细过一粒米！全球最微型心脏起搏器问世　用后可自行溶解排出体外

美国西北大学团队领衔，联合新加坡国立大学、中国华中科技大学等多所大学的研究者，合作开发全球最小的心脏起搏器，体积比一粒米还要小。它不仅能在动物模型和人类心脏组织中有效调控心跳，还能在使用完毕后自行溶解，无需手术取出。
《红星新闻》专访了论文通讯作者罗杰斯，了解相关技术的诞生与前景。

据介绍，这款微型心脏起搏器的尺寸仅为1.8毫米×3.5毫米×1毫米。罗杰斯提到，这款起搏器的体积比目前已知最小的起搏器之一——美敦力Micra还小，“按体积计算，我们的设备大约小500倍”。

这款微型心脏起搏器可通过微创植入，只要将它装入导入器，通过宽度小于3毫米的皮肤切口，便可直接注射到心外膜下心肌浅层，极大降低传统起搏器所需的侵入性手术风险，比如感染或心肌损伤，儿童及新生儿也同样适用。

对于微型心脏起搏器如何在没有电池和导线的情况下工作，罗杰斯表示，其内置的电极由可生物吸收的材料组成，负极为镁或锌，正极为三氧化钼。当电极接触到心脏周围的体液时，体液会作为电解液，触发正负极之间的电化学反应，产生电流。因此不需要外部接入电源或替换电池，而是利用身体自身的环境“发电”，将电流传递给心脏，驱动它跳动。

至于如何精确控制心跳的频率和节奏，罗杰斯介绍，研究团队利用矽纳米膜双极结晶体管构建了一个可生物吸收的光控开关。起搏器会通过“光”实现无线操控，使用光电晶体管（光控开关）来控制传递给心脏的电脉冲的频率和持续时间，在没有光照时会阻断电流，设备处于休眠状态；当皮肤表面的无线单元发出近红外光，光穿透组织照射到光电晶体管上时，它的电阻降低几个数量级，电路接通，电流流向心脏。

同时，起搏器会配合皮肤贴片工作，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，分析判断是否有心律失常。发现心律失常后，皮肤设备会发出近红外光，实现自主闭环心脏电疗。

罗杰斯表示，传统起搏器需要导线穿过皮肤连接外部电源，患者活动受限且有感染风险，而这款装置完全内置，依靠体液供电和光控，可以使患者摆脱束缚。

同时，微型心脏起搏器的所有材料，均使用可生物吸收的材料，在使用完毕后会逐渐降解成无害物质，通过肾脏排出体外。完全生物吸收的时间尺度约为1.2至2.5年。未来适当选择材料和设备设计，或可将完全吸收时间大大缩短。

关于制造过程中的挑战，罗杰斯表示，自供电方法的概念是关键，同时需要一个光学方案来控制设备，并提到自供电概念是由中国博士后张亚敏提出。据悉，张亚敏在美国佐治亚理工学院攻读博士学位时研究电池技术，并将此想法带入项目，促成这项创新。

本次研究主要在动物模型和离体人体心脏组织上验证。至于未来在活体患者身上的应用，罗杰斯表示需经过监管流程，但已有初创公司开始推动该研究的临床转化。他预计，2、3年内会启动首次人体植入的研究，使这一技术进入临床试验阶段，最终成为医生日常使用的工具，为心动过缓患者带来一项新型治疗选择。