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【醫療科技】深層腦部刺激器新架構 減置換手術風險

10:00 2022/11/19

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有科研團隊早前針對該治療方式的缺點,研發出毋須更換電池,利用人體呼吸供電的深層腦部刺激器。

柏金遜症手術治療,目前多採用「深腦刺激療法」(Deep Brain Stimulation,下稱DBS),當患者到了柏金遜症晚期,已無法以藥物控制症狀,合適的患者可考慮接受深腦刺激手術。然而,手術過程中植入的「深層腦部刺激器」(俗稱脈衝產生器)靠電池供電,每隔2至3年就要再進行外科手術更換電池。有科研團隊早前針對該治療方式的缺點,研發出毋須更換電池,利用人體呼吸供電的深層腦部刺激器。

DBS手術治療由腦外科專科醫生把特定的電極,植入預定的深層腦部位,之後把電極接上電綫,再連接置於鎖骨下的深層腦部刺激器。如果進行電池置換外科手術,可能會有感染風險、疼痛、留下疤痕,以及經濟負擔等。盡管近年出現了由可充電電池供電的DBS深層腦部刺激器,在更換電池之前,可以提供長達9年的服務,可是,設備需要每周充電1至3次,對於患者而言比較麻煩,並阻礙廣泛採用。

納米發電機 作能量收集器

有見近年的新型低侵入性「自供電」設備技術,能將心跳動能轉換成電力供電,來自美國康乃狄克大學(University of Connecticut)的科研人員Esraa Elsanadidy、Islam Mosa、James Rusling以及其團隊亦認為,其運作原理可應用於DBS設備,於是設計出可自行供電的新架構,以呼吸供電。

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Esraa Elsanadidy指出,其團隊採用了新納米材料組成「生物摩擦納米發電機」(Bio-TENG)。該發電機能同時作為能量收集器,與快速充電儲能單元的生物超級電容器,還能透過摩擦起電(Triboelectric)效應產生電能,為深層腦部刺激器提供動力。

為進一步驗證該新架構,與現有深層腦部刺激器一樣,能發出電脈衝,減少因藥物治療無效的震顫,因而減少服藥的劑量,令患者活動能力增加。團隊早前按照美國國家衞生研究院實驗動物護理和使用指南進行,並獲得到該大學位於斯托斯(Storrs)分校的動物護理和使用機構委員會的批准,利用豬肺及小鼠的腦組織模擬測試。該研究近日亦有發布在物理科學期刊《Cell Reports Physical Science》。

豬肺小鼠腦組織 模擬測試

實驗期間,該團隊利用泵來為豬肺進行充氣和放氣,模擬吸氣和呼氣,引起Bio-TENG材料之間的摩擦並產生電流,刺激器能夠利用這些電流每秒產生60次電脈衝,刺激小鼠海馬體中的神經元。

研究人員又指出,Bio-TENG可充當智能呼吸傳感器和生物力學能量收集器,除了呼吸之外,還可以從心臟、橫膈膜、腳踝和膝關節的運動中,獲取生物力學能量以產生電能。該團隊計劃,未來在大型動物身上測試,該新款設計的深層腦部刺激器。

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責任編輯:張寶燕

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