引言
心脏病和心脏功能障碍的治疗一直以来都需要复杂的手术和如起搏器等设备的安装。然而，西北大学和乔治华盛顿大学的研究团队开发了一种新型软性、灵活的贴片，这种贴片可以监测和治疗心脏病，并在完成任务后自行溶解。这一创新可能彻底改变心脏病的治疗方式。
概述与功能
这款贴片使用传感器和执行器阵列进行复杂的检查，尺寸仅相当于一张普通邮票。研究团队在《科学进展》杂志上发表的研究论文《用于多模态时空映射和心脏生理调制的软性、可生物吸收、透明微电极阵列》展示了这一成果。
治疗和监测心脏病可能很快就会变得像在心脏上贴一个薄薄的可生物吸收的贴片一样简单。
研究的共同领导者之一，北大生物医学工程教授及西北大学范伯格医学院教授Igor Efimov解释道：“我们的贴片具有几个重要特点。首先，它是机械上符合性的，可以无缝贴合柔软的心脏肌肉，而不影响其生物或机械功能。传统金属装置往往不够柔顺，可能会阻碍或损伤心脏肌肉。其次，它是一种电子贴片，能够通过天线捕捉高频电磁能量，提取波形并将其传递给心脏作为刺激。”
这种设计不仅可以恢复正常心律，还可以感知并记录附近心肌的电信号，帮助显示心脏的不同区域功能状况。贴片的柔性使其可以附着在心脏的多个不同部位，同时向医生提供实时数据，方便他们监测患者的心脏状况。
该贴片的透明特性还允许研究人员通过贴片对许多重要的心脏物理参数进行光学映射，从而更好地研究心脏功能和心脏病机制。
“第三，这种贴片是光学透明的，因为我们计划在其基础上添加另一层，使其能够利用光进行心肌的光学刺激或成像，以获取更多生物学信息，”Efimov补充道。
技术进展与临床应用
这种贴片类似于可吸收缝合线，通过身体的自然生物过程降解并完全消失。贴片的透明特性还允许研究人员通过贴片光学映射许多重要的心脏物理参数，以更好地研究心脏功能和心脏病机制。
类似于可吸收缝合线，这种贴片会通过身体的自然生物过程降解并最终完全消失。图中展示的是一个在五周后部分溶解的植入物。
这款贴片的开发结合了多年来跨多个领域的工作。最初的尝试是在2013年开发的一种无需电池的小型植入式起搏器，由外部电磁场通过感应电力传输控制。然而，由于软性心脏组织与刚性起搏器材料之间的机械不匹配，该尝试未能成功。Efimov因此开始寻找能够解决这一问题的材料科学进展。
在IEEE组织的一次关于生物电子学的新方法的会议上，Efimov遇到了材料科学与工程、生物医学工程和神经外科教授John Rogers，并与他展开了合作。Rogers及其团队开发了制造机械上符合性软性生物电子贴片的新材料和制造方法，这成为了无电池、无线小型植入式起搏器的基础。随后，团队进一步开发出可生物吸收版本的贴片，并由可穿戴设备通过感应电力传输控制。
在2022年，团队发表了这项技术的进一步研究成果，并与Rogers的学生、现乔治华盛顿大学生物医学工程助理教授Luyao Lu合作，共同领导了最新的研究。在Lu的帮助下，团队进一步扩展了其研究，构建了一个传感器和执行器阵列，作为各种临时诊断和治疗贴片的基础。
Rogers的材料科学团队还开发了一种生物粘合剂，具有快速机械粘附性、适当的电导性、光学透明性和可生物吸收的特性，使贴片能够粘附在心肌甚至其他器官上。
展望与未来发展
Efimov指出，生物电子贴片可以在所需的期间内发挥作用，并在之后自然溶解，不会对患者产生不良影响。这种贴片可以用作植入式起搏器、除颤器、各种监测设备，或在某段时间内增强功能。
贴片使用的材料已被FDA批准并用于现今的可溶解医疗设备中，如外科缝合线或支架。此特点不仅能降低医疗成本，还能通过避免手术移除带来的并发症和降低感染风险来改善患者的治疗效果。
Efimov团队对有机符合性软性电子贴片在心血管、神经、肌肉骨骼等疾病的诊断和治疗中有许多设想。“我们还考虑开发能在救命手术或程序后作为临时监测器的电子贴片，或在危及生命的疾病如COVID-19后的恢复期间使用。”
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《电子皮肤贴片技术及市场-2022版》
《可穿戴技术及市场-2023版》
