芝加哥大学的科学家们研制出了一种新型心脏起搏器,它比头发丝还细,采用无线技术,完全通过光纤发出的光进行操作。这种非侵入式装置可以帮助调节心脏活动,甚至以设定的模式刺激神经元,以治疗帕金森病等疾病症状。
该研究的研究员李鹏举拿着一个仅有 1 微米厚的心脏起搏器原型,该起搏器通过光脉冲运行
心脏的泵血得益于一系列精心计时的电信号,但如果这些电信号没有按时发出,就会导致各种问题,如中风、心脏病发作甚至致命的器官衰竭。心脏起搏器可以监测和纠正这些异常节律,但它们需要进行侵入性手术,也有一定的风险。
新装置的侵入性更小--它是一层仅一微米厚的薄膜,比人的头发丝薄约 100 倍,或者比最近用石墨烯制成的同样 100 微米厚的类似装置薄约 100 倍。它的重量只有五十分之一克,比普通起搏器轻 250 倍。它不需要电池,而是由光驱动。
很明显,光线通常无法到达心脏(除非出了大问题),因此要在心脏旁插入一根极窄的光纤。光纤以特定的模式发光,从而触发薄膜产生电流。薄膜由两层 P 型硅制成--顶层点缀着纳米级的小孔,这些小孔可以限制电流,使设备能够按需刺激心脏的特定部位,产生所需的节律。
研究小组先在实验室培育的人体心脏组织中测试了该装置,然后在离体大鼠心脏中进行了测试,接着在活体小鼠和大鼠身上进行了测试,最后在活体猪身上进行了测试。在所有情况下,该技术都能根据需要刺激心脏节律,只需要内窥镜手术,而不需要打开胸腔。
这种薄型心脏起搏器目前的设计是临时性的,它能溶解到一种叫做硅酸的无毒化合物中,这样就不需要再做一次手术将其取出。但研究小组表示,未来的版本可以适应不同的持续时间。
研究人员还表示,该设备可用于按需以特定模式刺激神经。这可用于治疗帕金森症或慢性疼痛等疾病症状。
这项研究发表在《自然》杂志上。