH敏感水凝胶随酸度发生溶胀，其中嵌入的锌片在超声下形成高对比亮点，通过测量锌片间距即可定量反演pH值（检测范围2~7）。相关成果以“Electronics‑free soft robotic minitablet for on‑demand gastric molecular sensing and diagnostics in vivo”为题发表于 Science Advances。
图1：受企鹅启发的软体机器人药片SeroTab的设计概念图
在活体兔模型中，SeroTab成功检测到奥美拉唑诱导的胃内pH变化（由2升至6，ΔpH=4）。回收水凝胶后进行高分辨质谱分析，鉴定出42种显著差异代谢物（FC>1.5，P<0.05），涵盖胆汁酸和色氨酸代谢通路，与奥美拉唑抑制胃酸分泌的药理机制高度一致。组织学分析显示胃黏膜无上皮损伤、炎性浸润或坏死，证实器件具有良好的生物相容性和热安全性。
图2：pH敏感水凝胶内嵌锌片在超声下的成像原理及活体兔胃中长轴与短轴视图
复旦大学智慧纳米机器人与纳米系统国际研究院陈相仲副教授为论文共同通讯作者，AnatoliiAbalymov博士、鲍昊同学参与了该工作。该工作得到了国家重点研发计划、上海市科学技术委员会等项目的资助和支持。
文章信息：
C. Wang#, R. Shi#, A. Abalymov, H. Bao, T. K.-Y. Lam, Z. Wang, Y. Mei, Z. Cai*, X.-Z. Chen*, S. Misra*, V. K. Venkiteswaran*, Electronics-free soft robotic minitablet for on-demand gastric molecular sensing and diagnostics in vivo. Sci. Adv.12, eaea3309 (2026).
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea3309
Electronics-free soft robotic minitablet for on-demand gastric molecular sensing and diagnostics in vivo
Recently, a research titled Electronics-free soft robotic minitablet for on-demand gastric molecular sensing and diagnostics in vivo was published in Science Advances. This study was conducted by Prof. Yongfeng Mei and Prof. Xiangzhong Chen from the International Institute for Intelligent Nanorobots and Nanosystems at Fudan University, in collaboration with Prof. Sarthak Misra and Prof. Venkatasubramanian K. Venkiteswaran from the University of Groningen. The team reported SeroTab, an electronics-free soft robotic minitablet that integrates magnetically controlled locomotion, radio-frequency-triggered gastric fluid sampling, and ultrasound-readable pH sensing in a single ingestible platform. Inspired by the gliding motion of penguins, SeroTab can adapt to complex gastric geometries, collect gastric fluid on demand, and enable real-time pH readout over a physiologically relevant range. In vivo studies in rabbit models demonstrated its ability to detect omeprazole-induced gastric pH changes and preserve samples for metabolomic analysis, highlighting its potential for minimally invasive gastric diagnostics.
供稿人：鲍昊
审核：黄高山、陈相仲