中國科學(xué)家發(fā)明光控超薄起搏器

■顧誠

心臟起搏器是一種通過調(diào)節(jié)電脈沖以保持心臟平穩(wěn)跳動的小型設(shè)備，自投入臨床使用以來，心臟起搏器已使數(shù)以萬計的心臟病患者獲益。

傳統(tǒng)的心臟起搏器由兩部分組成：一個是脈沖發(fā)生器，一個是電極導(dǎo)線。脈沖發(fā)生器是起搏器的“大腦”，它能夠檢測心臟的電活動，根據(jù)需要產(chǎn)生電脈沖。電極導(dǎo)線是起搏器的“觸角”，它將電脈沖傳送到心臟，使心臟跳動。

傳統(tǒng)的心臟起搏器雖然能夠有效地治療心律失常，但它也有一些局限性。首先，它的體積較大。目前傳統(tǒng)心臟起搏器重量至少五克以上，安裝時需要在患者胸壁切開一個口子，將脈沖發(fā)生器埋在皮下。這樣會給患者帶來一定的創(chuàng)傷和疼痛。其次，它需要通過靜脈將電極導(dǎo)線植入心臟，這樣會增加感染、血栓、導(dǎo)線斷裂等并發(fā)癥的風(fēng)險，也會限制患者的活動范圍和強度。為了減少手術(shù)并發(fā)癥，研究人員一直以來十分希望研發(fā)一種更小巧且侵入性更小的心臟起搏器。

近日，美國芝加哥大學(xué)的中國科學(xué)家開發(fā)出了一種由光驅(qū)動的無線心臟起搏器，可植入體內(nèi)調(diào)節(jié)心血管或神經(jīng)活動。這款薄膜狀的設(shè)備不包含任何移動部件，可通過微創(chuàng)手術(shù)植入。研究論文在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上發(fā)表。

研究團(tuán)隊研發(fā)了一種只在光線照射到的地方才被激活的材料。這種材料為兩層P 型硅材料，可通過產(chǎn)生電荷來響應(yīng)光線。這種材料的頂層有許多微小的孔（納米孔隙），可以提高電性能并集中電力，而不會使其擴散。電荷積聚到一定程度之后放電并形成電脈沖，從而讓心臟同步起搏。同時，這種設(shè)計形成了微小的、可彎曲的薄膜，這種薄膜只有一微米厚，大約是人類最細(xì)頭發(fā)的1%，可通過一根細(xì)小的管子和光纖一起插入體內(nèi)。之后，光纖以精確的模式發(fā)光，薄膜拾取光纖的光電子并將其轉(zhuǎn)化為電脈沖，進(jìn)而調(diào)節(jié)心血管或神經(jīng)活動。

研究人員表示，這種特定版本的設(shè)備僅供臨時使用。該設(shè)備在移除時，無需再次進(jìn)行侵入性手術(shù)。它可隨著時間推移溶解成無毒化合物硅酸。這些設(shè)備可被設(shè)計成不同的預(yù)期壽命，這取決于對心臟刺激所需的時間。

研究人員表示，這一進(jìn)步改變了心臟再同步化治療的游戲規(guī)則，將促進(jìn)生物電子與人體自然功能的無縫結(jié)合。