中國科學家發明光控超薄起搏器

■顧誠

心臟起搏器是一種通過調節電脈沖以保持心臟平穩跳動的小型設備，自投入臨床使用以來，心臟起搏器已使數以萬計的心臟病患者獲益。

傳統的心臟起搏器由兩部分組成：一個是脈沖發生器，一個是電極導線。脈沖發生器是起搏器的“大腦”，它能夠檢測心臟的電活動，根據需要產生電脈沖。電極導線是起搏器的“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，將脈沖發生器埋在皮下。這樣會給患者帶來一定的創傷和疼痛。其次，它需要通過靜脈將電極導線植入心臟，這樣會增加感染、血栓、導線斷裂等并發癥的風險，也會限制患者的活動范圍和強度。為了減少手術并發癥，研究人員一直以來十分希望研發一種更小巧且侵入性更小的心臟起搏器。

近日，美國芝加哥大學的中國科學家開發出了一種由光驅動的無線心臟起搏器，可植入體內調節心血管或神經活動。這款薄膜狀的設備不包含任何移動部件，可通過微創手術植入。研究論文在《自然·生物醫學工程》雜志上發表。

研究團隊研發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，可通過產生電荷來響應光線。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，大約是人類最細頭發的1%，可通過一根細小的管子和光纖一起插入體內。之后，光纖以精確的模式發光，薄膜拾取光纖的光電子并將其轉化為電脈沖，進而調節心血管或神經活動。

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

研究人員表示，這一進步改變了心臟再同步化治療的游戲規則，將促進生物電子與人體自然功能的無縫結合。