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由自然心跳驱动的无电池心脏起搏器

研究表明,创新的自供电心脏起搏器首次在猪身上测试成功

借助我们的 通过其内部保持节奏 起搏器 又称窦房结(SAnode),又称窦房结,位于右上房。这种内部起搏器每分钟释放 60-100 次电荷,这种能量使心肌收缩,使我们的心脏将血液泵送到全身。随着年龄的增长或生病,这种内在的 起搏器 无法保持心脏正常跳动。心律不齐也是由心律失常引起的,它会减慢心脏的正常心率。为了弥补这种损失,传统的心脏 起搏器 – 一种电池供电的电子设备 – 可以通过手术植入患者体内,以调节心跳并保持心脏稳定跳动。

传统的心脏起搏器

该设备由一个电池供电的脉冲发生器组成,它被植入锁骨附近的皮肤下。 它还具有将设备连接到心脏的绝缘电线。 电子电路产生电信号,这些电信号通过电极传送到心脏。 起搏器是一种救生装置; 然而,当前起搏器的一个重要限制是,由于电池寿命有限,它们在安装后的 5 到 12 年内需要随时更换。 植入只能通过使用局部麻醉的侵入性手术完成,这本身具有挑战性,因为需要打开患者的胸腔。 手术不仅费用昂贵,而且还会增加患者出现并发症、感染甚至出血的风险。 另一种微型起搏器已被设计出来,可以通过导管植入,避免手术,但仍在进行测试。

研究人员一直致力于构建 心脏起搏器 它可以替代使用来自人自己心跳的自然能量而不是电池。 从理论上讲,这种起搏器一旦植入患者体内就不需要更换。 钚动力起搏器早在几十年前就已制造出来。 迄今为止,新型起搏器的实验设计面临着一些限制——例如刚性设计结构限制了其功率和小型化的复杂性。

具有独特设计的创新型无电池起搏器

在发表于 ACS纳米 中国上海国家科学技术重点实验室的研究人员着手设计一种新型小型 起搏器 一种可以利用自己心跳的能量来供电的装置,他们成功地在猪身上测试了该装置。这种新装置可以藏在心脏下方,而不是像传统起搏器那样藏在锁骨附近。起搏器基于心脏和设备之间理想的共生关系。

这种新型起搏器的设计首先是制作一个小型柔性塑料框架。该框架与压电层粘合,压电层弯曲时会产生能量。这部分被称为能量“采集器”,被放置在芯片上。该装置被植入猪体内,观察到动物自身的心跳可以改变(弯曲)框架的形状,从而产生足够的能量(功率),相当于电池供电的能量(功率)。 起搏器。与带有硬盒的传统起搏器相比,该设备的柔性塑料框架使其能够从心脏捕获更多能量。

由于人类的生理结构与猪非常相似,因此 起搏器 对人类也能很好地发挥作用。研究人员指出了一些需要解决的技术问题,例如该设备由三种独立的技术组成——能量采集器、 起搏器 芯片和电线——需要集成到一个设备中。在动物和人体中进行进一步测试可以确认该设备的长期稳定性。如果这种装置成功,则只需进行侵入性手术即可降低患者出现并发症的风险。这种新设备的一个主要限制可能是医生可能无法像电池供电的起搏器那样远程监控患者。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

宁 L 等。 2019. 通过心跳的自然能量直接为真正的心脏起搏器供电。 ACS纳米https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567

赛欧团队
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