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”。但長期以來，一個棘手問題困擾著醫(yī)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(chuàng)傷遠超首次植入，還伴隨著更高的醫(yī)療風險，同時帶來沉重的經(jīng)濟壓力。
為破解這一難題，中國科學院大學副教授歐陽涵聯(lián)合清華大學教授李舟團隊跳出傳統(tǒng)設備設計思路，聯(lián)想到植物與菌根微生物存在緊密共生關系等思路，于2019年提出“共生生物電子”創(chuàng)新理念，并成功研制出共生型心臟起搏器。歷經(jīng)7年聯(lián)合攻關，成功研發(fā)出膠囊尺寸的微型共生型自供電無導線心臟起搏器。相關研究成果于1月19日在《自然生物醫(yī)學工程》上發(fā)表。
長期以來，植入式生物電子設備憑借精準調(diào)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(zhì)量并減輕家庭照護負擔。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(zhàn)。
論文發(fā)表截圖。中國科學院大學供圖
這款起搏器的核心創(chuàng)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(zhuǎn)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(wěn)定驅(qū)動起搏電路，實現(xiàn)對心臟節(jié)律的精準調(diào)控。同時，器件采用高度微型化設計，兼具優(yōu)異的生物相容性與血液相容性，支持經(jīng)導管微創(chuàng)植入，大幅降低手術創(chuàng)傷。
此外，團隊創(chuàng)新設計的極簡磁懸浮能量緩存結(jié)構(gòu)，不僅最大限度減少了能量損耗和機械摩擦，還實現(xiàn)了近零啟動閾值、高動能轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定的心內(nèi)平均輸出功率，同時簡化系統(tǒng)復雜度，提升了設備的長效穩(wěn)定性。
共生型自供電無導線心臟起搏器示意圖。中國科學院大學供圖
體內(nèi)植入過程示意圖與DR影像。中國科學院大學供圖
目前，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(xù)實現(xiàn)能量自供給，同時穩(wěn)定發(fā)揮起搏治療功能，有效調(diào)控實驗動物的心臟節(jié)律，充分驗證了其臨床轉(zhuǎn)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(xiàn)真正意義上的“終身免維護”和“人機共生”開辟了全新路徑。
