Name: 健康和缺血 离体 大鼠心脏中的双向电和光电接口 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-18T13:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: 了解离体大鼠心脏双向光电接口技术，使用Langendorff灌流装置和纳米多孔碳电极实现心脏刺激与信号记录，为生物电子材料研究和心肌梗死治疗验证提供可控实验平台。

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本研究由美国国立卫生研究院通过资助编号1R56EB034289-01和1R01EB036091-01，以及美国陆军研究办公室通过资助编号W911NF-24-1-0053提供资金支持。P. L. 感谢Grier生物物理科学创新奖提供的支持。

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P.L. 和 B.T. 就纳米多孔硅器件的制备与应用申请了一项专利。P.L.、C.Y. 和 B.T. 就纳米多孔碳器件的制备与应用申请了一项专利。P.L. 和 B.T. 就柔性微电子阵列的制备与应用申请了一项专利。

本方案介绍了 离体 大鼠心脏平台（图1A以及I/R模型，为生物电子学领域日益增长的研究需求提供快速便捷的器官水平电生理研究手段38详细描述了三种装置系统的制备与验证，即纳米多孔硅、柔性多电极阵列和纳米多孔碳图1B- D）， 作为双向电生理探测的基准。多孔纳米硅可实现低强度、电容性及高时空分辨率的起搏，柔性多电极阵列可实现心外膜电活动的多通道记录与映射，而多孔纳米碳与多电极阵列结合时，可实现低电压刺激和高信噪比记录。27.
光学起搏此前已通过光遗传学技术得到验证，该方法需要通过基因改造在靶组织中表达光敏离子通道33。尽管该方法有效，但因其依赖病毒载体或转基因手段，带来了显著的技术复杂性，并引发安全性、伦理及监管方面的担忧，尤其在临床应用中更为突出。相比之下，基于半导体的非遗传性生物刺激提供了一种更简单且更具临床转化可行性的替代方案39,40,40,42。硅及其他有机半导体材料能够在不进行基因修饰的情况下实现对组织的直接光电调控，利用容性光电流实现生物安全且电荷平衡的刺激。该方法在起搏强度方面可达到与光遗传学相当甚至更优的性能，其工作强度远低于激光安全阈值，从而最大限度地减少组织损伤31,32（图8）。基于半导体的非遗传性生物刺激避免了基因改造相关的各种障碍，为该技术在临床环境以及组织工程和生物电子医学等广泛领域的应用铺平了道路。然而，器件需要经过精心设计以实现与组织的有效整合，其中需充分考虑生物相容性，以及刺激与记录功能界面的位置选择（图8A-B）。此外，材料存在于组织表面可能会影响实时成像的可能性，除非器件被设计为对特定成像剂的激发-发射波长窗口透明。
在半导体光刺激材料中，多孔纳米硅因其无需人工回路电极而脱颖而出，不同于此前报道的其他材料26。这一独特性质源于其可根据光斑尺寸和位置形成空间上分离的阴极和阳极区域。被光照的表面作为阴极注入位点，而周围的外围区域则实现阳极电流回路。该机制可在单一、无像素结构的膜上实现多点刺激，从而实现精确且局部化的刺激。值得注意的是，局部光刺激（而非全局照明）对于形成高效的双极刺激模式至关重要。此外，器件尺寸显著影响其性能；在相同刺激条件下，较大的器件可产生更高的电流，进一步提升其功能多样性。
