在心血管疾病领域，开发能够长期随体预防、诊断和治疗的可植入装置是至关重要的，此类设备通过长期记录生理参数，提醒个人及医生异常生理特征以及潜在健康风险。为了缩短心律失常的抢救时间和提高治疗效率，对可植入器件提出了闭环监测和精确控制的需求。光遗传学因为具有细胞选择性、高时空准确性和节律调控性等优势，被认为是一种在大脑和心脏疾病等领域具有相当前景的技术，但是目前心脏光遗传学器件存在时间延迟长、功耗大和便携性差等问题，因此亟需一种高度集成的植入式心脏光遗传系统将闭环监测与光遗传治疗相结合，达到高效诊疗的目的。

  近日，上海交通大学刘景全教授团队在柔性MEMS应变传感器和光遗传研究中取得新进展，在Science Advances发表题为“Self-adaptive cardiac optogenetics device based on negative stretching-resistive strain sensor”的研究论文。该研究工作报道了一种新型负拉阻应变传感器，并在此基础上构建针对室速疾病的闭环自适应光遗传系统，该系统具有集成度高、功耗低和效率高的特点。

图1 负拉阻现象

图2 基于负拉阻传感的心脏自适应光遗传

  传统导电聚合物在受到拉伸时，导电通路破坏导致电阻升高，然而基于CNT和天然乳胶（CNT-Natural Latex, CNL）的复合材料在受到外力拉伸时电阻大幅下降，作者将其定义为负拉阻现象并对其原理深入研究。CNL薄膜受在到86.6%应变时电阻下降75.3%，将负拉阻薄膜和LED灯串联，薄膜受到拉伸时，LED光强增加。

  基于负拉阻传感设计和制备闭环自适应光遗传系统，将负拉阻材料和LED阵列集成于柔性基底包裹于心脏表面，通过负拉阻材料的电阻变化检测心率的同时，依靠其负拉阻特性自适应调控LED光强，包裹于心脏表面的负拉阻材料随心脏舒张受到拉伸，回路中电阻降低导致LED光强提高，从而提高光遗传治疗的效率。该闭环自适应光遗传系统具有集成度高、功耗低和效率高的特点，通过犬类在体动物实验验证闭环自适应光遗传系统的功能性及其优越性。

  该工作的第一单位为上海交通大学，第一作者为上海交通大学博士生洪雯和姜春蓬，合作作者为上海交通大学附属胸科医院秦牧医生和宋子良医生，通讯作者为上海交通大学刘景全教授。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

  该研究成果是刘景全团队在可植入MEMS器件领域的又一突破性工作，刘景全团队长期致力于可植入/可穿戴MEMS器件和脑机接口器件研究（Adv. Mater. 2021、SMALL 2019和BIOSENS BIOELECTRON 2020等），并推动其临床转化。

  原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4273