由西北大學和德克薩斯大學奧斯汀分校（UT）領導的一個研究小組已經開發出一種新型石墨烯心臟植入物，其厚度約為一縷頭髮，並利用光線監測和糾正異常的心律。心律失常是由心臟中的電信號錯誤引起的，導致心臟跳動過快或過慢。在某些情況下，這可能導致心臟衰竭、中風，甚至猝死。

心律失常通常用植入式心臟起搏器和除顫器來治療，它們監測並糾正異常的心律。但這些設備不靈活，可能會限制心臟，造成組織損傷和不適，並增加並發症的風險，如腫脹、穿孔、血凝塊和感染。

新設計的心臟起搏器是第一個由堅固、輕質、具有生物相容性的”超級材料”石墨烯製成的，而且是迄今為止最薄的。與現有的植入式起搏器和除顫器不同，這種起搏器能使自己與心臟組織融為一體，同時又足夠堅固，能承受心臟跳動的嚴酷考驗。

該研究的資深作者Igor Efimov說：”目前的起搏器和除顫器面臨的挑戰之一是，它們很難貼在心臟表面。例如，除顫器的電極基本上是由非常粗的電線製成的線圈。這些電線沒有彈性，而且會斷裂。與軟組織（如心臟）的剛性接口可能導致各種並發症。相比之下，我們的柔軟、靈活的設備不僅不顯眼，而且還能親密無間地直接貼合心臟，提供更精確的測量。”

UT的研究人員已經在開發一種具有傳感功能的石墨烯電子紋身，它可以粘附在皮膚上，持續監測血壓和電活動等生命體徵。在目前的研究中，研究人員使用UT的電子紋身設計來開發一個可以在體內運行的設備。

他們首先將電子紋身包裹在一個靈活的矽膜中，然後將大約10微米厚的金帶放在其上。黃金作為石墨烯和用於測量和刺激心臟的電子設備之間的電氣連接。總的來說，該設備的總厚度約為100微米。作為背景，人類的平均頭髮約為70微米厚。

紋身紙上的石墨烯心臟植入物劉寧/德州大學奧斯汀分校

研究人員在大鼠身上測試了他們的設備，發現它可以準確地感知心律失常，然後在不限制心臟自然運動的情況下提供電刺激。在體溫下，它在活躍跳動的心臟上穩定了60天，與臨時起搏器作為永久起搏器的橋樑所使用的時間差不多。

更重要的是，該設備的透明度提供了更多的優勢，研究人員說，他們用光來監測和控制大鼠受試者的心律（光學心電圖）。光學刺激是一種比電刺激更精確的糾正心律失常的方法，而且通過光，可以跟踪特定的酶，並對心臟、神經和肌肉細胞進行調查。

埃菲莫夫說：”我們基本上可以把電和光的功能結合到一個生物界面上。因為石墨烯是光學透明的，我們實際上可以通過它進行讀取，這給我們提供了更高的讀取密度。”

研究人員說，以這種方式使用光可以提供一種診斷和治療心臟疾病的新方法。

這項研究將於2023年4月20日發表在《先進材料》雜誌上。