生物通報道：目前，生物醫學工程師使用廉價的3D打印機，研制出一種可定制的、內置傳感器的植入裝置，可改變心臟疾病的治療和預測。

美國圣路易斯華盛頓大學工程與應用科學學院的生物醫學工程教授Igor Efimov，與由生物醫學工程師和材料科學家組成的一個國際小組，研制出一種由柔軟而有彈性的硅材料構成的3D彈性薄膜，其形狀與心臟心外膜或心臟壁外層精確匹配。當前適形電子系統基本上都是二維薄片，不能覆蓋整個心外膜表面，或者在無縫合或粘合劑的慢性應用中，不能保持可靠的接觸。

研究小組將微型傳感器打印到這種薄膜上，它能夠精確地測量溫度、機械應力和pH值等標記，或在心律失常的情況下傳導電脈沖。這些傳感器可以幫助醫生確定心臟的健康，在患者表現出任何癥狀體征之前，提供治療或預測即將發生的心臟病。

相關研究結果于2014年2月25日在《自然通訊》（Nature Communications）雜志在線發表。論文作者包括來自美國、中國、加拿大、新加坡和韓國的科研人員。中國清華大學的蘇業旺博士也參與了此項研究。

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Efimov博士指出：“每一顆心臟都有不同的形狀，當前的設備是一刀切式的，一點都不符合患者心臟的幾何結構。利用這個應用程序，我們可通過核磁共振成像（MRI）或電腦斷層掃描（CT），對患者的心臟進行圖像分析，然后計算提取圖像，建立一個三維模型，我們可以在3D打印機上打印該模型。然后我們制作薄膜的模具，這個模具就是部署在心臟表面的這個裝置的基礎。”

這種薄膜最終可用于治療心臟下部腔室中的心室疾病，或可插入心臟內來治療各種疾病，包括心房顫動，在美國這種疾病影響3~5百萬的患者。

Efimov也是醫學院的放射學和細胞生物生理學教授，他解釋說：“目前，治療心節律疾病的醫療設備，基本上都基于兩個電極，這兩個電極通過靜脈插入并部署在心腔內。這些醫療設備只在一個或兩個點上與組織接觸，并且分辨率非常低。我們想要研制的方法，能夠讓你有無數個接觸點，用高清診斷法和高清療法來解決這個問題。”

伊利諾斯大學香檳分校材料研究實驗室的材料科學與工程學教授John Rogers共同指導了這項研究，他開發了轉移打印技術，利用半導體材料包括硅、砷化鎵和氮化鎵以及金屬、金屬氧化物和聚合物制備了傳感器。

最近，谷歌公司宣布，他們已經研制出一款具有高科技含量的隱形眼鏡，這款智能隱形眼鏡內置了小型葡萄糖傳感器，可以在佩戴后對眼淚中所含糖分進行監測，隨時讓糖尿病病人掌握自己的血糖水平。Efimov表示，雖然研究小組研制的這種薄膜更加的復雜，但其實是一種類似的理念。

Efimov指出，因為這種薄膜是植入式的，它將使醫生能夠監測不同器官的重要功能，并在必要時進行干預治療。在心臟節律紊亂的情況下，可以用它來刺激心肌或大腦，或者在腎臟疾病中，用它來監測鈣離子、鉀離子和鈉離子的濃度。

Efimov還指出，該薄膜甚至可以控制傳感器測量肌鈣蛋白，肌鈣蛋白是在心臟細胞中表達的一個蛋白，是心臟病發作的一個標志。因為醫學院的臨床化學教授Jack Ladenson博士開發的一個檢測，肌鈣蛋白分析成為疑似心臟病患者的一個醫療標準。

最終，這種裝置將與心室輔助裝置相結合。Efimov表示：“這僅僅是個開始，以前的裝置已經顯示出巨大潛力，并挽救了數百萬人的生命。現在，我們可以采取下一個步驟，解決一些我們不知道該如何治療的心律失常問題。”（生物通：王英）

生物通推薦原文摘要：
3D multifunctional integumentary membranes for spatiotemporal cardiac measurements and stimulation across the entire epicardium
Abstract: Means for high-density multiparametric physiological mapping and stimulation are critically important in both basic and clinical cardiology. Current conformal electronic systems are essentially 2D sheets, which cannot cover the full epicardial surface or maintain reliable contact for chronic use without sutures or adhesives. Here we create 3D elastic membranes shaped precisely to match the epicardium of the heart via the use of 3D printing, as a platform for deformable arrays of multifunctional sensors, electronic and optoelectronic components. Such integumentary devices completely envelop the heart, in a form-fitting manner, and possess inherent elasticity, providing a mechanically stable biotic/abiotic interface during normal cardiac cycles. Component examples range from actuators for electrical, thermal and optical stimulation, to sensors for pH, temperature and mechanical strain. The semiconductor materials include silicon, gallium arsenide and gallium nitride, co-integrated with metals, metal oxides and polymers, to provide these and other operational capabilities. Ex vivo physiological experiments demonstrate various functions and methodological possibilities for cardiac research and therapy.