由光驱动的起搏器消除了对电池的需求，让心脏更自然地运作

通过利用光，我的同事们 和我 设计了一种无线超薄起搏器，其工作原理类似于太阳能电池板。 这种设计不仅消除了对电池的需求，而且通过塑造心脏的轮廓，最大限度地减少对心脏自然功能的干扰。 我们最近的研究 发表在《自然》杂志上，提供了一种需要电刺激的治疗新方法，例如心脏起搏。

起搏器是医疗器械 植入体内以调节心律。 它们由带有电池的电子电路和固定在心肌上以刺激心肌的导线组成。 然而，导线可能会失效并损伤组织。 导线的位置一旦植入就无法改变，从而限制了对不同心脏区域的接触。 由于起搏器使用刚性金属电极，因此在使用时也可能会损伤组织 手术后重新启动心脏 或者 调节心律失常。

我们的团队设想了一种无引线且更灵活的起搏器，可以精确刺激心脏的多个区域。 所以我们设计了一个设备 将光转化为生物电，或心脏细胞产生的电信号。 我们的起搏器比人的头发还细，由光纤和硅膜制成， 田实验室 和芝加哥大学的同事 普利兹克分子工程学院 花了多年的时间开发。

与太阳能电池板一样，该起搏器由光供电。

不像 传统太阳能电池 通常旨在收集尽可能多的能量，我们对设备进行了调整，使其仅在光线照射的点处发电，以便它可以精确地调节心跳。 我们通过使用一层可以捕获光和电流的非常小的孔隙来做到这一点。 只有暴露于光激活孔的心肌才会受到刺激。

由于我们的设备体积小、重量轻，因此无需打开胸部即可植入。 我们可以 成功植入 在啮齿动物和成年猪的心脏中，调节不同心肌的跳动。 因为 猪心 在解剖学上与人类心脏相似，这一成就表明我们的设备具有应用于人类的潜力。

为什么它很重要

心脏病是 世界各地主要死亡原因。 每年， 超过200万人 接受心脏直视手术来治疗心脏问题，包括 植入装置 调节心律并预防心脏病发作。

我们的超轻设备轻轻地贴合心脏表面，从而实现侵入性较小的刺激并改善起搏和同步收缩。 为了减少术后创伤和恢复时间，我们的设备可以通过微创技术植入。

仍然未知的事情

目前，我们的技术最好首先用于紧急心脏病，包括手术后、心脏病发作和心室除颤后重新启动心脏。 我们不断探索其对人体的长期影响和持久性。

人体的内部环境是 富含液体 受到心脏持续机械运动的干扰。 随着时间的推移，这可能会损害设备的功能。

此外，研究人员并不完全了解身体对长时间接触医疗设备有何反应。 的形成 疤痕组织 植入后设备周围的环境可能会降低其灵敏度。 我们正在开发特殊的表面处理和生物材料涂层，以降低拒绝的可能性。

尽管我们的设备故障会产生一种无毒物质，人体可以安全地吸收，称为 硅酸，评估身体对延长植入的反应对于确保安全性和有效性至关重要。

下一步是什么

为了实现长期植入并为每位患者量身定制设备，我们正在改进其在体内自然溶解的速度。 我们正在探索增强功能，以使该设备兼容可穿戴起搏器。 这涉及到在皮肤下集成一个无线发光二极管（LED），并通过光纤连接到设备。

我们的最终目标是将光电药物的范围扩大到心脏护理之外。 这包括 神经刺激、神经假体和疼痛管理来治疗神经退行性疾病，例如 帕金森病。

这 研究简介 是对有趣的学术工作的简短介绍。

Pengju Li 是一名博士学位。 芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程候选人。 本文转载自 对话 在一个 知识共享许可。 阅读 来源文章。