即使在健康的生物模型中，光控 pacing 失败也可能由多种因素导致，主要与器件完整性和生物界面耦合有关。首先，在心脏刺激之前，必须进行充分的光电流表征。低于预期的光电流可能源于材料降解43、长期储存后氧化层钝化、染色蚀刻过程中过度蚀刻、操作或转移时器件破裂，或在界面连接时器件方向错误。为减轻机械损伤，本研究采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为柔性基底来承载纳米多孔硅膜，从而避免使用镊子直接操作时可能造成的损伤。其次，建立与心外膜的无缝界面至关重要，该实验体系中心外膜处于生物流体灌注环境中。过厚的生物流体层可能阻碍有效贴附，进而影响 pacing 效果。为增强生物界面耦合，可使用生物粘合剂42,43 或缝合技术来稳定连接，确保刺激的可靠性。值得注意的是，本研究中使用的纳米多孔硅具有生物可降解性，适用于短期 pacing 应用，但在生理条件下 1–2 天内性能会逐渐下降。若需更长期的稳定性，应考虑表面钝化44 或采用更耐用的半导体材料。
在离体起搏过程中，较高频率（例如 4 Hz）下左心室压力（LVP）的逐渐升高（图 8E）可能源于心肌收缩力增强、钙离子蓄积以及Frank-Starling机制45。提高起搏频率可改善细胞内钙循环及心室充盈动力学，从而增加前负荷和收缩强度46。尽管这可能会增加心肌氧耗和心律失常风险，但通过充分预氧合、密切心电图监测以及控制起搏参数，这些影响可被有效减轻。在本研究实验中，未观察到显著的不良反应。
在多电极记录中，明确电极在心脏上的位置及其相对于起搏电极的相对位置，对于有意义的分析至关重要。必须消除电极之间的串扰，以确保能够捕获到清晰的波形和时间上可分辨的模式。柔性电极阵列通常能与心外膜形成良好的界面；然而，可通过使用离子导电性粘附涂层（如薄水凝胶层）28,43来进一步增强粘附性，从而提高稳定性和信号质量。
具有大比表面积的纳米结构石墨烯/碳材料可用于电荷存储和注入，通过降低电极-生理盐水界面的阻抗并提高电荷注入能力，从而提升生物电子器件的性能35。目前将石墨烯材料图案化至柔性电极（如金电极）上的方法包括电沉积、旋涂和丝网印刷47。然而，这些方法通常涉及复杂的制备工艺，图案化能力有限，且由于粘结剂的无效体积导致性能下降。研究人员采用了一种激光合成方法，在纤维素基底上生成纳米结构的碳图案，随后将其转移至其他柔性薄膜上，以构建可顺应的生物界面，为生物电子器件的制备提供了一种简便而高效的方法。将几何尺寸小至单细胞水平的图案化碳涂层（可增强局部电场）与具有高孔隙率的碳膜结构（可降低电极-组织界面电阻）相结合，未来有望协同实现高效的生物刺激与信号记录48。
尽管该模型是一种便捷的疾病模型，但离体朗根多夫（Langendorff ex vivo）缺血/再灌注（I/R）模型缺乏系统性相互作用，将心脏与神经激素和免疫反应隔离，并依赖于缓冲液的人工灌注，这可能改变氧输送和内皮功能等生理条件。其有限的存活性使研究仅局限于急性事件。然而，该模型提供了高度可控的环境，可精确调节参数且具有良好的可重复性。同时，它还能实现实时心脏功能测量，因而成为探索缺血性心脏病新型治疗策略的有力工具。例如，可设想采用电刺激治疗设备对心脏进行预处理，使其适应严重的活性氧（ROS）环境，或降低ROS水平以促进恢复。此类治疗的效果可通过心率模式、心电图（ECG）波形和传导速度等指标进行评估。此外，多点刺激平台可提供心肌梗死的空间信息，从而更详细地评估受累区域。该方法还可展示与梗死严重程度相关的刺激阈值改善情况，为治疗方案的评估与优化提供全面的框架。
尽管该方案强调了三种设备在双向应用中的使用 离体 心脏模型的应用远不止于心肌组织。这些装置可轻松改造，用于其他电兴奋性组织或器官，如神经组织、骨骼肌和胃肠道系统，在需要精确电调控的场景中展现出重要价值，因而在生物电子医学的研究与转化应用中具有广泛的适用性。

