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王中林李舟详解新型心脏起搏器:只要能动就能

  王忠林李周解释一种新型起搏器:只要主动就能发电

  单氧化锌纳米线发生器原理图。上面的图片显示了没有弯曲的情况,电路中没有电流。下图显示了电流流经电路的弯曲氧化锌电线。 7月27日,大连吴小姐竟然晕倒了4次,送到医院检查才知道:没有电池的心脏起搏器,20年前安装的起搏器“罢工”。吴小姐很不幸,等待她做手术置换起搏器,这需要很多的医疗费用。但相比那些在起搏器电池耗尽时死亡的人,她是幸运的。北京航空航天大学生物医学工程学院教授李舟博士说:“一般来说,起搏器的电池寿命为6 - 8年,当电池耗尽时,患者有心跳的危险被制止,危及生命,所以必须更换起搏器。“
为什么起搏器这样一个”打击“,心脏就要结束了?起搏器可以自给自足,一劳永逸? “指挥官”错误起搏器顶部帖子
“心脏有一个”总部“控制心肌细胞的具体方案紧随其后收缩和放松身体器官组织抽水,这”命令“是窦房结。“李周说。据了解,窦房结位于特殊小结节的心脏,它可以自动,有节奏地产生电流。在心脏大的导电“网络”的存在构成了窦房结与心肌细胞之间的桥梁,目前信号所产生的窦房结按照这些导电组织的顺序传播到心脏的各个部位,引起心肌细胞收缩和舒张,因此,被称为窦房结最高的“心率跳动总部”。 “一旦窦房结问题,不能产生电流或异常电流,心肌细胞不能接收信号或接收到异常信号,不能正常收缩和松弛,心脏停止跳动或异常跳动,导致各种生理反应,甚至死亡。“李周说,”起搏器可以取代窦房结,心律有节奏地跳动。“起搏器本来就是一个电池和由脉冲发生器组成的电路,根据设定的程序发出一个脉冲一定频率的电流,起搏器通过电极导线与心脏相连,脉冲电流可通过组织传导发出,最终导致整个心房和(或)心室收缩。“它不只是一种替代窦房结的工作,但即使心脏传导系统出现断线,起搏器也可能是“顶尖”的。“李舟说,”电极可以连接到传导系统的下游这个刺激部分是通过进行组织收缩和舒张心肌细胞来控制的。 “作为起搏器的关键细胞之一,事件的问题,起搏器必须更换,患者不仅需要重新手术,不得不承担昂贵的成本。 “中国科学院院士王忠林介绍说,”所以很多研究机构都在提高电池的使用寿命。 “第一颗人造心脏起搏器是上世纪初,电池安装在机体外面,只能在医院短期使用。经过近一个世纪的发展,起搏器电池越来越小,寿命也越来越长,目前,大多数起搏器电池可以使用10年左右,有的甚至长达20年,比如1988年的一篇论文报道了一种核起搏器,使用微量的钚,可以继续申请20年,但不幸的是难以推广,近年来,随着纳米材料的发展,2005年,王忠林开始研究纳米发生器,希望能用这种技术给起搏器充电,在最近的一期Advanced Materials杂志上,由佐治亚理工学院王忠林等人撰写的题为“肌肉驱动体内纳米发生器”的研究成果发表在杂志上作为目前的“Top Article”(顶级论文),他们设计了一种微型“纳米发生器” IMPL蚂蚁动物,从生物活动中获取能量,并为植入动物的传感器(如起搏器和植入式血糖仪)提供电能。作为论文的作者之一,李周解释说:实验主要采用由长形纳米线制成的特殊材料,通过肌肉运动等生物活动,连续弯曲纳米线,直线或伸直缩短,变形纳米线可以产生压电效应,使电荷运动。这种单纳米线发生器(SWG)看起来像一个“电荷泵”,利用外力在机械变形驱动电路中移动电荷。 “纳米足够的纳米线,只要移动,就能发电。”李周说:“起搏器的功率是可以的。”心跳代,心脏起搏器不用担心
“我们用大鼠心脏跳动驱动SWG,得到一个稳定的电流。李周说。在实验中,他们用人造组织粘合剂在大鼠跳动的心脏上固定SWG。当心脏收缩并放松时,SWG被拉伸并释放,同时向外部电路输出交流信号。尽管单个纳米线只能产生10毫伏和5皮安的电流,但是能量输出很小,但是它们表明通过增加对齐纳米线的数量,如在串联和并联单元中,单个可植入生物医学装置提供足够的功率。这些生物医学装置包括血压传感器和葡萄糖传感器,其对电流的需求适中并且不需要持续的电流供应。 “此外,这项研究的结果表明,SWG可以作为一个可行的手段转换机械能量在体内改变呼吸运动,心脏跳动,血流量和血压的变化,肌肉收缩,或一些违规行为冲击在能量转化为电能“。王忠林说,”这样就有可能达到这样一个目标:起搏器驱动的心跳在这个过程中,心跳依次向心脏起搏器充电。循环起搏器远不止断电“说到技术应用到人体上时,王忠林坦言:”还需要5 - 10年的后续实验,比如说,还会继续验证动物的可靠性和稳定性,纳米线的组装数量可以用来驱动窦房结的程度,可以使用什么样的材料,对人体无毒副作用等等。

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