摘要：临时起搏器是一类重要的生命支持技术，因其可在术后及其他短暂性心动过缓的治疗中发挥关键作用，广泛应用于心脏手术后护理、心肌梗死、药物过量等临床场景。与传统临时起搏器相比，先进材料制备的起搏系统在尺寸、可植入性以及生物兼容性方面具有显著优势。

临时起搏器是一类重要的生命支持技术，因其可在术后及其他短暂性心动过缓的治疗中发挥关键作用，广泛应用于心脏手术后护理、心肌梗死、药物过量等临床场景。与传统临时起搏器相比，先进材料制备的起搏系统在尺寸、可植入性以及生物兼容性方面具有显著优势。

然而，传统起搏器往往依赖创伤性较大的开胸手术或血管内植入，这对于儿童及部分成人患者来说具有很大挑战。此外，外部电源和连接系统易位、电极感染及移除过程中引发的心肌损伤等问题，也限制了其广泛推广与长期应用。因此，亟需开发一种可微创植入、低创伤、可降解且操作便捷的新型临时起搏系统。

成果简介

针对这一挑战，美国西北大学John A. Rogers院士、Igor R. Efimov、Rishi Arora、六院院士黄永刚院士，达特茅斯学院欧阳伟教授以及新加坡国立大学张亚敏团队（一作兼通讯）携手在Nature期刊上发表了题为“Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy”的最新论文。

他们团队设计并制备了一种毫米级可生物降解光电子系统，集成了自供电电池与无线光学控制机制，可应用于多种电刺激治疗，尤其适用于临时心脏起搏。该系统的尺寸仅为1.8 mm × 3.5 mm × 1 mm，远小于此前报道的同类设备，适用于经皮注射或血管内方式进行微创植入，甚至适合新生儿体内使用。实验研究表明，该设备在小鼠、大鼠、猪、犬及人类模型中均能实现单点或多点的有效心脏起搏。

此外，该系统可与皮肤贴附式无线单元协同工作，实时监测心电图，在识别出心律失常后自动启动闭环控制，精准完成起搏任务。研究还展示了该系统与其他植入式医疗器械（如TAVR支架）结合的可能性，能够在术后有效应对房室传导阻滞风险。这项技术平台还具备拓展潜力，可广泛应用于神经再生、骨修复、创伤治疗和疼痛管理等多个电刺激相关领域，为医疗植入设备的发展提供了新路径。

研究亮点

1. 实验首次提出了一种毫米级可生物降解光电子系统，具备内置电源和无线光学控制机制，并在临时心脏起搏领域展现了重要应用潜力。2. 实验通过小鼠、大鼠、猪、犬及人类心脏模型的测试，验证了该设备在单点和多点位置的有效起搏功能，展示了其广泛的临床适用性。3. 实验通过与皮肤贴附式无线单元配对，实现了设备在监测到心律失常时的自主闭环操作，提升了系统的智能化和自适应能力。4. 进一步研究表明，该技术可与其他医疗植入物结合使用，举例说明多个起搏器阵列可集成于TAVR系统支架中，提供了针对术后房室传导阻滞的解决方案。5. 实验结果表明，毫米级光电子系统因其极小的尺寸，可通过微创方式进行植入，并为未来在神经、骨组织再生、创伤治疗及疼痛管理等电刺激治疗领域的应用提供了广泛的可能性。

图文解读

图1.具有无线光电控制的可注射、自供电、生物可吸收心脏起搏器的设计

图2.人类和猪心脏的光电特性和体外起搏

图3.犬模型中起搏器注射和闭胸起搏的体内演示

图4.犬模型中多部位、时间同步起搏的体内演示

图5.用于闭环心脏电疗的无线皮肤接口光电系统设计

图6.在人体心脏中使用与TAVR瓣膜集成的一组起搏器进行心脏起搏的体外演示

结论展望

本文提出了一种基于毫米级可生物降解光电子系统的新型临时心脏起搏技术，该技术不仅极大地缩小了设备尺寸，减少了对患者的负担，还实现了无线控制和多点起搏等功能。

首先，这一技术通过极小的尺寸和先进的无线光学控制，使得微创手术成为可能，特别是对于传统技术不适用的儿童和成人患者，能够显著改善治疗效果。其次，系统的多点起搏和与现有医疗设备（如TAVR支架）的集成提供了应对术后房室传导阻滞等问题的创新解决方案，预示着心脏护理领域将迎来更加灵活和高效的治疗方式。

此外，该技术的可扩展性和与其他医疗程序的结合，展示了其在神经、骨再生、创伤治疗等领域的潜力，开辟了新的临床应用方向。总体来看，本文的创新性在于通过将光电子技术与微创手术相结合，为电刺激治疗领域提供了一种更加安全、精准且个性化的解决方案。

文献信息

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：朱老师讲VASP