心脏生物电子学领域正在快速发展，其推动力来自于开发能够实现与心脏进行精确高效双向通信的材料和设备的需求1,2,3,4。电生理学研究在这一进程中发挥着关键作用，通过调控与传感，提供材料如何与心脏生物界面相互作用的重要见解。体外模型（如培养的HL-1细胞系和啮齿类动物原代心肌细胞）为初步评估提供了可控的环境5,6,7,8，但其结构简单，往往难以复制活体心脏复杂的动态环境。这些模型缺乏心脏的三维结构——这对协调的电传导和机械力生成至关重要，也无法模拟节律性的收缩-舒张循环以及对氧气和营养物质输送至关重要的灌注动力学9。相反，体内模型虽能提供最具生理相关性的信息，却伴随着重大的伦理、行政和技术挑战，包括需要大量培训、复杂的手术设备以及遵守严格的监管框架10。
为了弥合这一差距， 离体 心脏模型，例如离体灌注成年大鼠心脏（Langendorff-perfused adult rat heart），为科学研究提供了极具吸引力的替代方案11,12. 这些模型结合了生理相关性与 体内 可控性和可及性的系统 体外 装置。通过将心脏分离并维持其功能状态，朗根多夫装置使研究人员能够在精确控制的条件下对心脏电生理学进行高保真度的研究。由于消除了神经输入和循环激素等全身性变量，实验结果的解读得以简化，同时保留了心脏生理学的关键特征。此外， 离体 模型可缓解诸多伦理问题并减轻资源负担，使其成为转化研究中多功能且实用的平台13.
除了具有转化潜力外，本方案还为材料性能评估设立了基准。通过引入具有代表性的材料策略，例如用于无线光刺激的光电平台以及用于有线刺激和记录的电子系统，该方案建立了一个可重复的比较研究框架。这种标准化不仅有助于推动技术创新，还能提高不同研究团队之间研究成果的可重复性和可靠性。过去，许多高性能的光电极和电极在生物电研究中展现出巨大前景，例如 PEDOT:PSS14、MXene15、氧化铱16、铂17、钼18、硅19,20,21、量子点22,23,24 和有机半导体25。本方案介绍了若干具有代表性和先进水平的材料，包括纳米多孔硅26、纳米多孔碳27 以及柔性的网状金多电极阵列（MEAs）28,29，并将其整合到方案中，以展示其在双向心脏接口中的应用能力。这些材料可实现低强度超阈值刺激、高时空分辨率记录以及高信噪比信号采集，凸显了其在推动心脏生物电子学发展方面的潜力。此外，通过引入由缺血/再灌注（I/R）损伤诱导的心肌梗死模型，为疾病相关研究和治疗探索提供了坚实的实验框架。
本工作介绍了用于无铅光刺激以及电刺激与传感的先进材料的制备与应用的详细方法 离体 大鼠心脏（图1A采用光刻图案化、反应离子刻蚀（RIE）以及缓冲氢氟酸（HF）释放工艺，从器件层厚度为5 µm的绝缘体上硅（SOI）晶圆制备纳米多孔硅膜，随后经染色腐蚀处理并转移至柔软的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜上26通过激光烧蚀含盐培养的纤维素基底，随后进行水相转移和热压层压，制备出用于电刺激和记录的纳米多孔碳材料，其电荷存储和注入能力优于传统的金电极。27此外，采用光刻、电子束金属化、刻蚀、封装和释放工艺，在聚酰亚胺涂层的硅晶圆上制备了柔性的微电极阵列，以实现空间分辨的心外膜记录与 mapping28,29.
除了制备之外，本方案还提供了成年大鼠心脏分离、灌注、监测以及与光学和电学设备连接的逐步操作流程。这些设备在离体心脏上进行了测试，展示了用于电生理评估的起搏与记录的代表性结果。本方案还介绍了一种通过缺血/再灌注（I/R）建立心肌梗死模型的方法，并通过生理记录、染色及形态学评估加以验证。该综合方法为心脏生物界面中材料与设备的评价建立了可重复的实验框架。 图1B- D 概述了材料制备的工艺流程&#160;在此离体心脏模型中进行评估。 图2A- C 以图片形式展示了所制备器件的预期结果。

