日前，浙江大學(xué)周民研究員團隊研發(fā)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制心臟活動的裝置，名為iCarP（illuminative cardiac patch）。這是一種柔性導(dǎo)光貼片，可以植入并集成到心臟表面，在無線光控制下實現(xiàn)對心臟活動的調(diào)節(jié)，具有潛在的臨床應(yīng)用前景。
該研究成果以“A biodegradable, flexible photonic patch for in vivo phototherapy”為題，被收錄于國際頂級期刊《Nature Communications》。
柔性導(dǎo)光貼片“iCarP”
iCarP的誕生是一次科技創(chuàng)新的巨大飛躍。據(jù)了解，該貼片采用柔性光子學(xué)結(jié)構(gòu)，使其能夠與心臟表面完美貼合。關(guān)鍵在于，研究人員成功引入了一種光敏蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)能夠?qū)μ囟úㄩL的光做出高度敏感的反應(yīng)。借助這種機制，科學(xué)家們能夠通過照射特定光波來操控心臟的脈動和跳動。
然而，外部光源的光照并不能有效地觸發(fā)這些光敏熒光顆粒產(chǎn)生活性氧分子。由于iCarP材料內(nèi)部的光敏熒光顆粒受到了復(fù)雜的生物環(huán)境影響，光能的傳遞和激發(fā)效率也可能受到限制，導(dǎo)致外部光源難以有效地激活iCarP內(nèi)部的活性氧產(chǎn)生。
光散射光子器件的設(shè)計、功能和演示應(yīng)用，對內(nèi)臟和組織的深度照明
為了解決這一問題，研究團隊精心設(shè)計了光敏熒光顆粒，確保其能夠被體內(nèi)的光源激發(fā)產(chǎn)生活性氧分子，從而實現(xiàn)精確的光敏治療效果。此外，他們還優(yōu)化了材料的結(jié)構(gòu)和成分，以提高光能傳遞和轉(zhuǎn)化效率，確保光敏熒光顆粒能夠充分受到激發(fā)。
在體外實驗中，研究人員使用iCarP材料刺激心臟細胞，并通過熒光成像監(jiān)測細胞的響應(yīng)。結(jié)果顯示，iCarP材料能夠?qū)崿F(xiàn)精確的光敏激活和監(jiān)測。在進一步的動物試驗中，研究人員將iCarP設(shè)備植入動物心臟表面，然后遠程照射特定波長的光。結(jié)果顯示，這種無線光刺激能夠準確地操控心臟的跳動頻率和強度，這一突破性技術(shù)為心臟疾病治療領(lǐng)域帶來了新的希望。
iCarP在動物實驗中的照明演示
而此次器件的制備要從藻類說起。藻類是一種能夠進行光合作用的微生物，它們可以利用光能來合成有機物質(zhì)。研究團隊受到藻類光合作用的啟發(fā)，設(shè)計出了能夠在光照下釋放氧氣并實現(xiàn)光敏調(diào)控的iCarP。
具體來說，科學(xué)家們在iCarP中引入了一種類似于藻類光合作用的機制——通過光敏蛋白質(zhì)和可降解聚合物的組合，實現(xiàn)了在光照下產(chǎn)生氧氣并調(diào)控細胞的功能。這種設(shè)計靈感的借鑒使得iCarP能夠在體內(nèi)模擬藻類的光合作用過程，從而實現(xiàn)對心臟細胞的精準控制。
與目前市售的醫(yī)用光纖相比，iCarP 兼具大光照面積和大光照深度的優(yōu)勢。同時，對于不同波長光，其具備一定的普適性，并能實現(xiàn)多種模式的照明。這也意味著它能用于包含光動力治療、光熱治療、以及光遺傳治療在內(nèi)的光療手段之中，并有望在某些疾病治療上替代現(xiàn)有的導(dǎo)光設(shè)備。
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