武汉大学物理科学与技术学院教授，人民医院特聘教授国世上团队与武汉大学人民医院心血管医院江洪教授、余锂镭教授团队携手开展的创新研究，由最新一期的国际知名学术期刊《纳米能源》（NanoEnergy，IF=19.069）在线发表。论文题目“Self-powered pacemaker based on all-in-one flexible piezoelectric nanogenerator”(基于一体化柔性压电纳米发电机的自供电起搏器)。
心脏起搏器是植入体内的电子治疗设备，通过释放电池中的电能，借助植入到心肌的电极来激活心肌细胞，从而治疗严重的心动过缓等相关疾病。自1958年第一台心脏起搏器植入人体以来，目前全球约有300万人使用心脏起搏器，每年约有60万患者接受心脏起搏器植入，并且每年以15%的速度增长。现行通用的心脏起搏器，依靠的是纯锂电池发电，电池体积较大，且电池耗尽后，还需要重新手术更换。
心脏起搏技术的研发，从最早只要满足能够使心脏跳动，逐渐追求更符合心脏本身的电生理传导，再到具有维持心脏原有电机械活动特定规律的生理性起搏这一当前心脏起搏器研究的前沿。其中，希氏束起搏能模拟心脏电活动由希氏束到心室的正常激动和传导，目前被认为是心脏生理性起搏的最佳方式。
专家指出，未来心脏起搏器的重点发展方向是起搏器设备微型化、设备供电持久化、起搏方式生理化、设备植入的微创或无创化。针对这一国际前沿研究方向，团队积极开展交叉融合创新，研究探索了汇集较好的生物相容性、高供电性、拉伸性、防水性于一体式的柔性压电纳米发电机（all-in-one piezoelectric nanogenerator, A-PENG），应用于希氏束生理性心脏起搏领域。
图1 基于A-PENG自供电起搏策略的潜在特点
柔性压电纳米发电机（A-PEN）具有自供电的特点。它可以将心脏自身跳动产生的生物机械能转化为电能，具有优化心脏起搏器的能源供应，以实现更长工作时间的应用潜力；同时自供电起搏关键器件体积较小，宽度仅12.5px，为未来起搏器设备微型化和植入微创化，提供了较好的探索方向。
研究过程中，团队重点探索了使用一体化柔性压电纳米发电机自供电起搏技术，验证了对于希氏束等心脏多个起搏部位的起搏效应。首先，一体化柔性压电纳米发电机可成功将机械能转化为电能，实现为LED灯供电；同时可像发电站一样，将心脏搏动的机械能，自动转化为电能并存储，为心房、心室、希氏束等多个位点起搏提供能量；在实验中，通过心外膜记录希氏束电位确定起搏位点，利用自供电技术成功实现了希氏束生理性起搏。专家表示，这一研究有较好的转化价值，对于临床上防治心动过缓有提供了新的应用前景。
图3 一体化柔性压电纳米发电机（A-PENG）将心脏搏动机械能转化为电能并存储，为心房、心室、希氏束等多个位点起搏供能
图4 心外膜记录希氏束电位确定起搏位点，利用自供电技术实现希氏束生理性起搏
该项工作是团队积极响应交叉融合战略，以临床需求为导向，以交叉融合创新为方法，以守护心脏健康为目的，做出的又一次科学探索。未来研究团队将继续以临床问题为导向，协同攻关，更好地服务“健康中国”战略和人民健康事业。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106319
该研究工作被科技日报、人民网、新华网、武汉大学新闻网等报道，相关链接如下：
科技日报：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2022-07/19/content_538780.htm
人民网：http://finance.people.com.cn/n1/2022/0719/c1004-32479003.html
新华网：http://www.news.cn/science/2022-07/19/c_1310643111.htm
极目新闻：http://jms.ctdsb.net/jmythshare/#/news_detail?contentType=5&contentId=1445485
长江云：http://m.hbtv.com.cn/p/2235111.html
武汉大学：http://news.whu.edu.cn/info/1015/67632.htm