心脏术后临时起搏、神经损伤修复、膈肌功能重建，都可能需要持续数天到数周的电刺激。可问题在于，治疗窗口是暂时的，传统植入器却不会自动消失：疗程结束后，要么再次手术取出，要么让已经失去用途的电极和导线长期留在体内。
可吸收电子学给出了一条直观的解决路径——器件完成任务后，在体液中逐步降解和代谢。但过去不少可吸收刺激器只完成了“无线输出固定脉冲”的概念验证。一旦进入真实电疗，刺激器还必须回答更困难的问题：能否输出双相脉冲以减少净电荷积累？能否让不同电极按顺序工作？能否在兴奋神经之外，用高频交流实现可逆传导阻滞？
2026年6月，Jong Uk Kim、Seung Gi Seo、Hongkai Wang、Eric Rytkin 等联合 John A. Rogers 团队在 Nature Electronics 发表研究 A wirelessly powered, light-controlled, bioresorbable stimulation system with programmable polyphasic waveforms。研究者开发了一套无线供能、近红外光控制、可生物吸收的电刺激系统，并在小动物和大动物中演示单点及多点刺激、单相至多相波形、心脏起搏与膈神经肌肉调控。
这项工作的关键词不是单纯的“可降解”，而是可编程：它试图让临时植入器在消失之前，拥有接近常规有源刺激器的波形组织能力。
说明：论文正文为订阅内容。本文依据论文公开摘要、五张主图、图中数据、补充材料目录与作者信息撰写；正文未公开的动物样本量、体内降解周期及部分统计细节不作推测。
临时电疗的矛盾：器件需要“短命”，功能却不能简单
可吸收植入器的临床逻辑很清楚。它最适合治疗终点明确的场景：术后心律恢复前的临时起搏、周围神经损伤后的再生窗口、短期疼痛阻滞，以及患者自主呼吸恢复前的膈肌支持。治疗结束后器件降解，可望避免二次取出手术及其感染、麻醉和组织损伤风险。
然而，“临时”并不意味着只要打一串固定脉冲就够了。
传统单相脉冲会在组织—电极界面留下净电荷，连续刺激时容易引起电极极化和不可逆电化学反应。双相刺激通过第二相回收电荷，是许多临床神经刺激器的基本安全设计。心脏多腔起搏还要求不同位点之间存在可控延迟；神经传导阻滞则可能需要千赫兹交流，而不是低频脉冲。
可吸收系统因此面对一个比材料降解更复杂的工程问题：怎样在没有电池、没有永久芯片、最终还要整体消失的前提下，完成多通道选择、时序控制和波形整形？
研究团队的回答，是把“供能”和“编程”分给两种不同的物理通道：射频负责持续送能，光负责告诉植入器何时、何处导通。
系统架构：13.56 MHz无线供能，近红外光负责局部控制
图1给出了整套系统的核心架构。皮肤表面的可穿戴模块集成13.56 MHz发射线圈和近红外LED；植入端的接收线圈把射频能量转换为电能，硅光晶体管则串联在刺激电极回路的关键节点。
这里的近红外光不是为组织做光遗传刺激，也不是直接驱动神经，而是充当一个穿过皮肤的无线控制信号。LED点亮后，光晶体管导通，电流才能流向对应电极。两个或多个光晶体管采用不同的连接方式，便可完成三类操作：
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• 波形整形：LED亮灭的包络决定单相输出的持续时间和外形； -
• 位点选择：分别照亮不同光晶体管，将同一无线电源分配到不同电极； -
• 多相输出：通过两个方向相反的电流通路交替导通，生成双相脉冲或高频交流波形。
