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上海交大劉景全教授團隊《Sci. Adv.》論文:基于負拉阻應變傳感器的自適應心臟光遺傳器件
2021-11-30  來源:高分子科技

  在心血管疾病領域,開發(fā)能夠長期隨體預防、診斷和治療的可植入裝置是至關重要的,此類設備通過長期記錄生理參數(shù),提醒個人及醫(yī)生異常生理特征以及潛在健康風險。為了縮短心律失常的搶救時間和提高治療效率,對可植入器件提出了閉環(huán)監(jiān)測和精確控制的需求。光遺傳學因為具有細胞選擇性、高時空準確性和節(jié)律調(diào)控性等優(yōu)勢,被認為是一種在大腦和心臟疾病等領域具有相當前景的技術,但是目前心臟光遺傳學器件存在時間延遲長、功耗大和便攜性差等問題,因此亟需一種高度集成的植入式心臟光遺傳系統(tǒng)將閉環(huán)監(jiān)測與光遺傳治療相結(jié)合,達到高效診療的目的。



  近日,上海交通大學劉景全教授團隊在柔性MEMS應變傳感器和光遺傳研究中取得新進展,在Science Advances發(fā)表題為“Self-adaptive cardiac optogenetics device based on negative stretching-resistive strain sensor”的研究論文。該研究工作報道了一種新型負拉阻應變傳感器,并在此基礎上構(gòu)建針對室速疾病的閉環(huán)自適應光遺傳系統(tǒng),該系統(tǒng)具有集成度高、功耗低和效率高的特點。


圖1 負拉阻現(xiàn)象


圖2 基于負拉阻傳感的心臟自適應光遺傳


  傳統(tǒng)導電聚合物在受到拉伸時,導電通路破壞導致電阻升高,然而基于CNT和天然乳膠(CNT-Natural Latex, CNL)的復合材料在受到外力拉伸時電阻大幅下降,作者將其定義為負拉阻現(xiàn)象并對其原理深入研究。CNL薄膜受在到86.6%應變時電阻下降75.3%,將負拉阻薄膜和LED燈串聯(lián),薄膜受到拉伸時,LED光強增加。


  基于負拉阻傳感設計和制備閉環(huán)自適應光遺傳系統(tǒng),將負拉阻材料和LED陣列集成于柔性基底包裹于心臟表面,通過負拉阻材料的電阻變化檢測心率的同時,依靠其負拉阻特性自適應調(diào)控LED光強,包裹于心臟表面的負拉阻材料隨心臟舒張受到拉伸,回路中電阻降低導致LED光強提高,從而提高光遺傳治療的效率。該閉環(huán)自適應光遺傳系統(tǒng)具有集成度高、功耗低和效率高的特點,通過犬類在體動物實驗驗證閉環(huán)自適應光遺傳系統(tǒng)的功能性及其優(yōu)越性。


  該工作的第一單位為上海交通大學,第一作者為上海交通大學博士生洪雯姜春蓬,合作作者為上海交通大學附屬胸科醫(yī)院秦牧醫(yī)生和宋子良醫(yī)生,通訊作者為上海交通大學劉景全教授。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目資助。


  該研究成果是劉景全團隊在可植入MEMS器件領域的又一突破性工作,劉景全團隊長期致力于可植入/可穿戴MEMS器件和腦機接口器件研究(Adv. Mater. 2021、SMALL 2019和BIOSENS BIOELECTRON 2020等),并推動其臨床轉(zhuǎn)化。


  原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4273

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(責任編輯:xu)
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