心血管疾病（CVD）是全球范围的重大疾病负担，其往往在早期没有明显症状，容易被患者轻视。同时，大多数患者缺乏系统且及时的治疗效果反馈和院外随访管理,使得疾病发展至严重或终末期阶段。因此，亟需在早期阶段识别潜在高风险的CVD患者，并在临床治疗阶段优先进行持续且系统性的监测，以便及时给予合适的治疗决策，从而降低CVD发病率和死亡风险。
2024年6月21日，国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院心律失常中心华伟教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员和北京航空航天大学刘卓副教授等联合在Advanced Materials杂志（IF=27.4）在线发表了题为“Bias-free cardiac monitoring capsule”的最新研究成果，介绍了一种新型的基于纳米发电的零功耗植入式心脏运动状态监测设备。
在该研究中，项目团队基于摩擦纳米发电机技术开发了一种心脏监测胶囊传感器（BCMC），可以实现无偏差的原位心脏运动状态持续检测。
该设备直径为6.5 mm，长度为20 mm，质量为564 g，具有小型化，高灵敏度，高信噪比的特点。
团队以BCMC为核心，构建了心血管疾病监测系统（CDMS）。该系统包括数据采集/传输模块和信号线。
在大动物模型的实验中，团队通过介入方式将BCMC植入猪的右心室，并将数据采集/传输模块置于皮下。通过注射多巴胺模拟心肌收缩力的变化特点，可观察到由BCMC反应的心肌收缩力变化与动脉压力变化信息同步，证实了其监测心肌收缩力的敏感性和准确性。
此外，BCMC还能够监测心律失常疾病引起的心脏运动状态变化。当发生室性期前收缩时，BCMC记录到心脏运动振幅的显著降低。当发生非持续性室性心动过速时，BCMC可记录到节律和振幅杂乱的信号，且频率加快与心动过速一致，提示这些心律失常的发生对心脏运动状态和血流动力学效果的影响。
作者团队也指出，该研究工作目前主要聚焦于器件的性能展现，后续研究将进一步整合无线传输模块，并使胶囊与信号采集模块一体化。
这项研究在医疗监测和诊断领域具有广阔的应用前景，对慢性心力衰竭等CVD的早期诊治及院外随访管理提供了一种新的思路，并有可能推动下一代植入式电子医疗设备的发展。
国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院心律失常中心华伟教授，北京航空航天大学刘卓副教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员为本文的共同通讯作者。中国医学科学院阜外医院程思静博士，胡奕然博士，中国科学院北京纳米能源与系统研究所曲学铖博士、刘莹为本文的共同第一作者。
本研究工作得到了国家自然科学基金、临床高水平研究项目、北京市自然科学基金等资助。
来源：Qu X, Cheng S, Liu Y, Hu Y, Shan Y, Luo R, Weng S, Li H, Niu H, Gu M, Fan Y, Shi B, Liu Z, Hua W, Li Z, Wang ZL. Bias-Free Cardiac Monitoring Capsule. Adv Mater. 2024 Jun 19:e2402457. doi: 10.1002/adma.202402457.
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