□清华大学北京清华长庚医院 曲学铖
共生型自供电无导线心脏起搏器体内植入过程示意图与DR（数字化X射线摄影）影像 李舟团队供图
植入式生物电子设备的电池耗尽后需二次手术更换，成为临床一大难题。相比首次植入，二次手术创伤更大、风险更高，且会带来沉重的经济负担。因此，“终身免维护运行”成为植入式生物电子设备升级的重要目标，而实现这一目标的关键在于突破终身供能的技术瓶颈。
近日，清华大学北京清华长庚医院健康科技研发中心主任李舟研究员团队以《共生型经导管起搏器在疾病模型中实现终身能量再生与治疗功能》为题，在国际期刊《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上发表研究成果。研究人员成功研发出微型共生型自供电无导线心脏起搏器，为实现真正意义上的“终身免维护”和“人机共生”开辟新路径。
电池耗尽后
二次手术成临床难题
对于部分心脏病患者而言，植入式心脏起搏器是恢复正常心律的“救命神器”。以心脏起搏器为代表的植入式生物电子设备，在心律恢复、运动恢复、视听功能恢复、疼痛管理及疾病诊断等领域被广泛使用。其为重大疾病的早期干预、精准治疗和长期管理提供了重要支撑，在显著改善患者生活质量的同时也大幅减轻家庭照护负担。
植入式生物电子设备的电池耗尽后需二次手术更换，而要实现“终身免维护运行”，关键在于突破终身供能的技术瓶颈。
人体自供电
为设备提供能源供给
为破解这一难题，李舟团队跳出传统设备设计思路，突破电子器件必须由电池或无线供电的固有认知，提出通过人体自供电的方式实现植入式生物电子设备的能源供给。
研究团队于2014年研制了首款自供电心脏起搏器，又于2019年成功研制出共生型自供电心脏起搏器，并提出“共生生物电子”创新理念。此后，团队持续拓展该自供电生物电子器件的应用边界，在骨修复、神经调控及生物可吸收电子器件等领域接连取得重要进展。
历经近7年联合攻关，李舟及其合作者取得重要进展——成功研发出胶囊尺寸的微型共生型自供电无导线心脏起搏器。这款共生型起搏器的创新点体现在以下几个方面。
第一，集成了高效能量再生模块，可通过电磁感应技术，从心脏自身的跳动中捕获动能，并将其转化为电能。测试显示，微型共生型自供电无导线心脏起搏器的输出功率已突破起搏器终身运行的临界能量阈值，可稳定驱动起搏电路，实现对心脏节律的精准调控。
第二，器件采用高度微型化设计，兼具优异的生物相容性与血液相容性，支持经导管微创植入，大幅降低手术创伤。
第三，团队创新设计的极简磁悬浮能量缓存结构，不仅可最大限度减少能量损耗和机械摩擦，还可实现近零启动阈值、高动能转换效率及稳定的心内平均输出功率等目标。在降低系统复杂程度的同时，提升了设备的长效稳定性。
植入式生物电子设备进入
“人机共生”新时代
在三度房室传导阻滞心律失常猪模型中，该共生型起搏器完成了为期1个月的自主运行测试。测试期间，起搏器实现了持续能量自供给，同时起搏治疗功能发挥稳定，可有效调控实验动物的心脏节律，充分验证了其临床转化可行性。
该项技术有望将起搏器的使用寿命延长至与自然心脏一致的水平，彻底解决二次手术的痛点，为植入式生物电子设备实现真正意义上的“终身免维护”和“人机共生”开辟了全新路径。
李舟、中国医学科学院阜外医院华伟教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金等支持。