我国科学家突破心脏起搏器技术瓶颈 全球首创"终身免维护"自供电装置

问题——对不少严重心律失常患者而言,植入式心脏起搏器是维持生命体征、改善生活质量的重要手段。

但长期以来,传统起搏器依赖内置电池供能,电量随时间衰减不可避免。

一旦电池接近耗尽,患者往往需要再次手术更换设备或电池组件。

这不仅带来麻醉与感染等风险,也增加医疗支出与心理负担。

如何让起搏器尽可能减少维护、延长使用寿命,成为临床与工程领域共同面对的难题。

原因——电池是限制植入式电子器械寿命的关键环节。

受限于体积、安全与生物相容性要求,植入式电池难以无限增大容量;同时,人体内环境复杂,器械需要在潮湿、盐离子丰富且持续运动的条件下稳定工作,对密封、材料与可靠性提出更高要求。

此外,传统系统为保证可靠起搏,需长期稳定供能,这使得“更换电池”成为现有技术路径下难以回避的环节。

基于此,科研人员开始探索从人体自身获取能量的方案,即通过能量采集与转换,让器械从“被动消耗”转向“自我供给”。

影响——记者从中国科学院大学获悉,该校等单位科研团队经过多年攻关,研制出一款共生型自供电无导线心脏起搏器,核心思路是利用心脏每次跳动带来的机械运动进行能量收集,并转化为驱动起搏所需的电能。

研究显示,该装置通过电磁感应实现能量转换,实验测试得到的输出功率峰值可达百微瓦量级,高于维持起搏器持续运行所需的微瓦级功耗需求,为“长期稳定工作”提供了能量基础。

在结构与临床适配方面,研发团队将装置做成胶囊大小,形态更贴近无导线起搏器的植入需求,可经股静脉导管微创送入心脏腔内,减少开胸或复杂手术带来的创伤。

团队还提出极简磁悬浮储能结构,目的在于降低摩擦损耗和启动门槛,实现较为平稳的能量输出。

对植入式器械而言,结构简化往往意味着潜在失效点减少,有利于长期可靠性提升,这也是“免维护”目标中的重要工程考量。

对策——从医疗器械发展规律看,起搏技术的迭代不仅依靠电路与算法升级,也越来越依赖材料、能量管理与植入方式的系统创新。

自供电方案的关键在于三点:一是能量获取要“够用且稳定”,在不同心率、不同活动状态下仍能维持必要输出;二是生物相容性与抗凝血等安全指标要经受长期验证;三是制造一致性与质量控制必须达到临床器械标准,确保批量产品在复杂体内环境中可靠运行。

上述要求决定了从实验室成果走向临床应用,需要循序推进:开展更长周期的大动物实验与多场景工况测试,完善可靠性评估;在监管框架下推进临床试验设计,明确适用人群、并发症监测与随访机制;同步推进标准化生产与一致性验证,形成可复制的工程与临床路径。

前景——研究人员在严重心律不齐动物模型中进行了连续测试,装置在一定周期内依靠心跳能量实现自驱动运行,并维持心律稳定,验证了概念可行性。

业内人士认为,这一探索为植入式器械的供能方式打开新的想象空间:当“电池寿命”不再是首要瓶颈,起搏器有望向更小体积、更低维护成本、更少复手术的方向演进,并带动传感器、神经刺激器等其他植入式电子设备的能量管理革新。

当然,“与心脏同寿命”的愿景仍需在更长随访周期、更多生理边界条件与临床真实世界数据中进一步检验。

这项创新成果的意义远不止于心脏起搏器本身。

它所体现的"人机共生"理念,为所有植入式电子医疗设备的未来发展开辟了新的方向。

当医疗器械能够与人体实现真正的协同共生,不再需要频繁维护和更换时,将大幅改善患者的生活质量,同时减轻医疗体系的负担。

这一突破标志着我国医学工程创新能力的提升,也预示着植入式医疗器械向"一次植入、终身使用"目标的逐步迈进,有望为全球数百万心脏病患者带来福音。