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  在心血管疾病領域，開發能夠長期隨體預防、診斷和治療的可植入裝置是至關重要的，此類設備通過長期記錄生理參數，提醒個人及醫生異常生理特征以及潛在健康風險。為了縮短心律失常的搶救時間和提高治療效率，對可植入器件提出了閉環監測和精確控制的需求。光遺傳學因為具有細胞選擇性、高時空準確性和節律調控性等優勢，被認為是一種在大腦和心臟疾病等領域具有相當前景的技術，但是目前心臟光遺傳學器件存在時間延遲長、功耗大和便攜性差等問題，因此亟需一種高度集成的植入式心臟光遺傳系統將閉環監測與光遺傳治療相結合，達到高效診療的目的。

  近日，上海交通大學劉景全教授團隊在柔性MEMS應變傳感器和光遺傳研究中取得新進展，在Science Advances發表題為“Self-adaptive cardiac optogenetics device based on negative stretching-resistive strain sensor”的研究論文。該研究工作報道了一種新型負拉阻應變傳感器，并在此基礎上構建針對室速疾病的閉環自適應光遺傳系統，該系統具有集成度高、功耗低和效率高的特點。

圖1 負拉阻現象

圖2 基于負拉阻傳感的心臟自適應光遺傳

  傳統導電聚合物在受到拉伸時，導電通路破壞導致電阻升高，然而基于CNT和天然乳膠（CNT-Natural Latex, CNL）的復合材料在受到外力拉伸時電阻大幅下降，作者將其定義為負拉阻現象并對其原理深入研究。CNL薄膜受在到86.6%應變時電阻下降75.3%，將負拉阻薄膜和LED燈串聯，薄膜受到拉伸時，LED光強增加。

  基于負拉阻傳感設計和制備閉環自適應光遺傳系統，將負拉阻材料和LED陣列集成于柔性基底包裹于心臟表面，通過負拉阻材料的電阻變化檢測心率的同時，依靠其負拉阻特性自適應調控LED光強，包裹于心臟表面的負拉阻材料隨心臟舒張受到拉伸，回路中電阻降低導致LED光強提高，從而提高光遺傳治療的效率。該閉環自適應光遺傳系統具有集成度高、功耗低和效率高的特點，通過犬類在體動物實驗驗證閉環自適應光遺傳系統的功能性及其優越性。

  該工作的第一單位為上海交通大學，第一作者為上海交通大學博士生洪雯和姜春蓬，合作作者為上海交通大學附屬胸科醫院秦牧醫生和宋子良醫生，通訊作者為上海交通大學劉景全教授。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金等項目資助。

  該研究成果是劉景全團隊在可植入MEMS器件領域的又一突破性工作，劉景全團隊長期致力于可植入/可穿戴MEMS器件和腦機接口器件研究（Adv. Mater. 2021、SMALL 2019和BIOSENS BIOELECTRON 2020等），并推動其臨床轉化。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4273