可降解植入电子医疗器件有望告别“二次手术”

小型化可植入的生物全可吸收电容器，为微型化、可降解和可植入的能源器件提供了新的解决方案，具有向未来可降解植入电子医疗器件发展的重要潜力。

从心脏起搏器、人工耳蜗、脊髓刺激器，到各种植入性电极，形形色色的植入性电子医疗器件已成为医疗器械的重要分支。据统计，全球每年有超过50万个心脏起搏器被植入人体。

然而，对于大多数植入电子医疗器械而言，几乎都需要使用电池来为自身供能，一旦电池电源耗尽，就意味着患者必须二次手术以更换新电池。如何在可降解的基础上，实现植入电子医疗器件的安全高效、长期稳定的电能供给，成为科研界攻关的难题。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所研究员李舟与王中林研究团队，以及北京航空航天大学生物与医学工程学院教授樊瑜波研究团队，研制出小型化可植入的生物全可吸收电容器，为微型化、可降解和可植入的能源器件提供了新的解决方案，具有向未来可降解植入电子医疗器件发展的重要潜力。相关研究成果已发表在新一期《先进科学》（Advanced Science）上。

对于传统植入电子器件而言，由于基底材料及电子元器件不可降解，当电子器件完成指定诊疗任务后，往往需要再次手术取出，对患者造成二次创伤，并可能引发伤口感染和化脓等多种并发症，同时会增加医疗成本。

生物可降解电子器件作为一种新型电子器件，具有完全不同于传统电子器件持久工作的特点。李舟告诉《中国科学报》，可降解电子器件能够在发挥作用的时限内，保持结构稳定并且整体实现高性能运转；在完成功能后，又能在一定时间内实现器件自行降解或被生物体吸收。

而植入电子医疗器械要想被人体吸收，材料的研发就摆在重要位置。比如，可降解高分子材料常用作器件的支撑和封装材料；可降解无机材料常用作器件的支撑材料或元部件；可降解金属及其氧化物常用作器件的功能化元件。

近年来，镁合金的研发就十分热门，但该可降解金属材料很难达到植入物在人体所需要的“服役期”。对此，皇家墨尔本理工大学副教授李云苍研究开发出镁锆—锶—稀土元素合金，成功增强了镁合金的腐蚀和生物学行为，以可控的方式达成镁合金在体内的降解，这项研究也被认为是镁合金在医疗器械领域的突破性进步。

可降解能源供给器件是维持可降解电子器件正常工作的必要组成部分，但迄今为止对其能源供给研究却十分有限。相比无线传感供能及商用电池供能，可降解植入式能源器件需同时满足小型化、良好生物相容性以及生物可吸收性的要求，以此达到临床微创手术长期植入无须取出的目的。

为此，李舟团队提出多种可能的能源解决方案：首先是开发自驱动功能器件（如生物可降解摩擦纳米发电机、压电纳米发电机等），该类器件无需外部电源，在生物体内纳米发电机将动物体机械能转化为电能，并用于指定任务；其次是开发体内植入式可降解电源或体外可降解无线充电装置，为可植入可降解医疗电子器件供能。

随着研究的不断深入，并根据可植入医疗电子器件正常工作的供能需求，李舟等人研制出小型化可植入的生物全可吸收电容器（BC），首次实现了液体环境中可降解储能器件的长时间稳定工作，为未来可降解植入式电子器件的供能提供了可行方案。

与此同时，研究者通过体外细胞培养实验及动物植入实验证明了BC的良好生物相容性，整个器件在生物体内达到预定工作时间后，可被实验动物（大鼠）逐步分解吸收，不需要手术取出。

不过，李舟坦言，可降解植入电子医疗器件的研发尚处于起步阶段，其应用还停留在实验室阶段，距离临床应用还有很多科学问题需要解决。其次，由于可降解功能材料种类相对局限，因此可降解电子器件种类较少，能对外提供的功能可选择性较弱，其他很多特定功能的可降解电子器件均有待进一步开发。

未来，智能化也将成为可降解植入电子医疗器械的一大趋势。例如，将具有计算功能的芯片植入到人体内与神经连接或放置到皮肤或者肌肉当中，人类和计算机将能够形成一种全新的协同形式，实现脑—机互动、生理信号实时监测以及多种疾病的诊断和治疗。