新發明心臟起搏器 不用取出可在體內溶解

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【大紀元2021年07月24日訊】(大紀元記者李少維編譯報導)科學家發明了一種用完後可以直接被身體代謝掉的心臟起搏器。研究人員把這類電子設備稱為「電子藥物」。這些電子設備模糊了電子設備和藥物之間的界限,將來患者像服藥一樣接受植入這些設備,完成其用途後它們可以被身體代謝掉而無需手術取出。

6月28日發表於《自然‧生物技術》(Nature Biotechnology)期刊的一份研究介紹了新發明的這款設備。它看起來就像一條透明的薄膠帶,一端連著一個透明的小型金屬線圈。

研究介紹說它的質量只有一枚硬幣的十分之一。這個小型金屬線圈是能夠從體外通過無線連接的方式獲得電力的天線。獲得的電力傳輸給像透明膠帶一般的起搏器。

沒有參與這份研究的心臟病專家、美國印第安納大學(Indiana University)心血管研究所所長拉曼(Subha Raman)告訴連線(《WIRED》)雜誌:「這是一項了不起的突破。」

拉曼說,起搏器移除手術引起的感染很常見,尤其是在糖尿病患者中,而很多患者都是同時患有這兩種疾病。 此外,如果一些線纜殘留在心臟內,還會妨礙患者進行MRI檢查。MRI檢查是中風情況下一個重要的檢查手段。這種新發明自行可降解的電子設備完全可以避免這些麻煩。

主要研究者之一的美國伊利諾伊州西北大學(Northwestern University)生物醫學工程師羅傑斯(John Rogers)介紹說,這個設備關鍵的技術在於巧用材料的化學特性。

羅傑斯說,他們知道很多化合物和鐵、鎂、鎢這些金屬都能夠在體內被降解,但是電子設備需要的不僅是塑料和金屬,還需要半導體材料,能夠準確地控制設備的輸入和輸出信息。

2012年,他們獲得了突破,發現硅既是半導體材料,又可以被生物體吸收。羅傑斯帶領的研究組一次在實驗室內無意之中發現,很薄的硅材料泡在水中幾天之後,就「像人體脫落的皮屑一樣」溶化不見了。

他們用鎢、鎂和硅混合製成了這個看起來透明的薄片,並連上一個形如小圓片的無線電池。這個電池通過近場通信(NFC)技術從體外獲得能量。近場通信是現在常用的一種無線通信技術,比如手機、信用卡的無接觸式支付用的都是這項技術。也就是說,只要在患者床頭放一個電池,或是患者身上佩戴一個穿戴式的電池,就可以給植入體內的這個起搏器供電。

這個設備的設計遇到的另一個挑戰是,這種材料既要足夠堅固不會輕易被拉斷、又很有韌性能夠與嬌嫩的心臟組織緊密貼合,才能把電流脈衝傳給心肌組織。研究介紹說,他們找到了一種化學凝膠,裡面的氮原子和心臟細胞裡面的碳原子會自動像蛋白質一樣地緊密結合。

這份研究在最小的小鼠心臟上、大一些的兔子心臟,再到更大一些接近人類心臟體積的狗心臟分別做了實驗。結果顯示這個設備都能幫助控制心率的脈動。他們還在實驗室環境下、對捐獻者貢獻的人類心臟也進行了實驗,一樣獲得成功。

最後,對於這個設備最重要的降解特性,研究人員觀察到,在動物體內1週的時間內,這個設備保持完好;到第3週的時候基本已經分解;到了第4週,已經無法工作;到了第12週,它們完全消失。

研究人員表示,根據患者需要起搏器時間的長短,可以調整給這個設備外面包裹的一層保護膜。保護膜越厚,設備使用的時間越長。因為先要溶解保護膜,才會開始溶解這個設備的材料。

不過,研究人員認為這種設備並不會完全代替現有的起搏器,更適合於在急需起搏器的情況下作為臨時的用途。比如給心臟病發作患者、吸毒過量患者等這類不一定需要長期使用起搏器的患者。

羅傑斯表示,根據這項設計改進成為能用在人類心臟上的設備,大約三年內可以開始臨床實驗。◇

責任編輯:葉紫微#

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