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新发明心脏起搏器,不用取出可在体内溶解

科学家发明了一种用完后可以直接被身体代谢掉的心脏起搏器。研究人员把这类电子设备称为“电子药物”。这些电子设备模糊了电子设备和药物之间的界限,将来患者像服药一样接受植入这些设备,完成其用途后它们可以被身体代谢掉而无需手术取出。

新发明心脏起搏器,不用取出可在体内溶解传统的心脏起搏器示意图。6月28日发表于《自然‧生物技术》(Nature Biotechnology)期刊的一份研究介绍了新发明的这款设备。它看起来就像一条透明的薄胶带,一端连着一个透明的小型金属线圈。研究介绍说它的质量只有一枚硬币的十分之一。这个小型金属线圈是能够从体外通过无线连接的方式获得电力的天线。获得的电力传输给像透明胶带一般的起搏器。没有参与这份研究的心脏病专家、美国印第安纳大学(Indiana University)心血管研究所所长拉曼(Subha Raman)说:“这是一项了不起的突破。”拉曼说,起搏器移除手术引起的感染很常见,尤其是在糖尿病患者中,而很多患者都是同时患有这两种疾病。此外,如果一些线缆残留在心脏内,还会妨碍患者进行MRI检查。MRI检查是中风情况下一个重要的检查手段。这种新发明自行可降解的电子设备完全可以避免这些麻烦。新发明心脏起搏器,不用取出可在体内溶解主要研究者之一的美国伊利诺伊州西北大学(Northwestern University)生物医学工程师罗杰斯(John Rogers)介绍说,这个设备关键的技术在于巧用材料的化学特性。罗杰斯说,他们知道很多化合物和铁、镁、钨这些金属都能够在体内被降解,但是电子设备需要的不仅是塑料和金属,还需要半导体材料,能够准确地控制设备的输入和输出信息。2012年,他们获得了突破,发现硅既是半导体材料,又可以被生物体吸收。罗杰斯带领的研究组一次在实验室内无意之中发现,很薄的硅材料泡在水中几天之后,就“像人体脱落的皮屑一样”溶化不见了。他们用钨、镁和硅混合制成了这个看起来透明的薄片,并连上一个形如小圆片的无线电池。这个电池通过近场通信(NFC)技术从体外获得能量。近场通信是现在常用的一种无线通信技术,比如手机、信用卡的无接触式支付用的都是这项技术。也就是说,只要在患者床头放一个电池,或是患者身上佩戴一个穿戴式的电池,就可以给植入体内的这个起搏器供电。这个设备的设计遇到的另一个挑战是,这种材料既要足够坚固不会轻易被拉断、又很有韧性能够与娇嫩的心脏组织紧密贴合,才能把电流脉冲传给心肌组织。研究介绍说,他们找到了一种化学凝胶,里面的氮原子和心脏细胞里面的碳原子会自动像蛋白质一样地紧密结合。新发明心脏起搏器,不用取出可在体内溶解这份研究在最小的小鼠心脏上、大一些的兔子心脏,再到更大一些接近人类心脏体积的狗心脏分别做了实验。结果显示这个设备都能帮助控制心率的脉动。他们还在实验室环境下、对捐献者贡献的人类心脏也进行了实验,一样获得成功。最后,对于这个设备最重要的降解特性,研究人员观察到,在动物体内1周的时间内,这个设备保持完好;到第3周的时候基本已经分解;到了第4周,已经无法工作;到了第12周,它们完全消失。研究人员表示,根据患者需要起搏器时间的长短,可以调整给这个设备外面包裹的一层保护膜。保护膜越厚,设备使用的时间越长。因为先要溶解保护膜,才会开始溶解这个设备的材料。不过,研究人员认为这种设备并不会完全代替现有的起搏器,更适合于在急需起搏器的情况下作为临时的用途。比如给心脏病发作患者、吸毒过量患者等这类不一定需要长期使用起搏器的患者。罗杰斯表示,根据这项设计改进成为能用在人类心脏上的设备,大约三年内可以开始临床实验。

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