心血管疾病的致死率在全球范圍內(nèi)不斷攀升，嚴(yán)重危害人類健康。就心力衰竭（簡稱心衰）而言，全世界約有2300萬患者，且每年新增患者200萬名。中國心衰患者約500萬，五年生存率＜50％。心衰是指由于心臟的收縮功能和（或）舒張功能發(fā)生障礙，心臟泵血不足而發(fā)生的呼吸困難、無力、疲勞、勞動力喪失等，導(dǎo)致患者生活質(zhì)量低下并帶來沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。心臟泵血能力的關(guān)鍵指標(biāo)是心內(nèi)壓力，如心房和心室壓力。心內(nèi)壓是評估心臟功能的關(guān)鍵參數(shù)，對心衰患者具有重要的臨床意義。心內(nèi)壓通常通過侵入性心臟導(dǎo)管插入術(shù)來監(jiān)測，價(jià)格昂貴且難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時連續(xù)的數(shù)據(jù)采集。在實(shí)際應(yīng)用中，間歇性測量也可能引起偶發(fā)性癥狀的遺漏而導(dǎo)致誤診。因此，臨床上急需開發(fā)一種微創(chuàng)的、高靈敏度、低成本傳感器來實(shí)時監(jiān)測心內(nèi)壓，這在心血管疾病的診斷與治療領(lǐng)域有著重要的意義。
隨著研究的不斷深入，并且根據(jù)臨床監(jiān)測心內(nèi)壓的實(shí)際需求，李舟與其合作者繼續(xù)推進(jìn)微型化iTENG的研發(fā)，研制出能夠通過微創(chuàng)手術(shù)進(jìn)入心腔內(nèi)實(shí)時監(jiān)測心內(nèi)壓的自驅(qū)動心內(nèi)壓傳感器（SEPS）。在研究工作中，SEPS結(jié)合導(dǎo)管入心腔，需實(shí)現(xiàn)器件的微型化，微型化勢必使得器件輸出性能大打折扣。因此，要實(shí)現(xiàn)具有高輸出、超靈敏度的微型iTENG，器件本身的研制就是一個不小的挑戰(zhàn)。基于以上要求，在構(gòu)建SEPS器件的過程中，運(yùn)用高壓電暈放電極化聚合物摩擦層，使得尺寸微型化的SEPS（1 cm × 0.5 cm × 0.1 cm）的高輸出電壓達(dá)到6.2 V，比對照組高6倍。同時，研究者通過血液相容性、長效穩(wěn)定性等實(shí)驗(yàn)，證明SEPS有良好的生物安全性，具有長期植入體內(nèi)工作的能力。此外，體外模擬實(shí)驗(yàn)表明該器件對于壓力變化有著高靈敏度 (1.195 mV/mmHg) 和優(yōu)異的線性度（R2=0.997）。
基于體外實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證結(jié)果， SEPS結(jié)合導(dǎo)管通過微創(chuàng)手術(shù)進(jìn)入大型哺乳動物——豬的心腔。相比大創(chuàng)口的手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)切口約2 cm，有效降低了術(shù)后感染概率和恢復(fù)難度。通過該器件電壓輸出與壓強(qiáng)的線性關(guān)系，并使用心電圖和股動脈壓作為參照，SEPS進(jìn)入心腔后實(shí)現(xiàn)了對心內(nèi)壓的實(shí)時監(jiān)測，對于心房內(nèi)的較低壓力與心室內(nèi)的較高壓力都有很好的測量效果。利用腎上腺素輔助加強(qiáng)心臟收縮與舒張后，置于心室和心房內(nèi)的SEPS數(shù)據(jù)均實(shí)現(xiàn)了實(shí)時匹配。對比分析SEPS在左心室大輸出值和股動脈壓較大值，兩者呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，符合臨床實(shí)際。此外，在動物實(shí)驗(yàn)中偶發(fā)的心律失常事件，如早搏、室顫等，也被SEPS實(shí)時監(jiān)測到。
綜上，該工作是基于TENG構(gòu)建植入式心內(nèi)壓監(jiān)測器件的研究，進(jìn)一步拓寬了基于iTENG的傳感器的應(yīng)用場景——從體表、皮下和心包間隙延伸進(jìn)入心腔，能夠獲取更深層次的生理信息。該研究具有向醫(yī)療器件發(fā)展的重要潛力，為微型化植入式自驅(qū)動醫(yī)療傳感器件的研究提供了新的思路。
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