美國西北大學團隊領銜，聯合新加坡國立大學、中國華中科技大學等多所大學的研究者，合作開發全球最小的心臟起搏器，體積比一粒米還要小。它不僅能在動物模型和人類心臟組織中有效調控心跳，還能在使用完畢後自行溶解，無需手術取出。
《紅星新聞》專訪了論文通訊作者羅傑斯，了解相關技術的誕生與前景。

據介紹，這款微型心臟起搏器的尺寸僅為1.8毫米×3.5毫米×1毫米。羅傑斯提到，這款起搏器的體積比目前已知最小的起搏器之一——美敦力Micra還小，「按體積計算，我們的設備大約小500倍」。

這款微型心臟起搏器可通過微創植入，只要將它裝入導入器，通過寬度小於3毫米的皮膚切口，便可直接注射到心外膜下心肌淺層，極大降低傳統起搏器所需的侵入性手術風險，比如感染或心肌損傷，兒童及新生兒也同樣適用。

對於微型心臟起搏器如何在沒有電池和導線的情況下工作，羅傑斯表示，其內置的電極由可生物吸收的材料組成，負極為鎂或鋅，正極為三氧化鉬。當電極接觸到心臟周圍的體液時，體液會作為電解液，觸發正負極之間的電化學反應，產生電流。因此不需要外部接入電源或替換電池，而是利用身體自身的環境「發電」，將電流傳遞給心臟，驅動它跳動。

至於如何精確控制心跳的頻率和節奏，羅傑斯介紹，研究團隊利用矽納米膜雙極結晶體管構建了一個可生物吸收的光控開關。起搏器會通過「光」實現無線操控，使用光電晶體管（光控開關）來控制傳遞給心臟的電脈沖的頻率和持續時間，在沒有光照時會阻斷電流，設備處於休眠狀態；當皮膚表面的無線單元發出近紅外光，光穿透組織照射到光電晶體管上時，它的電阻降低幾個數量級，電路接通，電流流向心臟。

同時，起搏器會配合皮膚貼片工作，皮膚貼片支持心電圖數據收集、數據分析和近紅外範圍編程光發射，分析判斷是否有心律失常。發現心律失常後，皮膚設備會發出近紅外光，實現自主閉環心臟電療。

羅傑斯表示，傳統起搏器需要導線穿過皮膚連接外部電源，患者活動受限且有感染風險，而這款裝置完全內置，依靠體液供電和光控，可以使患者擺脫束縛。

同時，微型心臟起搏器的所有材料，均使用可生物吸收的材料，在使用完畢後會逐漸降解成無害物質，通過腎臟排出體外。完全生物吸收的時間尺度約為1.2至2.5年。未來適當選擇材料和設備設計，或可將完全吸收時間大大縮短。

關於製造過程中的挑戰，羅傑斯表示，自供電方法的概念是關鍵，同時需要一個光學方案來控制設備，並提到自供電概念是由中國博士後張亞敏提出。據悉，張亞敏在美國佐治亞理工學院攻讀博士學位時研究電池技術，並將此想法帶入項目，促成這項創新。

本次研究主要在動物模型和離體人體心臟組織上驗證。至於未來在活體患者身上的應用，羅傑斯表示需經過監管流程，但已有初創公司開始推動該研究的臨床轉化。他預計，2、3年內會啟動首次人體植入的研究，使這一技術進入臨床試驗階段，最終成為醫生日常使用的工具，為心動過緩患者帶來一項新型治療選擇。