这种“射频供能 + 光学寻址”的拆分有两个优势。第一，一个接收线圈可以服务多个刺激位点，不必为每个电极配置独立接收器。第二，控制信息不需要叠加到供能载波上，电路逻辑可以主要由器件连接和LED时序实现，从而减少植入端永久芯片的需求。
图1还展示了可吸收光晶体管的截面：器件采用约5 μm厚的硅微膜，包含发射极、基极和集电极，并由二氧化硅钝化层和可降解金属互连构成。在95 °C、pH 7.4的PBS中进行加速溶解时，器件由第0天的完整结构逐步衰减，到第6天几乎不可见。需要强调，这只是高温加速试验，用来证明材料存在水解与溶解路径，不能把“6天”直接当作人体内降解时间。
关键器件：一片5 μm硅膜，既要见光导通，也要最终降解
光晶体管是整套系统的“无源开关”。研究者先在绝缘体上硅晶圆的5 μm器件层中制造PNP光晶体管，再借助微结构PDMS将其拾取并转移到不同的可吸收聚合物基底。图中展示的基底包括PLA、PA、PLGA和DCPU，说明器件制造与柔性可降解基底可以分开优化。
电学结果显示，器件在暗态下维持很低的电流，受光后电流提高数个数量级；光强增加时，集电极电流上升，等效电阻快速下降。这种高开关比决定了LED能否把某个刺激通道真正“打开”，而不是只在背景电流上产生轻微扰动。
光谱响应在可见—近红外范围内分布，并在约600 nm附近达到较高响应。实际系统选择近红外光，是因为它比可见光更容易穿透皮肤和软组织。图中响应时间处于微秒量级，足以承担毫秒级刺激脉冲和千赫兹级交流波形的开关任务。
更重要的是，转移前后的电流—电压曲线接近，说明把硅器件从刚性晶圆搬到柔性可吸收基底，并未明显破坏基本光电性能。加速老化曲线则显示，随着PBS浸泡时间增加，器件可输出电流持续下降，到第6天接近关闭。这种变化提醒临床应用必须把“治疗有效期”定义得非常具体：器件不是在某一时刻突然消失，而是在降解过程中逐步失去导电与控制能力。
从开关到波形：同一个接收器输出单相、双相和高频交流
图3把“可编程”从概念变成了实测波形。植入端采用折叠式双层接收线圈，并在可吸收聚酸酐封装中集成两组光晶体管。平滑电容可降低整流后的电压纹波，使刺激输出更稳定。
当红、蓝两个LED依次点亮时，对应通道可产生具有设定间隔的脉冲；同步点亮可让两个位点同时刺激；调节两路光强，还能形成不同幅度的输出。更关键的是，两路相反方向的通路可以依次导通，生成正、负相连续的双相脉冲。
系统不仅能输出矩形双相波，还演示了10、25和50 kHz交流波形。对神经接口而言，这意味着同一块可吸收硬件既能用低频脉冲诱发动作电位，也能用千赫兹交流降低神经传导。换句话说，研究者没有为“兴奋”和“阻滞”分别制造两台设备，而是用光控时序重新配置同一电路。
这也是本文相较早期可吸收刺激器最实质的推进：过去的问题是“能不能无线刺激一次”，现在的问题变成“能不能按不同生理任务组织一套刺激协议”。
犬心脏实验：从单点起搏走向多腔时序
心脏是检验多位点和波形控制的严格场景。研究者将无线接收器与柔性起搏电极植入犬模型，通过体表射频线圈供能，手机控制的双LED模块负责选择刺激通道和延迟。
实验分别在右心室、左心室以及双心室位点进行刺激。图中可见，单独打开不同LED时，心电图呈现相应心室捕获；两路同时工作时可实现双心室刺激。系统还演示了心房—心室组合，并设置约80 ms的通道延迟，以模拟房室顺序起搏的基本逻辑。
单点多相实验中，单相和双相脉冲都能实现约200 bpm的心室起搏。图4g显示，在该实验条件下，实现双相起搏所需的13.56 MHz输入幅度低于单相刺激，尤其在左心室位置差异更明显。这个结果说明波形不仅影响电化学安全，也会改变心肌捕获阈值与能量效率。
