植入式起搏器，無(wú)需更換電池，未來(lái)或可由心臟自身跳動(dòng)供能

忘掉智能眼鏡或是AI手表吧，因?yàn)榛蛟S終端的智能設(shè)備并非是穿戴身上，而是植入人體內(nèi)部?，F(xiàn)今社會(huì)，已有越來(lái)越多的人體植入式智能設(shè)備應(yīng)用于改善人們生活，甚至挽救生命之中。

據(jù)維基百科介紹，“心臟起搏器，又稱(chēng)心臟節(jié)律器，心臟起搏器是一種醫(yī)療器材，使用電擊來(lái)對(duì)心臟肌肉做持續(xù)性的規(guī)律刺激，以維持心臟的持續(xù)跳動(dòng)。”

心臟起搏器也是醫(yī)學(xué)臨床中最常見(jiàn)的心臟功能輔助治療器械，通過(guò)上述原理還可幫助治療心律失常、心率過(guò)慢等心肌功能障礙和急救。

近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，心臟起搏器取得了巨大進(jìn)步，它幫助數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的生命維持正常生活?？梢哉f(shuō)，植入式電子心臟起搏器是目前治療竇性緩慢性心律失常等疾病的最佳手段。

當(dāng)患者被植入電子心臟起搏器后，在出現(xiàn)心臟功能減弱或者遇到障礙時(shí)，它的微型計(jì)算機(jī)AI系統(tǒng)會(huì)開(kāi)始自動(dòng)工作。不過(guò)，由于目前植入式電子心臟起搏器的動(dòng)能以?xún)?nèi)置電池供電為主，所以電池和導(dǎo)線(xiàn)會(huì)引起患者出現(xiàn)一系列的并發(fā)癥，如氣胸、感染、甚至導(dǎo)線(xiàn)失效等。

所以，患者需要定期通過(guò)外科手術(shù)進(jìn)行電池更換，這不僅給患者帶來(lái)巨大的心理壓力和健康風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)給患者的家庭帶來(lái)額外經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

此外，在做完心臟手術(shù)后，部分患者還需要臨時(shí)使用心臟起搏器，就算是這種“臨時(shí)性”的植入，心臟起搏器仍需要穿過(guò)人體皮膚插入導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行連接，這通常會(huì)給患者帶來(lái)感染風(fēng)險(xiǎn)，并還會(huì)限制患者的行動(dòng)。

而當(dāng)患者康復(fù)或者需要摘除起搏器時(shí)，移除植入的醫(yī)療設(shè)備也存在破壞心肌組織的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了能夠被身體所吸收并克服這些限制及風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)無(wú)需更換電池的植入式電子心臟起搏器成為心臟起搏器的重點(diǎn)發(fā)展方向。

近期，由AIP主辦的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換會(huì)議上，來(lái)自上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院的易志然博士發(fā)表了題為《無(wú)電池心掛起搏器的扣壓式壓電能量收集機(jī)制》的論文。

論文介紹，植入式電子心臟起搏器未來(lái)或無(wú)需電池，只要通過(guò)人體心臟跳動(dòng)即可采集動(dòng)能為自身供電的方法。研究團(tuán)隊(duì)表示，由于現(xiàn)在市售植入式電子心臟起搏器主要依靠?jī)?nèi)置電池提供動(dòng)能，所以，該領(lǐng)域研發(fā)受到限制。不過(guò)，利用植入式能量收集技術(shù)，無(wú)需電池也可以提供持續(xù)供電的方法。

植入式心臟起搏器由心臟自身供能，無(wú)需更換電池

目前，市場(chǎng)上現(xiàn)有的心臟起搏器主要由一根或多根搏導(dǎo)電線(xiàn)，將脈沖發(fā)生器和微型計(jì)算機(jī)以及電池連接到心臟上，大多電池需要5年～12年更換一次。易志然告訴媒體：“能量通過(guò)心臟起搏器封裝結(jié)構(gòu)的屈曲獲得，產(chǎn)生屈曲的壓電能量，未來(lái)通過(guò)使用植入式能量采集技術(shù)，無(wú)電池起搏器提供了一種可持續(xù)的供電方法。”

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)將用壓電材料研發(fā)“自供電起搏器”，壓電材料的原理在于當(dāng)受到壓力（彎曲）時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電壓。在此之前，并未有研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出可彎曲到產(chǎn)生足夠電壓的設(shè)備。

對(duì)此，易志然稱(chēng)：“如果心臟跳動(dòng)產(chǎn)生的作用力是0.5牛頓，輸出功率大約是192微瓦，那么只要不低于10微瓦功率就能夠滿(mǎn)足商用起搏器的需要。”

目前，這種無(wú)需電池且無(wú)電線(xiàn)的心臟起搏器還在試驗(yàn)階段，關(guān)于該起搏器未來(lái)的植入方法、穩(wěn)定性和能量收集等集成技術(shù)仍需更多的研究和實(shí)驗(yàn)。易志然介紹：“首個(gè)研究計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)收集能量單元和柔性起搏電路的集成系統(tǒng)。然后，我們將進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性的驗(yàn)證?！?/p>

截止目前，植入式電子設(shè)備的最佳用途依1日是提供醫(yī)療服務(wù)。或許，這種技術(shù)未來(lái)還將應(yīng)用于腸胃、大腦、神經(jīng)等各類(lèi)植入式電子醫(yī)療設(shè)備中。無(wú)論是廣泛的應(yīng)用前景還是商業(yè)化價(jià)值上，該領(lǐng)域的進(jìn)展都將為下一代心臟起搏技術(shù)甚至術(shù)后康復(fù)提供更安全的解決方案。

另一方面，當(dāng)植入技術(shù)成熟到可以預(yù)防心臟病、帕金森甚至通過(guò)植入芯片可以調(diào)節(jié)大腦神經(jīng)時(shí)，或許人類(lèi)和計(jì)算機(jī)將進(jìn)入全新的協(xié)同時(shí)代。（摘自關(guān)《深科技》）（編輯/克珂）