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由自然心跳驱动的无电池心脏起搏器

工程技术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

我们的 通过称为窦房结(SA 结)的内部起搏器保持起搏,也称为位于右上腔室的窦房结。 这种内部起搏器在一分钟内释放 60-100 次电荷,这种能量使心肌收缩,使我们的心脏能够将血液泵送到全身。 随着年龄的增长或生病,这个内部起搏器无法保持心脏正常跳动。 不规律的 心跳 心律失常也会导致心脏的正常心率减慢。 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——可以通过外科手术植入患者体内,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 中国上海国家科技重点实验室的研究人员着手设计一种新型的小型起搏器装置,该装置可以由自己的心跳能量提供动力,并成功地在猪身上测试了该装置。 新设备可以藏在心脏下方,而不是像传统起搏器那样靠近锁骨。 起搏器基于心脏和设备之间的理想共生关系。

这种新型起搏器的设计首先是制作一个小的柔性塑料框架。 该框架与压电层结合,压电层在弯曲时会产生能量。 这部分称为能量“收集器”,被放置在芯片上。 将该装置植入猪体内,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),相当于电池供电的起搏器。 与具有硬壳的传统起搏器相比,该设备的柔性塑料框架使其能够从心脏捕获更多能量。

由于人类的生理机能与猪非常相似,因此这种起搏器也适用于人类。 研究人员指出了一些需要解决的技术问题,例如该设备包括三种独立的技术——能量收集器、起搏器芯片和电线——需要将它们集成到一个设备中。 在动物和人体中进行的进一步测试可以确认该设备的长期稳定性。 这种装置如果成功将只需要进行一次侵入性手术,从而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
赛欧团队https://www.ScientificEuropean.co.uk
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