天下最鉴戒脏起搏器问世：比米粒还小，关键的自供电方法由中国博士后提出

美国西北大学团队领衔，连合新加坡国立大学、中国华中科技大学等多所大学的研究者，互助开辟了天下上最小的心脏起搏器，体积比一粒米还小！

北京时间4月2日，《自然》期刊发表了一项由美国西北大学教授、生物电子研究所主任约翰·罗杰斯团队领导的研究，先容了这款堪称目宿天下上最小的心脏起搏器。

▲该心脏起搏器尺寸仅为1.8毫米×3.5毫米×1毫米

这款微型装置的尺寸仅为1.8毫米×3.5毫米×1毫米。实行表现，它不但能在动物模子和人类心脏构造中有效调控心跳，还能在利用完毕后自行溶解，无需手术取出。这项突破性成果或将为心动过缓患者提供一种潜伏的更安全选择，尤其对心脏手术后的暂时起搏需求具有告急意义。

对此，红星消息记者专访了论文通讯作者罗杰斯，了解相干技能的诞生与远景。罗杰斯是美国国家科学院、工程院和艺术与科学院三院院士，长期致力于仿生电子器件和可穿戴生物医学电子器件的研究。他在担当采访时提到，这款起搏器的体积比现在已知最小的起搏器之一——美敦力Micra还小，“按体积盘算，我们的装备约莫小500倍。”

“体液”自供电，无需电源和电线

3毫米切口“注射式”植入

据先容，这款微型心脏起搏器可以通过微创植入，极大低落传统起搏器所需的侵入性手术风险，好比感染或心肌损伤。详细来说，它可以通过一种创伤很小的手术方式，即装入导入器，通过宽度小于3毫米的皮肤切口，直接注射到心外膜下心肌浅层。这一结果甚至实用于新生儿，并支持利用微创技能进行植入。

▲约翰·罗杰斯

已往，传统的暂时起搏器固然在治疗心动过缓（心率偏低）方面发挥着告急作用，但其侵入性的植入过程以及外部电源和导线带来的潜伏风险，尤其对于儿童和体型较小的患者而言，不停是一项挑衅。

令人好奇的是，这款微型心脏起搏器如何在没有电池和导线的情况下工作？关于供电方式，罗杰斯表现：“我们有一个自供电机制来支持起搏器的运行。”其内置的电极由可生物吸取的质料构成：阳极（即负极）为镁（或锌），阴极（正极）为三氧化钼。当电极打仗到心脏附近的体液时，体液作为电解液，触发阳极和阴极之间的电化学反应，产生电流。

“详细而言，一个活性可生物吸取的镁合金或锌复合质料作为阳极，一个更具电正性的可生物吸取三氧化钼复合质料作为阴极。心脏构造及其相干生物液体作为电解质，形成原电池。”论文中云云形貌。换句话说，这个起搏器不须要外部接入电源或更换电池，而是利用身材自身的情况“发电”，将电流通报给心脏，驱动它跳动。

光遥控起搏，配对贴片监测心电图

发现心律失常自动发光电疗

那么，如何准确控制心跳的频率和节奏？罗杰斯向红星消息记者先容，这款起搏器通过“光”实现无线操控。“我们利用光电晶体管（光控开关）来控制转达给心脏的电脉冲的频率和连续时间（以设放心率）。”他说。光电晶体管是一种由硅制成的微小组件，毗连在阳极和阴极之间，起到开关作用。在没有光照时，它阻断电流，装备处于休眠状态；当皮肤外貌的无线单位发出近红外光，光穿透构造照射到光电晶体管上时，它的电阻低落几个数量级，电路接通，电流流向心脏。

▲皮肤贴片和起搏器将共同一起工作

“近红外光具有深层构造穿透的特性，这使得光学方法变得很有吸引力。我们乐成地用硅纳米膜双极结晶体管构建了一个可生物吸取的光控开关。”罗杰斯增补道。实行中，无论是小鼠、猪，还是取自器官供体的人类心脏，这个微型起搏器都完成了控制心脏起搏。

起搏器会共同一个贴在皮肤上的无线皮肤界面一起工作。这个皮肤贴片支持心电图数据收集、数据分析和近红外范围编程光发射，分析判断是否故意律失常。发现心律失常后，皮肤装备会发出近红外光，实现自主闭环心脏电疗。

罗杰斯说：“这个体系减少了风险，消除了传统有线暂时起搏办理方案的繁琐性。”传统起搏器须要导线穿过皮肤毗连外部电源，患者运动受限且有感染风险，而这款装置完全内置，依赖体液供电和光控，可以使患者摆脱束缚。

人体内可完全吸取

使命期后降解，2年多完全消散

罗杰斯告诉红星消息记者，该装置利用一段时间后，可在体内无害溶解。

由于所有质料（包罗电极、光电晶体管和封装质料）都是可生物吸取的质料，装备在完成使命（猪和人类心脏上的体外起搏实行表现连续运行约16天）后会渐渐降解成无害物质，通过肾脏排出体外。完全生物吸取的时间尺度约为1.2-2.5年。将来得当选择质料和装备计划，或可将完全吸取时间大大紧缩。据悉，这项计划源于临床需求，由美国西北怀念医院的心脏外科医生提出。

▲微型心脏起搏器的导入器

关于制造过程中的挑衅，罗杰斯表现：“自供电方法的概念是关键，同时还须要一个光学方案来控制装备。”他坦言，自供电概念是由中国博士后张亚敏提出的。在美国佐治亚理工学院攻读博士学位时，张亚敏研究电池技能，将这一想法带入项目，促成了这一创新。

本次研究告急在动物模子和离体人体心脏构造上进行了验证。至于将来在活体患者身上的应用，罗杰斯表现需颠末羁系流程，“任何这类救生植入物都必须通过严酷的羁系流程”。别的，罗杰斯表现，已有初创公司开始推动该研究的临床转化。

罗杰斯预计在两三年内启动初次人体植入的研究，使这一技能进入临床试验阶段，终极成为医生一样平常利用的工具，为心动过缓患者带来一项新型治疗选择。

红星消息记者 邓纾怡

编辑 郭庄 责编 邓旆光