本站讯 心脏起搏器是严重心动过缓患者的“救命神器”。近期，武汉大学人民医院推进交叉融合创新，组建联合研究团队探索出将超微型、可自供电的一体化柔性压电纳米发电机（A-PENG），应用于心脏希氏束生理性起搏。这项最新的交叉融合创新研究成果，探索了自供电技术用于心脏希氏束生理性起搏从而防治心动过缓的临床应用前景。
最新一期的国际知名学术期刊《纳米能源》（Nano Energy，IF=19.069）在线发表了武汉大学人民医院心血管医院江洪教授、余锂镭教授团队与武汉大学人民医院特聘教授国世上教授团队携手开展的创新研究。武汉大学人民医院心内科为第一作者单位及共同通讯作者单位。
图1：《Self-Powered Pacemaker Based on All-in-one Flexible Piezoelectric Nanogenerator》论文正式在线发表
心脏起搏器是植入体内的电子治疗设备，通过释放电池中的电能，借助植入到心肌的电极来激活心肌细胞，从而治疗严重的心动过缓等相关疾病。自1958年第一台心脏起搏器植入人体以来，目前全球约有300万人使用心脏起搏器，每年约有60万患者接受心脏起搏器植入，并且每年以15%的速度增长。现行通用的心脏起搏器，依靠的是纯锂电池发电，电池体积较大，且电池耗尽后，还需要重新手术更换。
心脏起搏技术的研发，从最早只要满足能够使心脏跳动，逐渐追求更符合心脏本身的电生理传导，再到具有维持心脏原有电机械活动特定规律的生理性起搏这一当前心脏起搏器研究的前沿。其中，希氏束起搏能模拟心脏电活动由希氏束到心室的正常激动和传导，目前被认为是心脏生理性起搏的最佳方式。
专家指出，未来心脏起搏器的重点发展方向是起搏器设备微型化、设备供电持久化、起搏方式生理化、设备植入的微创或无创化。针对这一国际前沿研究方向，武汉大学人民医院医学与物理研究院研究团队积极开展交叉融合创新，研究探索了汇集较好的生物相容性、高供电性、拉伸性、防水性于一体式的柔性压电纳米发电机（all-in-one piezoelectric nanogenerator, A-PENG），应用于希氏束生理性心脏起搏领域。
图2：基于A-PENG自供电起搏策略的潜在特点
据悉，柔性压电纳米发电机（A-PEN）具有自供电的特点。它可以将心脏自身跳动产生的生物机械能转化为电能，具有优化心脏起搏器的能源供应，以实现更长工作时间的应用潜力；同时自供电起搏关键器件体积较小，宽度仅0.5cm，为未来起搏器设备微型化和植入微创化，提供了较好的探索方向。
图3：图中院徽前方透明条带为一体化柔性压电纳米发电机（A-PENG）的关键部件，可将机械能转化为电能为LED灯供电（图片来源Nano Energy 2022;99:107420）
研究过程中，该团队重点探索了使用一体化柔性压电纳米发电机自供电起搏技术，验证了对于希氏束等心脏多个起搏部位的起搏效应。首先，一体化柔性压电纳米发电机可成功将机械能转化为电能，实现为LED灯供电；同时可像发电站一样，将心脏搏动的机械能，自动转化为电能并存储，为心房、心室、希氏束等多个位点起搏提供能量；在实验中，研究团队通过心外膜记录希氏束电位确定起搏位点，利用自供电技术成功实现了希氏束生理性起搏。专家表示，这一研究有较好的转化价值，对于临床上防治心动过缓有提供了新的应用前景。
图4：一体化柔性压电纳米发电机（A-PENG）将心脏搏动机械能转化为电能并存储，为心房、心室、希氏束等多个位点起搏供能（图片来源Nano Energy 2022;99:107420）
图5：心外膜记录希氏束电位确定起搏位点，利用自供电技术实现希氏束生理性起搏（图片来源Nano Energy 2022;99:107420）
武汉大学人民医院心血管医院江洪教授、余锂镭教授团队积极响应医院倡导的交叉融合创新举措，长期与武汉大学物理、化学、生命科学、计算机人工智能等相关学院保持深度的合作关系。相关创新转化研究主要发表在Circulation（IF 39.918）、J Am Coll Cardiol（IF 27.203）、National Science Review (IF 23.178)、Adv. Funct. Mater. (IF 19.924，封面论文)、Nano Energy (19.069)等国际知名期刊。此次与武汉大学物理科学与技术学院在自供电生理性起搏领域进行的合作研究，是该团队积极响应 “交叉融合”战略，以临床需求为导向，以交叉融合创新为方法，以守护心脏健康为目的，做出的又一次科学探索。未来研究团队将积极向其他卓越团队进一步学习交流，寻求更广阔的交叉合作，助力人民健康。
武汉大学人民医院医学与物理研究院院长徐红星院士介绍，医学与物理交叉融合推动国产化医疗产品的开发与应用，符合“面向人民生命健康”的科技创新发展方向。未来，武汉大学人民医院医学与物理研究院将继续以临床问题为导向，协同攻关，更好地服务“健康中国”战略和人民健康事业。（杨岑）
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