在心臟里建起一座生理性“發(fā)電站”
——一體化柔性壓電納米發(fā)電機自供電起搏技術研發(fā)獲進展

文／吳純新 楊岑

7月18日，記者從武漢大學人民醫(yī)院獲悉，該院推進交叉融合創(chuàng)新，組建聯(lián)合研究團隊探索出超微型、可自供電的一體化柔性壓電納米發(fā)電機，應用于心臟希氏束生理性起搏。這項研究成果，探析了自供電技術用于心臟希氏束生理性起搏，防治心動過緩的臨床應用前景。武漢大學人民醫(yī)院心血管醫(yī)院江洪教授、余鋰鐳教授團隊與武漢大學人民醫(yī)院特聘教授國世上教授團隊，共同開展的上述創(chuàng)新研究，并在國際學術期刊《納米能源》在線發(fā)表。

作為嚴重心動過緩患者的“救命神器”，心臟起搏器是植入體內的電子治療設備，通過釋放電池電能，借助植入到心肌的電極來激活心肌細胞，以治療嚴重心動過緩等相關疾病。

1958年第一臺心臟起搏器植入人體以來，目前全球約有300萬人使用心臟起搏器，每年約有60萬患者接受心臟起搏器植入，并以每年15%的速度增長。現(xiàn)行通用的心臟起搏器，依靠純鋰電池發(fā)電，電池體積較大，電池耗盡后，還需重新手術更換。

心臟起搏技術研發(fā)，從最早只要滿足能夠使心臟跳動，逐漸追求更符合心臟本身的電生理傳導，再到具有維持心臟原有電機械活動特定規(guī)律的生理性起搏。當前心臟起搏器研究的前沿中，希氏束起搏能模擬心臟電活動由希氏束到心室的正常激動和傳導，被認為是心臟生理性起搏的最佳方式。

專家認為，未來心臟起搏器的重點發(fā)展方向是起搏器設備微型化、設備供電持久化、起搏方式生理化、設備植入的微創(chuàng)或無創(chuàng)化。針對這一國際前沿研究方向，武漢大學人民醫(yī)院醫(yī)學與物理研究院研究團隊開展交叉融合創(chuàng)新，研究探索匯集較好的生物相容性、高供電性、拉伸性、防水性于一體式的柔性壓電納米發(fā)電機，應用于希氏束生理性心臟起搏領域。

據介紹，柔性壓電納米發(fā)電機具有自供電特點。它可將心臟自身跳動產生的生物機械能轉化為電能，優(yōu)化心臟起搏器的能源供應，以實現(xiàn)更長工作時間應用潛力。同時，自供電起搏關鍵器件體積較小，寬度僅0.5厘米，為未來起搏器設備微型化和植入微創(chuàng)化，提供較好的探索方向。

研究過程中，上述研究團隊主要探索使用一體化柔性壓電納米發(fā)電機自供電起搏技術，驗證了對于希氏束等心臟多個起搏部位的起搏效應。

一體化柔性壓電納米發(fā)電機可成功將機械能轉化為電能，實現(xiàn)為LED燈供電。同時可像發(fā)電站一樣，將心臟搏動的機械能，自動轉化為電能并存儲，為心房、心室、希氏束等多個位點起搏提供能量。

在實驗中，研究團隊通過心外膜記錄希氏束電位確定起搏位點，利用自供電技術成功實現(xiàn)了希氏束生理性起搏。專家表示，這一研究有較好的轉化價值，對于臨床上防治心動過緩提供新的應用前景。

武漢大學人民醫(yī)院醫(yī)學與物理研究院院長徐紅星院士表示，醫(yī)學與物理交叉融合推動國產化醫(yī)療產品的開發(fā)與應用，符合“面向人民生命健康”的科技創(chuàng)新發(fā)展方向。