用光遙控心跳，靠體液自供電，這個還沒米粒大的儀器是什么黑科技？

說到心臟起搏器，大家也許都有所耳聞。如果說心臟起搏器可以比米粒還小，不需電池，甚至用完后能在體內(nèi)“自動溶解”，你敢相信嗎？

今年4月2日，國際頂級期刊《自然》發(fā)表了一項震撼醫(yī)學(xué)界的突破[1]：由美國西北大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、中國華中科技大學(xué)等團隊聯(lián)合研發(fā)的堪稱世界最小的心臟起搏器正式問世！它的尺寸僅有1.8毫米×3.5毫米×1毫米，比之前被稱為“全球最小心臟起搏器之一”的美敦力Micra體積縮小了500倍！

比米粒還小的心臟起搏器圖源：紅星新聞

01、當(dāng)身體變成“發(fā)電廠”：體液驅(qū)動的生命引擎

傳統(tǒng)的心臟起搏器主要由一個內(nèi)含電池的脈沖發(fā)生器和細(xì)長的電極導(dǎo)線構(gòu)成。醫(yī)生通常通過鎖骨附近的靜脈穿刺，將電極導(dǎo)線的一端送入心臟內(nèi)部，另一端則連接在脈沖發(fā)生器上，并將脈沖發(fā)生器埋入胸壁皮下。

心臟起搏器會持續(xù)監(jiān)測心跳，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即通過導(dǎo)線向心肌發(fā)送電脈沖，強制心臟按設(shè)定頻率收縮。心臟起搏器已拯救無數(shù)的生命，但傳統(tǒng)的心臟起搏器電池壽命有限（約5-10年），需二次手術(shù)更換，而且導(dǎo)線長期留存可能會引發(fā)感染或血管損傷等問題。因此，科學(xué)家們一直在改進心臟起搏器的設(shè)計。

圖源：天津市人民醫(yī)院
這款最新型的心臟起搏器不需要大規(guī)模手術(shù)，通過不到3毫米的微創(chuàng)切口，用注射器就能將它送入心臟表層。更神奇的是，它不需要電池和導(dǎo)線，可以直接從人體“借電”——研究人員在裝置中設(shè)計了一對特殊的電極：陽極使用可生物降解的鎂或鋅合金，陰極則是三氧化鉬。當(dāng)這對電極接觸到心臟周圍的體液時，體液中的電解質(zhì)會觸發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，起搏器會將電流傳遞給心臟，驅(qū)動它跳動。

微型心臟起搏器的導(dǎo)入器 圖源：紅星新聞

02、用光遙控心跳：近紅外光的“無形指令”

沒有電池和導(dǎo)線，如何精準(zhǔn)地控制心跳呢？研究團隊的答案是：光。

患者只需要在胸前貼上一個皮膚貼片——一枚無線設(shè)備，這個貼片既能實時監(jiān)測心電圖，又能發(fā)射近紅外光。

皮膚貼片和起搏器一起工作圖源：紅星新聞

皮膚貼片內(nèi)置微型電極和傳感器，能夠像傳統(tǒng)心電圖儀一樣，通過接觸皮膚捕捉心臟跳動時的細(xì)微電信號變化。貼片中的微型處理器會實時分析這些信號，自動識別心律是否失常，如心跳過緩或停搏。

當(dāng)檢測到心律不齊時，小貼片就會發(fā)射近紅外光，穿透皮膚、胸骨和肌肉，直達(dá)心臟表面的起搏器。此時，起搏器內(nèi)的硅納米膜雙極結(jié)晶體管會像開關(guān)一樣被激活，將光信號轉(zhuǎn)化為電脈沖，刺激心臟恢復(fù)規(guī)律跳動。

03、微創(chuàng)植入+自動溶解：給新生兒最溫柔的守護

其實，這項技術(shù)的誕生，最初是為了解決一個揪心的難題：全球約1%的新生兒患有先天性心臟病，他們往往需要在術(shù)后接受臨時心臟起搏。但傳統(tǒng)的起搏器對嬰兒來說太過于笨重，植入和取出手術(shù)風(fēng)險都非常高[2-4]。

如今，這款“米粒起搏器”不僅創(chuàng)傷面積小，而且所有材料均可生物降解，裝置在完成任務(wù)后會逐漸分解為無害物質(zhì)，通過人體自然代謝排出，避免了二次手術(shù)的風(fēng)險。實驗顯示，它在動物模型和離體人體心臟中可連續(xù)工作約16天，并在1.2-2.5年內(nèi)完全降解。

起搏器可以在體內(nèi)安全溶解或降解

圖源：參考文獻(xiàn)[1]

這項顛覆性技術(shù)的背后，是一場橫跨多國的科研協(xié)作。美國西北大學(xué)的約翰·羅杰斯教授團隊主導(dǎo)研究，而中國科學(xué)家的智慧與付出同樣關(guān)鍵——在外留學(xué)的中國博士后張亞敏提出的“用體液自供電”核心思路；華中科技大學(xué)團隊負(fù)責(zé)體內(nèi)外的心臟起搏試驗等。

這項研究不僅為心臟病患者帶來了希望，更揭示了一個醫(yī)療科技的新范式——技術(shù)可以像生命一樣自然融于身體。或許未來某天，心臟起搏器的植入會像打疫苗一樣簡單：微創(chuàng)注射、按需工作、自然代謝。

參考文獻(xiàn)[1] Zhang, Y., Rytkin, E., Zeng, L. et al. Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy. Nature 640, 77–86 (2025).

[2] Wood, M. A. & Ellenbogen, K. A. Cardiac pacemakers from the patient’s perspective. Circulation 105, 2136–2138 (2002).

[3] Bar-Cohen, Y. et al. Minimally invasive implantation of a micropacemaker into the pericardial space. Circ. Arrhythm. Electrophysiol. 11, e006307 (2018).

[4] Zhao, J. et al. Permanent epicardial pacing in neonates and infants less than 1 year old: 12-year experience at a single center. Transl. Pediatr. 11, 825–833 (2022).

作者：劉雨林，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系碩士策劃&編輯：小叮當(dāng)鳴謝：普陀區(qū)中心醫(yī)院心血管內(nèi)科副主任 郜俊清；蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 教授 馬汝廣 為本文提供科學(xué)指導(dǎo)。