心血管疾病（CVD）是全球範圍的重大疾病負擔，其往往在早期沒有明顯癥狀，容易被患者輕視。同時，大多數患者缺乏系統且及時的治療效果反饋和院外隨訪管理,使得疾病發展至嚴重或終末期階段。因此，亟需在早期階段識別潛在高風險的CVD患者，並在臨床治療階段優先進行持續且系統性的監測，以便及時給予合適的治療決策，從而降低CVD發病率和死亡風險。
2024年6月21日，國家心血管病中心、中國醫學科學院阜外醫院心律失常中心華偉教授，中國科學院北京納米能源與系統研究所李舟研究員和北京航空航天大學劉卓副教授等聯合在Advanced Materials雜誌（IF=27.4）在線發表了題為“Bias-free cardiac monitoring capsule”的最新研究成果，介紹了一種新型的基於納米發電的零功耗植入式心臟運動狀態監測設備。
在該研究中，項目團隊基於摩擦納米發電機技術開發了一種心臟監測膠囊傳感器（BCMC），可以實現無偏差的原位心臟運動狀態持續檢測。
該設備直徑為6.5 mm，長度為20 mm，質量為564 g，具有小型化，高靈敏度，高信噪比的特點。
團隊以BCMC為核心，構建了心血管疾病監測系統（CDMS）。該系統包括數據採集/傳輸模塊和信號線。
在大動物模型的實驗中，團隊通過介入方式將BCMC植入豬的右心室，並將數據採集/傳輸模塊置於皮下。通過注射多巴胺模擬心肌收縮力的變化特點，可觀察到由BCMC反應的心肌收縮力變化與動脈壓力變化信息同步，證實了其監測心肌收縮力的敏感性和準確性。
此外，BCMC還能夠監測心律失常疾病引起的心臟運動狀態變化。當發生室性期前收縮時，BCMC記錄到心臟運動振幅的顯著降低。當發生非持續性室性心動過速時，BCMC可記錄到節律和振幅雜亂的信號，且頻率加快與心動過速一致，提示這些心律失常的發生對心臟運動狀態和血流動力學效果的影響。
作者團隊也指出，該研究工作目前主要聚焦於器件的性能展現，後續研究將進一步整合無線傳輸模塊，並使膠囊與信號採集模塊一體化。
這項研究在醫療監測和診斷領域具有廣闊的應用前景，對慢性心力衰竭等CVD的早期診治及院外隨訪管理提供了一種新的思路，並有可能推動下一代植入式電子醫療設備的發展。
國家心血管病中心、中國醫學科學院阜外醫院心律失常中心華偉教授，北京航空航天大學劉卓副教授，中國科學院北京納米能源與系統研究所李舟研究員為本文的共同通訊作者。中國醫學科學院阜外醫院程思靜博士，胡奕然博士，中國科學院北京納米能源與系統研究所曲學鋮博士、劉瑩為本文的共同第一作者。
本研究工作得到了國家自然科學基金、臨床高水平研究項目、北京市自然科學基金等資助。
來源：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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