科学家已在活猪身上成功测试了一种由心跳供能的心脏起搏器,猪的心脏在大小和功能上与人类相似。研究人员表示,这是朝着开发无电池植入式医疗设备迈出的重要一步。目前心脏起搏器电池的寿命为 7 到 10 年,更换电池需要昂贵的手术。
这种新型“共生心脏起搏器”由三个组件组成:一个附着在心脏上的晶圆尺寸的发电机,将器官的机械能转化为电能;一个功率管理单元,带有一个电容器来存储能量;以及心脏起搏器本身,它刺激和调节心肌。
北京纳米能源与纳米系统研究所的周立和佐治亚理工学院的王中林及其同事将他们的设备植入了两只成年雄性猪体内。在第一只动物(心脏健康)中,该团队测试了发电机收集能量的效果;它为心脏起搏器供电总共近三个半小时。科学家在四月份的《自然通讯》杂志上报道称,这只猪的心脏产生的能量足以为人用版本的心脏起搏器供电。在第二只猪中,他们诱发了心律不齐(心律失常),以测试心脏起搏器的治疗功能。当该设备(已由猪的心脏充电一个多小时)开启时,动物的心跳立即变得规律,即使在关闭后也保持如此。
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在不久的将来不太可能进行人体试验,因为该设备的尺寸、安全性和效率仍有待优化。“所描述的技术是一项重大成就,”杜克大学的生物医学工程师帕特里克·沃尔夫说,他没有参与这项研究。但他警告说,尺寸和效率障碍仍然很大,并且心脏起搏器在不那么活跃、患病的心脏中的有效性还有待确定。
另一个缺点是,该装置必须直接附着在心脏表面,并且可能会干扰器官的功能。达特茅斯学院和德克萨斯大学圣安东尼奥分校的一个小组此前设计了一种心脏起搏器,它反而利用自身导线的动能,当心脏搏动时导线会移动。该团队目前正在狗身上进行测试。
普渡大学工业与生物医学工程研究员拉姆斯·马丁内斯说:“这些无电池技术的开发将彻底改变植入式设备,”他没有参与这两项研究。“不久的将来,传统的刚性植入物将演变成能够从患者身上获取其功能所需能量的顺应性系统。”