Material and Design Strategies of Soft Microelectrode Arrays for Implantable Cardiac Interfaces.

چکیده اصلی

Cardiovascular diseases (CVDs) remain one of the leading causes of mortality worldwide. However, conventional diagnostic and therapeutic technologies are often bulky, limited in functionality, and lack the mechanical softness required for continuous high-fidelity monitoring and treatment of patients with life-threatening cardiac conditions. In recent years, advances in materials science, device engineering, and system integration have led to the development of mechanically compliant microelectrode arrays (MEAs) capable of monitoring and modulating cardiac electrical, optical, and mechanical activities in vivo. These MEAs serve as promising bioelectronic platforms for conformal interfacing with the heart, monitoring cardiac physiology, and treating CVDs. This Review summarizes recent advances in soft implantable cardiac MEAs. We begin by introducing the fundamental principles of cardiac electrophysiology, followed by a detailed discussion of material candidates used in soft cardiac microelectrodes. We then review state-of-the-art cardiac MEAs for electrophysiological mapping and electrotherapy. Transparent and bioresorbable cardiac MEAs are elaborated. We further discuss multimodal devices that integrate electrical, optical, and mechanical functionalities for studying cardiac electrophysiology, optophysiology, and mechanophysiology. Finally, we highlight future directions that will advance soft cardiac MEAs toward next-generation cardiovascular diagnosis, monitoring, and therapy.

ترجمه فارسی چکیده

بیماری‌های قلبی عروقی (CVD) همچنان یکی از دلایل اصلی مرگ‌ومیر در سراسر جهان هستند. با این حال، تکنولوژی‌های تشخیصی و درمانی سنتی اغلب بزرگ، محدودیت عملکردی دارند و نرمی مکانیکی مورد نیاز برای نظارت و درمان مداوم و با کیفیت بالا بیماران با شرایط قلبی تهدیدکننده حیات را ندارند. در سال‌های اخیر، پیشرفت‌ها در علوم مواد، مهندسی دستگاه و یکپارچه‌سازی سیستم منجر به توسعه آرایه‌های میکروالکترود سازگار مکانیکی (MEA) شده است که قادر به نظارت و تنظیم فعالیت‌های الکتریکی، نوری و مکانیکی قلب در داخل بدن هستند. این MEAها به عنوان پلتفرم‌های بیوالکتریک امیدوارکننده‌ای برای تعامل منحنی‌شکل با قلب، نظارت روی فیزیولوژی قلب و درمان CVD عمل می‌کنند. این مرور پیشرفت‌های اخیر در MEAهای قلبی قابل تزریق نرم را خلاصه می‌کند. ما ابتدا اصول بنیادی فیزیولوژی الکتریکی قلب را معرفی می‌کنیم، سپس بحثی مفصل درباره گزینه‌های مواد استفاده شده در میکروالکترودهای قلبی نرم انجام می‌دهیم. سپس ما MEAهای قلبی پیشرفته را برای نقشه‌برداری الکتروفیزیولوژیک و الکتروتراپی مرور می‌کنیم. MEAهای شفاف و قابل تجزیه زیستی قلبی تشریح می‌شوند. ما به طور بیشتر به دستگاه‌های چندحالته که عملکردهای الکتریکی، نوری و مکانیکی را یکپارچه می‌کنند برای مطالعه فیزیولوژی الکتریکی، نوری و مکانیکی قلب بحث می‌کنیم. در نهایت، ما جهت‌های آینده را که MEAهای قلبی نرم را به سمت تشخیص، نظارت و درمان قلبی عروقی نسل بعدی پیش می‌برد، برجسته می‌کنیم.

متن کامل اصلی