祝贺23级研究生刘光延的工作被ACS Nano接收！！
发布时间：2025-08-02
全文总结：
本文聚焦于不适当窦性心动过速（IST）的诊疗展开研究。IST 作为一种特征为持续性或阵发性且原因不明的窦性心动过速，会引发心悸、气短、晕厥等症状，严重影响患者生活质量，长期存在还可能导致心肌结构和功能受损，发展为心肌病。然而，目前 IST 在临床中常诊断不足且治疗困难。
本文聚焦于不适当窦性心动过速（IST）的诊疗展开研究。IST 作为一种特征为持续性或阵发性且原因不明的窦性心动过速，会引发心悸、气短、晕厥等症状，严重影响患者生活质量，长期存在还可能导致心肌结构和功能受损，发展为心肌病。然而，目前 IST 在临床中常诊断不足且治疗困难。
实时心电图记录对 IST 诊断至关重要，但因该病症发作间歇性和不可预测性，以及现有设备易受电磁干扰，获取实时心电图颇具挑战。虽已有基于压电陶瓷的可穿戴监测设备，但刚性结构限制其对皮肤微小变化的感知。基于柔性压电纤维的传感器虽有应用，但在灵敏度、响应速度、耐用性和信噪比等方面有待提升，且缺乏后端信号处理电路和算法。
在治疗方面，目前多采用 β - 阻滞剂调节自主神经系统，但存在调节不及时和药物耐受性差等局限。迷走神经刺激（VNS）是一种有前景的治疗方法，此前研究多聚焦单一神经刺激模式，无法针对 IST 发作动态调节刺激强度。
本文提出一种基于压电纤维贴片和按需迷走神经刺激的新型闭环压电诊疗平台（TP - IST）。该平台由植入式压电纤维贴片（iPFP）、植入式实时收发器（iRT）和云服务构成。iPFP 将心跳转化为电信号，iRT 对信号处理分析并按需发送电刺激到迷走神经以终止 IST。通过动物实验，验证了该平台在实时监测心跳、终止 IST 以及调节相关生理功能方面的有效性，为 IST 治疗提供了新方法，也为智能医疗电子设备发展提供了思路。
重要亮点：
- IST 的诊疗现状与挑战：IST 常因诊断不足和治疗困难，对患者生活质量和心肌健康构成威胁。实时心电图记录对诊断虽关键，但因病症特性及现有设备局限难以获取。此前基于压电陶瓷的设备有刚性结构问题，基于压电纤维的传感器在性能及信号处理方面也有待完善。药物治疗如 β - 阻滞剂有局限性，现有 VNS 治疗缺乏动态调节机制。
- TP - IST 平台的设计原理：TP - IST 由 iPFP、iRT 和云服务组成。iPFP 感知心跳产生同步电信号，iRT 经信号调理电路获取信号，由微控制器分析计算出实时心跳并上传至云服务器，医生依据心跳信息设置电刺激参数，通过云服务器传至 iRT，iRT 再通过刺激电路向迷走神经释放电刺激，降低交感神经系统活动和功能，从而终止 IST，实现了诊疗一体化的闭环过程。
- iPFP 的性能特点：iPFP 以静电纺丝制备的聚偏氟乙烯（PVDF）压电纳米纤维为压电活性层，夹于两层铝电极间，用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装保证生物相容性，具有高柔韧性。经热压处理后，其压电性、开路电压（VOC）和稳定性改善。该传感器响应时间约 17 ms，VOC 与外力有强线性相关（R² = 0.967），在不同刺激频率和受力水平下有良好信噪比，经 60600 次测试后信号无明显衰减，能敏感捕捉不同动脉脉搏点的特征峰值。
- iRT 的设计与测试：iRT 正面、背面和侧面分别有不同构造，背面安装无线充电线圈。其信号调理电路匹配 iPFP 与模数转换器（ADC）的阻抗，包括电荷放大、放大、低通滤波和偏置电路，能提升信号质量。电刺激电路由控制电路和升压电路组成，可调节电刺激信号参数。测试表明，iRT 在不同模式下功耗不同，完整充电周期约 50 分钟，能持续满负荷释放电刺激 10 小时，充电和工作时产生的温度变化在可接受范围。
- TP - IST 的生物相容性与动物实验验证：对 TP - IST 进行生物相容性测试，通过荧光成像和 CCK - 8 检测显示其对神经元和心肌细胞无明显细胞毒性，组织学染色表明对动物体内组织无显著结构和形态影响。动物实验中，TP - IST 能准确监测心跳，在诱导出 IST 后，及时进行 VNS 干预，使心率恢复正常，验证了其监测和终止 IST 的能力，且 3 小时干预显示出对 IST 的治疗效果及相关生理机制调节作用。