问题:对部分心律失常患者来说,植入式心脏起搏器是维持有效心率、降低风险的重要手段。但传统起搏器依赖电池供能,电量耗尽后通常需要再次手术更换装置。二次手术意味着额外创伤,也会增加感染等风险,同时带来长期随访成本和患者心理压力。如何让植入式器件体内长期稳定工作、尽量减少维护与更换,是心脏电生理治疗领域长期面临的共性难题。 原因:现实制约主要集中在两点。一是能量供给瓶颈。人体内可用空间有限,电池体积不可能无限增大,而起搏功能又要求输出稳定可靠,供能波动可能影响治疗效果。二是系统结构与植入方式的限制。传统装置往往依靠导线连接心脏与发生器,导线有关并发症、植入创伤以及长期磨损风险始终存在;同时,器件微型化后还要兼顾生物相容性、血液相容性与长期稳定,对材料与结构设计提出更高要求。 影响:因此,研究团队提出并推进“共生型”器件思路,将人体自身的生理活动视为可持续能量来源,通过更紧密的交互提升设备自我维持能力。近日,由中国科学院大学、清华大学及相关临床与科研机构联合攻关研发的胶囊尺寸微型自供电无导线起搏器取得关键进展:该器件集成能量再生模块,利用电磁感应机制从心脏跳动中获取动能并转化为电能。测试表明,其输出功率达到起搏长期运行所需的关键能量水平,可持续驱动起搏电路实现节律调控。同时,器件强调高度微型化与生物、血液相容性,支持经导管微创植入,有望在降低手术创伤的同时提高患者依从性与治疗连续性。 对策:围绕“能量—结构—稳定性”三大关键点,研究提出多项工程化方案。其一,提高能量回收效率与稳定性,通过结构优化减少机械摩擦与能量损耗,并引入能量缓存机制平滑供能波动,增强长期运行可靠性。其二,推进无导线与微创植入路线,降低导线相关风险,为术后管理与并发症防控提供新的技术选择。其三,借助动物模型验证器件在复杂心律失常情境下的持续工作能力,为临床转化积累证据。在猪三度房室传导阻滞模型中,该起搏器完成为期一个月的自主运行测试,期间持续自供能并保持起搏治疗效果,验证了其在体内环境下的可行性与稳定性。 前景:从行业趋势看,起搏器及更多植入式生物电子器件正朝着“小型化、智能化、低维护”演进。自供电技术若能在安全性、可靠性和长期一致性上通过更大样本、更长周期验证,有望减少因电池寿命带来的更换手术需求,降低医疗资源占用与患者经济负担,并为慢病管理与精准治疗提供更连续的数据支持与干预能力。下一步关键仍在于长期体内耐久性评估、不同人群与病种的适配性研究、术式与随访流程标准化,以及与现行临床治疗体系的衔接验证。随着多学科协同与临床试验推进,“以人体自身运动供能”的路径有望为植入式器件实现更长寿命、更低维护提供可推广的技术范式。
从“对立”到“共生”,这个思路转变表明了我国科研团队在问题导向上的创新探索;通过让植入式器械更好地利用人体自身活动实现长期供能,这项工作针对长期困扰临床的电池更换与导线风险提出了新的技术路径,也为生物医学工程的器件设计提供了可借鉴的方向。成果的取得,体现了我国在高端医疗器械自主研发上的持续进步,也为更多面向临床需求的技术突破奠定了基础。