由西北大学和德克萨斯大学奥斯汀分校（UT）领导的一个研究小组已经开发出一种新型石墨烯心脏植入物，其厚度约为一缕头发，并利用光线监测和纠正异常的心律。心律失常是由心脏中的电信号错误引起的，导致心脏跳动过快或过慢。在某些情况下，这可能导致心脏衰竭、中风，甚至猝死。

心律失常通常用植入式心脏起搏器和除颤器来治疗，它们监测并纠正异常的心律。但这些设备不灵活，可能会限制心脏，造成组织损伤和不适，并增加并发症的风险，如肿胀、穿孔、血凝块和感染。

新设计的心脏起搏器是第一个由坚固、轻质、具有生物相容性的"超级材料"石墨烯制成的，而且是迄今为止最薄的。与现有的植入式起搏器和除颤器不同，这种起搏器能使自己与心脏组织融为一体，同时又足够坚固，能承受心脏跳动的严酷考验。

该研究的资深作者Igor Efimov说："目前的起搏器和除颤器面临的挑战之一是，它们很难贴在心脏表面。例如，除颤器的电极基本上是由非常粗的电线制成的线圈。这些电线没有弹性，而且会断裂。与软组织（如心脏）的刚性接口可能导致各种并发症。相比之下，我们的柔软、灵活的设备不仅不显眼，而且还能亲密无间地直接贴合心脏，提供更精确的测量。"

UT的研究人员已经在开发一种具有传感功能的石墨烯电子纹身，它可以粘附在皮肤上，持续监测血压和电活动等生命体征。在目前的研究中，研究人员使用UT的电子纹身设计来开发一个可以在体内运行的设备。

他们首先将电子纹身包裹在一个灵活的硅膜中，然后将大约10微米厚的金带放在其上。黄金作为石墨烯和用于测量和刺激心脏的电子设备之间的电气连接。总的来说，该设备的总厚度约为100微米。作为背景，人类的平均头发约为70微米厚。

纹身纸上的石墨烯心脏植入物刘宁/德州大学奥斯汀分校

研究人员在大鼠身上测试了他们的设备，发现它可以准确地感知心律失常，然后在不限制心脏自然运动的情况下提供电刺激。在体温下，它在活跃跳动的心脏上稳定了60天，与临时起搏器作为永久起搏器的桥梁所使用的时间差不多。

更重要的是，该设备的透明度提供了更多的优势，研究人员说，他们用光来监测和控制大鼠受试者的心律（光学心电图）。光学刺激是一种比电刺激更精确的纠正心律失常的方法，而且通过光，可以跟踪特定的酶，并对心脏、神经和肌肉细胞进行调查。

埃菲莫夫说："我们基本上可以把电和光的功能结合到一个生物界面上。因为石墨烯是光学透明的，我们实际上可以通过它进行读取，这给我们提供了更高的读取密度。"

研究人员说，以这种方式使用光可以提供一种诊断和治疗心脏疾病的新方法。

这项研究将于2023年4月20日发表在《先进材料》杂志上。