<table><tbody><tr><td>16通道前置放大器</td><td>Intan Technologies</td><td>C3334</td><td></td></tr><tr><td>2,3,5-三苯基氯化四氮唑</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8877-5G</td><td>三苯基氯化四氮唑</td></tr><tr><td>2-丙醇（IPA）</td><td>Fischer Scientific</td><td>A451-4</td><td></td></tr><tr><td>635 nm 激光器，500 mW</td><td>Laserglow</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>丙酮</td><td>Fischer Scientific</td><td>A18-4</td><td></td></tr><tr><td>Angstrom Evovac 电子束蒸发仪</td><td>Angstrom</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>AZ 300MIF 显影液</td><td>Microchemicals</td><td>18441123163</td><td>显影液</td></tr><tr><td>AZ nlof 2020</td><td>Microchemicals</td><td>1A002020</td><td></td></tr><tr><td>AZ NMP</td><td>Microchemicals</td><td>NA</td><td>光刻胶去除剂</td></tr><tr><td>AZ40XT-11D</td><td>Microchemicals</td><td>1000300</td><td>光刻胶</td></tr><tr><td>缓冲氢氟酸</td><td>Thermo Scientific</td><td>AA44627K2</td><td></td></tr><tr><td>CaCl₂·2H₂O</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(C3881)</td><td></td></tr><tr><td>CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 激光器</td><td>Universal Laser Systems</td><td>VLS 4.60</td><td></td></tr><tr><td>导电银漆</td><td>PELCO</td><td>16062</td><td>电极与连接铜线之间的导电粘合剂</td></tr><tr><td>0.1 mm 包覆铜线</td><td>Amazon</td><td>https://www.amazon.com/Enameled-Temperature-Resistance-Transformers-Inductors/dp/&lt;br/&gt; B09TNM51S5/ref=asc_df_B09&lt;br/&gt; TNM51S5?mcid=155de761ea4&lt;br/&gt; c389ea86d45ba61a83e8d&amp;amp;tag&lt;br/&gt; =hyprod-20&amp;amp;linkCode=df0&amp;amp;hvadid&lt;br/&gt; =693675076770&amp;amp;hvpos=&amp;amp;hvnetw&lt;br/&gt; =g&amp;amp;hvrand=664358781094905&lt;br/&gt; 4431&amp;amp;hvpone=&amp;amp;hvptwo=&amp;amp;hvqmt&lt;br/&gt; =&amp;amp;hvdev=c&amp;amp;hvdvcmdl=&amp;amp;hvlocint&lt;br/&gt; =&amp;amp;hvlocphy=9021716&amp;amp;hvtargid=&lt;br/&gt; pla-1878323158943&amp;amp;psc=1</td><td></td></tr><tr><td>Digidata 1550 数字转换器</td><td>Molecular Devices</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G7021</td><td></td></tr><tr><td>无钙、无镁、无酚红的HBSS</td><td>Thermo Scientific</td><td>14175095</td><td></td></tr><tr><td>Heidelberg MLA150 直写系统</td><td>Heidelberg</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>肝素（1000 IU/kg）</td><td>Sagent Pharmaceuticals</td><td>1009655</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(H4034)</td><td></td></tr><tr><td>己烷</td><td>Sigma Aldrich</td><td>52750-10ML</td><td>溶剂</td></tr><tr><td>HF</td><td>Fisher Scientific</td><td>A513-500</td><td>痕量金属级</td></tr><tr><td>HMDS 蒸汽预处理烘箱</td><td>Yield Engineering Systems</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>HNO₃</td><td>Fisher