國科大團隊打造“人機共生”自供電微型心臟起搏器

　　對心臟病患者而言，植入式心臟起搏器是恢復正常心律的“救命神器”。植入式生物電子設備憑借精準調控細胞活動的能力，不僅能修復心律功能，還廣泛應用于運動、視聽功能恢復及疼痛管理、疾病診斷等領域，為重大疾病的早期干預、精準治療和長期管理提供關鍵支撐，顯著改善患者生活質量并減輕家庭照護負擔。

　　但長期以來，一個棘手問題困擾著醫生和患者：植入式設備電池耗盡后，患者必須接受二次手術更換設備。這種手術不僅創傷遠超首次植入，還伴隨著更高的醫療風險，同時帶來沉重的經濟壓力。因此，實現“終身免維護運行”，成為植入式電子設備領域追求的終極目標，而如何滿足終身服務所需的臨界能量供應，是該領域面臨的核心挑戰。

　　為破解這一難題，中國科學院大學（以下簡稱國科大）副教授歐陽涵聯合清華大學教授李舟團隊跳出傳統設備設計思路，從“對立統一”的事物發展規律出發，重新審視植入式器件與人體的關系。團隊發現，當前設備與人體的“單向依賴”交互模式，與自然界和人類社會普遍遵循互利共生的規律相悖。受此啟發，研究團隊于2019年提出“共生生物電子”創新理念，并成功研制出共生型心臟起搏器，相關成果發表于《自然—通訊》。此后，團隊持續拓展該理念的應用邊界，在骨修復、神經調控及生物可吸收電子器件等領域持續取得進展。

　　歷經近七年聯合攻關，國科大，清華大學/北京清華長庚醫院、北京大學/北醫三院等多家單位組成的研究團隊，終于取得重要進展——成功研發出膠囊尺寸的微型共生型自供電無導線心臟起搏器。1月19日，相關研究成果在《自然—生物醫學工程》上發表。

　　這款起搏器的核心創新是集成了高效能量再生模塊：它能通過電磁感應技術，從心臟自身的跳動中捕獲動能，并將其轉化為電能。測試顯示，其輸出功率已突破起搏器終身運行的臨界能量閾值，可穩定驅動起搏電路，實現對心臟節律的精準調控。同時，器件采用高度微型化設計，兼具優異的生物相容性與血液相容性，支持經導管微創植入，大幅降低手術創傷；團隊創新設計的極簡磁懸浮能量緩存結構，不僅最大限度減少了能量損耗和機械摩擦，還實現了近零啟動閾值、高動能轉換效率及穩定的心內平均輸出功率，同時簡化系統復雜度，提升了設備的長效穩定性。

　　共生型自供電無導線心臟起搏器示意圖

　　體內植入過程示意圖與DR影像 國科大供圖

　　在豬三度房室傳導阻滯心律失常模型中，該共生型起搏器完成了為期一個月的自主運行測試。實驗期間，它持續實現能量自供給，同時穩定發揮起搏治療功能，有效調控實驗動物的心臟節律，充分驗證了其臨床轉化可行性。

　　這一技術突破有望將起搏器的使用壽命延長至與自然心臟一致的水平，徹底解決二次手術的痛點，為植入式電子器件實現真正意義上的“終身免維護”和“人機共生”開辟了全新路徑。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01604-4