Eine kleine Kapsel, die Ihren Herzschlag jederzeit spüren kann!

Autor: Shi Xiangqi und Li Chuanfu

Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat auch die Medizin revolutionäre Fortschritte gebracht. Der Forscher Li Zhou vom Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Associate Professor Liu Zhuo von der School of Medical Science and Engineering der Beihang University und das Team von Direktor Hua Wei vom Arrhythmia Center des Fuwai Hospital veröffentlichten in der Zeitschrift Advanced Materials ein bahnbrechendes Forschungsergebnis – einen Zero-Bias-Kapselsensor, der neue Hoffnung für die Überwachung und Behandlung von chronischer Herzinsuffizienz bringt.

Übersicht über den Zero-Bias-Kapselsensor zur Herzüberwachung. Quelle: Advanced Materials

Herzinsuffizienz ist eine globale Herausforderung, von der weltweit etwa 45 Millionen Menschen betroffen sind. Dies bedeutet nicht nur einen enormen physischen und psychischen Druck auf die Patienten, sondern stellt auch eine schwere Belastung für das medizinische System und die Wirtschaft dar. Obwohl Ultraschall- und Mehrkanal-EKG-Überwachungsgeräte derzeit wichtige Herzfunktionsparameter liefern können, ist eine kontinuierliche Überwachung nicht möglich. Patienten müssen zu regelmäßigen Kontrolluntersuchungen ins Krankenhaus, was zweifellos den Verbrauch medizinischer Ressourcen und die Unannehmlichkeiten für die Patienten erhöht.

Um dieses Problem zu lösen, haben chinesische Wissenschaftler einen Kapselsensor zur Herzüberwachung ohne Verzerrung entwickelt, der auf dem triboelektrischen Effekt basiert. Dieser Kapselsensor kann die Entspannung und Kontraktion der Ventrikel erfassen. Durch Herzaktivität erzeugt es elektrische Signale, indem es relative Reibung in der inneren Struktur des Geräts verursacht. Es spiegelt Änderungen der mechanischen Aktivität des Herzens direkt und vor Ort wider und ermöglicht so eine kontinuierliche Überwachung und Bewertung der Kontraktilität des Herzens.

Das Kernmaterial des Zero-Bias-Kapselsensors nutzt eine Nano-Selbstadsorptionsmethode zur Erhöhung der Ladungsdichte, wodurch die Kraft-zu-Elektrizität-Umwandlungsleistung des triboelektrischen Effektgeräts deutlich verbessert wird. Die Anwendung dieses Materials ist eine Garantie für die Miniaturisierung der Geräte und eine koordinierte elektrische Hochleistungsleistung.

Die Forscher überprüften durch In-vitro-Biokompatibilitätsexperimente, dass der Sensor die Anforderungen für eine In-vivo-Implantation erfüllte, und implantierten den Zero-Bias-Kapselsensor erfolgreich in die rechte Herzkammer eines Schweinemodells. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass der Zero-Bias-Kapselsensor die Zunahme und Abnahme der Herzkontraktilität erfolgreich erfassen kann und dass selbst winzige Verschiebungen ausreichend elektrische Signale erzeugen können, um den tatsächlichen Anforderungen der In-vivo-Überwachung gerecht zu werden.

Mit der Einführung des Zero-Bias-Kapselsensors können nicht nur Änderungen der Herzkontraktilität überwacht, sondern auch abnorme Änderungen der lokalen Herzkontraktilität erkannt werden, die durch Arrhythmien wie ventrikuläre Extrasystolen und ventrikuläre Tachykardie verursacht werden. Diese Signale können drahtlos an mobile Endgeräte übertragen werden, um eine Echtzeitüberwachung und -analyse des Herzzustands zu ermöglichen. Damit steht dem Klinikpersonal ein leistungsstarkes Instrument zur Verfügung, um bei Patienten mit Herzinsuffizienz früher eine Diagnose zu stellen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.

Mit dem weiteren technologischen Fortschritt können wir davon ausgehen, dass innovative Technologien wie Zero-Bias-Kapselsensoren Herzpatienten mehr Hoffnung und eine höhere Lebensqualität bringen werden. Freuen wir uns in Zukunft auf weitere Durchbrüche im medizinischen Bereich zum Schutz der menschlichen Gesundheit.