但这仍是急性大动物可行性演示，而不是临床起搏器验证。长期稳定性、心脏持续运动造成的机械疲劳、器件降解过程中阈值变化以及失效保护，仍需单独评估。
膈神经实验：一套系统同时完成“起搏”和“阻滞”
膈神经肌肉刺激为这套系统提供了另一种应用逻辑。对脊髓损伤、膈神经麻痹或部分肺移植术后患者，低频刺激可以诱发膈肌收缩，承担呼吸辅助；对于顽固性呃逆或膈肌疼痛，目标则可能相反——暂时抑制异常膈肌运动。
研究者把可吸收电极固定在膈神经附近。10、20和50 Hz LED控制下，超声成像可见不同频率的膈肌节律性位移，说明光控脉冲能够对膈肌运动进行频率编码。
随后，团队用千赫兹高频交流（KHFAC）进行神经阻滞。图5f显示，随着刺激幅度升高，复合肌肉动作电位逐步减弱；图5g中，1 kHz、1.4 V峰峰值刺激期间膈肌肌电和双侧运动信号下降，停止后恢复。图5h、i进一步展示5 kHz与10 kHz条件下的膈肌位移抑制，其中10 kHz、5 V条件下刺激期间位移显著低于刺激前，停止后回升。
这组实验的临床含义非常具体：临时植入物不只负责“打开”一条神经通路，也可能按需“关掉”一条异常通路。 能够在起搏与阻滞之间切换，是可编程多相波形真正区别于固定单相脉冲的地方。
转化前必须回答的五个问题
第一，降解时间能否与治疗窗口匹配。体外高温加速溶解证明材料可降解，却不能替代37 °C体内环境中的质量损失、电性能衰减和组织代谢研究。
第二，近红外控制深度是否足够。小动物或浅表植入物容易照亮；在人类胸壁、术后水肿或瘢痕组织中，光衰减与散射会显著增加。光控的可靠距离、不同肤色影响及LED发热都需要定量验证。
第三，治疗期间的性能漂移如何管理。可吸收器件从植入开始就处于水解环境。线圈品质因数、封装阻隔、电极阻抗和晶体管开关比可能连续变化，控制系统需要知道器件还剩多少刺激余量。
第四，多通道系统如何失效安全。若光晶体管半导通、两个通道串扰或无线供能不稳，心脏起搏等应用不能只依赖“重新照一次光”。临床器械需要故障检测、剂量上限和默认安全状态。
第五，可吸收不等于无需监管。材料、降解产物、无线能量、光照剂量和刺激波形必须作为一个整体接受生物相容性、灭菌、生产一致性和长期安全评价。
医工学人点评
这项工作的真正价值，是把可吸收刺激器的评价标准从“能否降解”提高到“降解前能完成多复杂的治疗任务”。射频解决能源，近红外光解决寻址，可吸收硅光晶体管解决局部开关，多相电路解决电荷平衡与功能切换——四个模块分别对应临床系统中的不同矛盾。
它也说明，可吸收电子学下一阶段的竞争不会只围绕材料消失得多快，而会围绕治疗期间是否可编程、可标定、可监测和可安全失效。一台真正有临床价值的临时刺激器，必须既知道何时工作，也知道何时停止；既能在疗程结束后消失，也不能在疗程中提前“失联”。
从犬心脏与膈神经实验到人体治疗，中间仍隔着慢性动物验证、人体组织光传输、稳定降解和监管路径。但这篇论文已经给出一个清晰方向：临时植入物可以短命，功能却不必简陋。
参考资料
Kim, J. U., Seo, S. G., Wang, H. et al. A wirelessly powered, light-controlled, bioresorbable stimulation system with programmable polyphasic waveforms. Nature Electronics (2026). https://doi.org/10.1038/s41928-026-01655-8
审核 | 医工学人理事会