Scientific</td><td>A509P500</td><td>痕量金属级</td></tr><tr><td>热压 laminator</td><td>Office Depot</td><td>L410-A</td><td>多层封装</td></tr><tr><td>Intan RHD 系统</td><td>Intan Technologies</td><td>C3100</td><td></td></tr><tr><td>iWorx 心电图仪</td><td>iWorx</td><td>IA-400D</td><td></td></tr><tr><td>iWorx LVD 探头</td><td>iWorx</td><td>BP-100</td><td></td></tr><tr><td>iWorx 前置放大器</td><td>iWorx</td><td>C-ISO-256</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(P4504)</td><td></td></tr><tr><td>乳胶气球（4号）</td><td>Radnoti</td><td>170404</td><td></td></tr><tr><td>MgCl₂·7H₂O</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(M9272)</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(S9625)</td><td></td></tr><tr><td>含Nafion 117的溶液</td><td>Sigma Aldrich</td><td>31175-20-9</td><td>纳米多孔碳图案的固定试剂</td></tr><tr><td>NaH₂PO₄</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(S0751)</td><td></td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221465</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC9285739</td><td></td></tr><tr><td>Plasma-Therm 电感耦合等离子体氟化物刻蚀机</td><td>Plasma-Therm</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>PMMA（495 A6）</td><td>Microchemicals</td><td>M130006</td><td></td></tr><tr><td>聚（均苯四甲酸二酐-共-4,4'-二氨基二苯醚）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>575801</td><td>聚酰亚胺前驱体</td></tr><tr><td>聚（乙烯-共-醋酸乙烯酯）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>437247-250G</td><td>渗透用聚合物</td></tr><tr><td>聚乙烯醇</td><td>Sigma Aldrich</td><td>341584-25G</td><td></td></tr><tr><td>聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）</td><td>Amazon</td><td>KS-6304-21-11</td><td>D型透明PET片，厚度0.0005&quot;，宽度27&quot;，长度10英尺，1片</td></tr><tr><td>恒电位仪</td><td>BioLogic</td><td>SP-200</td><td>电刺激</td></tr><tr><td>光刻胶烘箱</td><td>Despatch</td><td>LCC1-15-5</td><td></td></tr><tr><td>扫描电子显微镜</td><td>Carl Zeiss</td><td>Merlin</td><td>形貌表征仪器</td></tr><tr><td>硅晶圆</td><td>NOVA Electronic Materials</td><td>HS39626</td><td></td></tr><tr><td>硅酮粘合剂</td><td>WPI</td><td>KWIK-SIL-S</td><td>封装</td></tr><tr><td>硼酸钠</td><td>Sigma Aldrich</td><td>SX0355</td><td></td></tr><tr><td>SOI晶圆</td><td>Ultrasil</td><td>3-10541</td><td>取向类型：P/B(100)，埋氧层厚度：7±1 μm，电阻率：&amp;#60;.005 Ω·cm，顶层硅厚度：300±10 μm，电阻率：1–30 Ω·cm，埋氧层：1 μm±5%，UD-13998/UH-13962</td></tr><tr><td>SU-8 2002</td><td>Microchemicals</td><td>SU-8 2000 系列</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 显影液</td><td>Microchemicals</td><td>SU-8 2000 系列</td><td></td></tr><tr><td>湿组织粘合剂</td><td>3M</td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>Whatman 定性滤纸，1号</td><td>Sigma Aldrich</td><td>WHA1001150</td><td>碳图案化的基底</td></tr></tbody></table>

