导     语

你是否想过，未来的心脏起搏器可以像米粒般微小，术后无需开胸取器？《自然》最新研究带来颠覆性突破！科学家团队研发出一款毫米级生物可吸收光电子起搏系统，仅米粒大小（1.8×3.5×1毫米），却集无线控制、自供电、多部位同步起搏于一身！传统临时起搏器需开胸或血管手术植入，易引发感染、心肌损伤等风险。而这项“黑科技”可通过微创注射直接植入心肌，术后1-2年内被人体自然吸收，免除二次手术痛苦！更神奇的是，设备搭载智能皮肤贴片，实时监测心电图，一旦发现心律失常，立即通过近红外光无线触发起搏，实现闭环精准治疗！

 

1.研究背景

 

在临床医疗场景中，临时起搏器是救治术后等短期心动过缓患者的关键技术，广泛应用于心脏术后护理、心梗急救及药物过量等紧急情况，尤其对儿科和成年心脏手术患者而言不可或缺。然而，传统临时起搏器依赖心外膜或经静脉植入起搏导线，需实施开胸手术或血管内介入手术 —— 前者伴随术后恢复慢、住院周期长及明显手术瘢痕等问题，后者对存在禁忌证的成年患者及体型小、生长发育快的儿科患者操作难度大。此外，临床实践中还面临导线感染、心肌撕裂穿孔、外部设备移位等并发症风险，对患者安全构成威胁。尽管生物可吸收材料与植入设备的研究已取得进展，但现有技术受限于物理尺寸、手术创伤、患者负担及控制机制，难以满足临床对微创化、智能化电疗设备的需求。

 

基于上述挑战，本文聚焦一种毫米级生物可吸收光电子系统的研发，该系统集成内置电源与无线光学控制机制，旨在通过超小尺寸实现经皮注射、血管内输送等微创植入，为临时心脏起搏及神经再生、伤口治疗等电疗领域提供全新解决方案。

 

2.研究概述

 

针对传统临时起搏器依赖侵入性手术、并发症风险高及设备移除不便等临床痛点，本文报道了一种毫米级生物可吸收光电子系统，通过跨学科设计实现了自供电、无线光学控制与微创植入的创新融合。 

 

该设备尺寸仅 1.8mm×3.5mm×1mm（约米粒大小），以镁合金（阳极）与三氧化钼（阴极）为核心电极，利用心脏组织液作为电解质形成原电池，通过近红外光激活硅基光电晶体管控制电流输出，无需外接导线或电池。

 

可注射、自供电、生物可吸收的无线光电子控制心脏起搏器设计

（图片来自论文）

 

体外测试中，在 Langendorff 灌流的猪和人类心脏表面植入设备，证明其可通过光强、频率和占空比精准调控起搏电流、速率及脉冲宽度，成功实现单部位及多部位（左心室、右心室、希氏束）起搏。

 

 

人类和猪心脏的光电特性及离体起搏研究

（图片来自论文）

 

体内植入于小鼠、大鼠、犬类模型，经皮注射或血管内输送后，近红外光穿透皮肤激活设备，在犬类心脏实现 240 次 / 分稳定起搏，闭环系统结合皮肤接口设备实时监测心电图，自动触发心律失常时的起搏干预。

 

 

犬类模型中起搏器注射及闭胸起搏的体内演示

（图片来自论文）

 

临床场景拓展中，通过波长分复用技术（WDM）实现双腔及双心室同步起搏，改善心力衰竭患者的心室电活动同步性，并创新性地将多个设备集成于经导管主动脉瓣置换术（TAVR）支架，在离体人类心脏模型中验证了预防术后房室传导阻滞的可行性。

 

 

犬类模型中多部位时间同步起搏的体内演示

（图片来自论文）

 

3.研究意义

 

该系统的核心优势在于：超微创植入（可通过 < 3mm 直径导管注射）、生物可吸收特性（材料降解产物为水溶性物质，1.2-2.5 年内完全吸收，避免二次手术移除）、兼容性（支持 MRI/CT 成像）及多功能拓展（可适配神经再生、伤口治疗等电疗场景）。从材料筛选（镁 / 锌电极、聚酸酐封装）到机制验证（有限元分析电流密度、蒙特卡洛模拟光穿透深度），再到多物种模型（小鼠至人类心脏）的跨尺度实验，研究系统性论证了其安全性与有效性，为短期电疗设备提供了 “即置即用、无需移除” 的全新解决方案，推动心脏起搏技术向微型化、智能化、生物整合化迈进。

 

文章来源：Zhang, Y., Rytkin, E., Zeng, L. et al. Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy. Nature 640, 77–86 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08726-4

来源：Internet

关键词： 起搏器