美國(guó)西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)、中國(guó)華中科技大學(xué)等多所大學(xué)的研究者，合作開(kāi)發(fā)了世界上最小的心臟起搏器，體積比一粒米還小。這款微型裝置的尺寸僅為1.8毫米×3.5毫米×1毫米。實(shí)驗(yàn)顯示，它不僅能在動(dòng)物模型和人類(lèi)心臟組織中有效調(diào)控心跳，還能在使用完畢后自行溶解，無(wú)需手術(shù)取出。這項(xiàng)突破性成果或?qū)樾膭?dòng)過(guò)緩患者提供一種潛在的更安全選擇，尤其對(duì)心臟手術(shù)后的臨時(shí)起搏需求具有重要意義。

論文通訊作者約翰·羅杰斯教授在接受采訪時(shí)提到，這款起搏器的體積比目前已知最小的起搏器之一——美敦力Micra還小，按體積計(jì)算大約小500倍。這款微型心臟起搏器可以通過(guò)微創(chuàng)植入，極大降低傳統(tǒng)起搏器所需的侵入性手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，比如感染或心肌損傷。具體來(lái)說(shuō)，它可以通過(guò)寬度小于3毫米的皮膚切口直接注射到心外膜下心肌淺層，適用于新生兒，并支持使用微創(chuàng)技術(shù)進(jìn)行植入。

過(guò)去，傳統(tǒng)的臨時(shí)起搏器雖然在治療心動(dòng)過(guò)緩方面發(fā)揮著重要作用，但其侵入性的植入過(guò)程以及外部電源和導(dǎo)線帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于兒童和體型較小的患者而言，一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。這款微型心臟起搏器通過(guò)自供電機(jī)制來(lái)支持運(yùn)行，內(nèi)置電極由可生物吸收的材料組成：陽(yáng)極為鎂（或鋅），陰極為三氧化鉬。當(dāng)電極接觸到心臟周?chē)捏w液時(shí)，體液作為電解液，觸發(fā)陽(yáng)極和陰極之間的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。這個(gè)起搏器不需要外部接入電源或替換電池，而是利用身體自身的環(huán)境“發(fā)電”，將電流傳遞給心臟，驅(qū)動(dòng)其跳動(dòng)。

關(guān)于如何精確控制心跳的頻率和節(jié)奏，羅杰斯介紹，這款起搏器通過(guò)“光”實(shí)現(xiàn)無(wú)線操控。光電晶體管連接在陽(yáng)極和陰極之間，起到開(kāi)關(guān)作用。在沒(méi)有光照時(shí)，它阻斷電流，設(shè)備處于休眠狀態(tài)；當(dāng)皮膚表面的無(wú)線單元發(fā)出近紅外光穿透組織照射到光電晶體管上時(shí)，它的電阻降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，電路接通，電流流向心臟。實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論是小鼠、豬，還是取自器官供體的人類(lèi)心臟，這個(gè)微型起搏器都完成了控制心臟起搏的任務(wù)。

起搏器會(huì)配合一個(gè)貼在皮膚上的無(wú)線皮膚界面一起工作，這個(gè)皮膚貼片支持心電圖數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和近紅外范圍編程光發(fā)射，分析判斷是否有心律失常。發(fā)現(xiàn)心律失常后，皮膚設(shè)備會(huì)發(fā)出近紅外光，實(shí)現(xiàn)自主閉環(huán)心臟電療。羅杰斯表示，這個(gè)系統(tǒng)減少了風(fēng)險(xiǎn)，消除了傳統(tǒng)有線臨時(shí)起搏解決方案的繁瑣性。

該裝置使用一段時(shí)間后，可在體內(nèi)無(wú)害溶解。由于所有材料都是可生物吸收的材料，設(shè)備在完成使命后會(huì)逐漸降解成無(wú)害物質(zhì)，通過(guò)腎臟排出體外。完全生物吸收的時(shí)間約為1.2-2.5年。未來(lái)適當(dāng)選擇材料和設(shè)備設(shè)計(jì)，或可將完全吸收時(shí)間大大縮短。這項(xiàng)設(shè)計(jì)源于臨床需求，由美國(guó)西北紀(jì)念醫(yī)院的心臟外科醫(yī)生提出。

關(guān)于制造過(guò)程中的挑戰(zhàn)，羅杰斯表示自供電方法的概念是關(guān)鍵，同時(shí)還需要一個(gè)光學(xué)方案來(lái)控制設(shè)備。自供電概念是由中國(guó)博士后張亞敏提出的。本次研究主要在動(dòng)物模型和離體人體心臟組織上進(jìn)行了驗(yàn)證。至于未來(lái)在活體患者身上的應(yīng)用，羅杰斯表示需經(jīng)過(guò)監(jiān)管流程。已有初創(chuàng)公司開(kāi)始推動(dòng)該研究的臨床轉(zhuǎn)化。羅杰斯預(yù)計(jì)在兩三年內(nèi)啟動(dòng)首次人體植入的研究，使這一技術(shù)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，最終成為醫(yī)生日常使用的工具，為心動(dòng)過(guò)緩患者帶來(lái)一項(xiàng)新型治療選擇。