健康与缺血状态下双向电学与光电接口 离体 大鼠心脏

Bidirectional Electrical and Optoelectronic Interfaces in Healthy and Ischemic Ex Vivo Rat Hearts

电生理学研究在探索材料与心脏生物界面相互作用方面具有关键作用。近年来的进展已引入多种新型导体和半导体材料，用于与心脏模型建立双向界面，可在实现低强度起搏的同时，进行高时空分辨率和高信噪比（SNR）的信号记录。 离体 啮齿类动物心脏模型为验证新材料和新设备的功能提供了一个有效平台，弥合了 体外 研究结果转化为具有转化意义的见解，同时最大限度地减少伦理和行政方面的顾虑。在本方案中，我们详细描述了分离和 离体 使用Langendorff装置对成年大鼠心脏进行灌注，结合高性能半导体与导体实现精确的双向刺激与记录，所用材料包括纳米多孔硅、纳米多孔碳及柔性网状微电极阵列。此外，我们建立了由缺血-再灌注（I/R）损伤诱导的心肌梗死模型，通过多通道记录与 mapping 以及梗死染色进行评估，从而支持与心脏疾病相关的研究及潜在治疗策略的探索。该方法为材料-生物界面研究及下一代心脏生物电子器件的开发提供了重要见解。

本方案概述了先进的材料制备与 离体 大鼠心脏光学与电学双向生物接口方法，用于实现精准的心脏刺激、记录及梗死建模，支持生物电子学研究。

电生理学研究在探索材料与心脏生物界面相互作用方面具有关键作用。近年来的进展已引入……

我们开发了一种离体心脏模型，用于评估光电和电子材料在心脏刺激与传感中的应用，从而将实验室创新与转化型生物电子应用连接起来。通过提供一种可控的、非基因改造的离体心脏模型，我们填补了体外（in vitro）与体内（in vivo）研究之间的空白，可用于在真实组织中评估有线和无线生物电子材料。本方案可在完整跳动的心脏中快速、可重复地测试材料性能，将生理相关性与精确控制相结合，非常适合比较不同设备在刺激与传感性能上的差异。我们探索可调节心脏功能的治疗材料，并利用缺血再灌注离体模型验证其在治疗心肌梗死中的有效性。首先，通过轻捏麻醉大鼠的一只足爪来确认全身麻醉是否生效，若无反应，则继续操作。随后，在胸部下方做一个5厘米长的切口，以打开胸腔。使用剪刀小心地剪开膈肌，以暴露心脏和肺。接着剪开两侧肋骨，完全打开胸腔。用止血钳在胸骨处固定已打开的胸腔。使用第二把止血钳从心脏下方夹住下腔静脉。用弯头钝头剪刀在止血钳下方尽可能靠近肋骨底部的位置剪断，以取出心脏。立即将心脏转移至一个装有冰冻 HBSS 的培养皿中。用冰冻的HBSS完全填充套管和另一个独立的培养皿。将心脏转移至已预先加入缓冲液的培养皿中，用于切片。使用镊子或剪刀去除附着在心脏上的肺组织及其他结缔组织。然后，轻轻按压心脏，沿血流路径追踪以定位主动脉。若主动脉弓得以保留，则在第一支升支动脉下方剪开。小心地插管主动脉。用预充氧的工作液对朗根多夫装置进行预灌注。打开缓冲液流路，小心地将套管连接至灌注装置，确保无气泡进入系统。观察心脏在开始灌注后开始收缩。现在，使用小剪刀剪除部分心房或心耳。在将球囊插入左心室之前，需将其完全放气。然后，使用连接的注射器向球囊内注水。接下来，将BP 100压力探头连接至灌注管路，将充满水的球囊连接至左心室压力监测装置，分别用于监测左心室压力。使用IA-400D放大器放大所有信号输出，包括左心室压力和心电图（ECG）。监测HEPES Tyrode缓冲液的压力，并将其调节至80至100毫米汞柱（mmHg）的最优范围内。使用注射器调节气球内水的体积，使左心室压力基线设定在约20毫米汞柱。通过将套管接地并根据用户偏好将电极导线放置在心脏的侧面、顶部或心尖处，连接心电图电极。用预热至37摄氏度的HEPES Tyrode缓冲液填充加热腔室。将心脏浸入灌流室中，关闭旋塞以阻断缓冲液流动，诱导全心缺血。缺血30分钟后，打开旋塞恢复缓冲液流动，开始再灌注。再灌注持续45分钟，随后终止实验并进行梗死染色。通过观察心率下降和不规则的ECG信号来验证缺血是否成功。为了在设备与心肌组织之间建立双向光电接口，将硅基光电薄膜放置于心脏上所需刺激部位，利用毛细作用力使其自动附着于心外膜。将电极连接至RHD记录系统或兼容的电生理平台。随后，将柔性多电极阵列放置于离体心脏的心室表面。接下来，使用晶体管-晶体管逻辑信号对635纳米激光光源设置所需的频率和占空比。将激光束聚焦至一个直径为一毫米的光斑，并将其对准硅膜。启动记录和刺激程序。逐渐增加激光强度，直至观察到心脏的持续性超速起搏。为了在设备与心肌组织之间建立双向电极式电接口，将刺激电极以双电极构型连接，将多孔碳工作电极置于左心室壁，对电极置于右心室壁。使用恒电位仪输送方波电流信号，例如2毫安、脉冲持续时间为1毫秒的电流，直至实现心脏的有效起搏。已建立一种基于纳米多孔碳的平台，可用于心脏系统有效的电调控或电传感。在1毫安、4赫兹刺激条件下，金电极和纳米多孔碳涂层金电极均实现了有效的超速起搏，其中纳米多孔碳组观察到更高的心电图振幅。两种电极均表现出阈值电流随脉冲持续时间延长呈指数下降的趋势。在刺激电流为4毫安/平方厘米、持续时间为1毫秒的条件下，金电极有效起搏所需的阈值电压为1.32伏，而纳米多孔碳涂层电极为0.90伏。一种16通道纳米多孔碳接枝金电极显著增强了心外膜心电图信号的检测能力，与标准金电极相比，信噪比提高了8倍。通过实验后的TTC染色验证了缺血再灌注梗死的成功诱导，梗死心脏呈现出明显的白色区域，代表心肌损伤。在实时监测过程中，缺血心脏表现出显著降低的心率。对缺血心脏进行的多电极阵列标测显示，心外膜的电传导速度下降，表现为信号延迟增加。

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Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

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