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

文／吳純新 楊岑

7月18日，記者從武漢大學人民醫院獲悉，該院推進交叉融合創新，組建聯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。武漢大學人民醫院心血管醫院江洪教授、余鋰鐳教授團隊與武漢大學人民醫院特聘教授國世上教授團隊，共同開展的上述創新研究，并在國際學術期刊《納米能源》在線發表。

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?，F行通用的心臟起搏器，依靠純鋰電池發電，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，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、設備植入的微創或無創化。針對這一國際前沿研究方向，武漢大學人民醫院醫學與物理研究院研究團隊開展交叉融合創新，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，優化心臟起搏器的能源供應，以實現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電機可成功將機械能轉化為電能，實現為LED燈供電。同時可像發電站一樣，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。

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