国科大团队研发共生型自供电心脏起搏器为生物电子器件迈向“终身免维护”和“人机共生”提供新思路
- 纳米科学与工程学院
- Created: 2026-01-20
对心脏病患者而言，植入式心脏起搏器是恢复正常心律的“救命神器”。植入式生物电子设备凭借精准调控细胞活动的能力，不仅能修复心律功能，还广泛应用于运动、视听功能恢复及疼痛管理、疾病诊断等领域，为重大疾病的早期干预、精准治疗和长期管理提供关键支撑，显著改善患者生活质量并减轻家庭照护负担。
但长期以来，一个棘手问题困扰着医生和患者：植入式设备电池耗尽后，患者必须接受二次手术更换设备。这种手术不仅创伤远超首次植入，还伴随着更高的医疗风险，同时带来沉重的经济压力。因此，实现“终身免维护运行”，成为植入式电子设备领域追求的终极目标，而如何满足终身服务所需的临界能量供应，是该领域面临的核心挑战。
理念创新：从“被动共存”到“主动共生”
为破解这一难题，我校欧阳涵副教授联合清华大学李舟教授团队跳出传统设备设计思路，从“对立统一”的事物发展规律出发，重新审视植入式器件与人体的关系。团队发现，当前设备与人体的“单向依赖”交互模式，与自然界和人类社会普遍遵循互利共生的规律（例如遍布全球的植物与菌根微生物的紧密共生关系）相悖。受此启发，研究团队于2019年提出“共生生物电子（symbiotic bioelectronics）”创新理念，并成功研制出共生型心脏起搏器，相关成果发表于《自然·通讯》（Nature communications,2019,10,1821）。此后，团队持续拓展该理念的应用边界，在骨修复、神经调控及生物可吸收电子器件等领域持续取得进展(Science Advances,2024, eadi6799; Device,2025, 3,100724; Advanced Science,2024,2410289)。
技术突破：七年联合攻关打造“人机共生”自供电微型心脏起搏器
历经近七年联合攻关，中国科学院大学，清华大学/北京清华长庚医院、北京大学/北医三院、中国医学科学院/阜外医院、北京航空航天大学、杭州电子科技大学等多家单位组成的研究团队，终于取得重要进展——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。
论文发表截图
这款起搏器的核心创新是集成了高效能量再生模块：它能通过电磁感应技术，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，其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。同时，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；团队创新设计的极简磁悬浮能量缓存结构，不仅最大限度减少了能量损耗和机械摩擦，还实现了近零启动阈值、高动能转换效率及稳定的心内平均输出功率，同时简化系统复杂度，提升了设备的长效稳定性。
共生型自无导线心脏起搏器示意图
临床前评估：一月长效动物实验测试转化潜力
在猪三度房室传导阻滞心律失常模型中，该共生型起搏器完成了为期一个月的自主运行测试。实验期间，它持续实现能量自供给，同时稳定发挥起搏治疗功能，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。
这一技术突破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，为植入式电子器件实现真正意义上的“终身免维护”和“人机共生”开辟了全新路径。
相关研究成果以“Symbiotic transcatheter pacemaker for lifelong energy regeneration and therapeutic function in porcine disease model”为题于2026年1月19日，在《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上发表。
体内植入过程示意图与DR影像
中国科学院大学为论文第一署名单位，中国科学院大学欧阳涵副教授、北京大学/北医三院蒋东杰副研究员、中国医学科学院阜外医院胡奕然博士与程思静博士、杭州电子科技大学张正民副教授为论文共同第一作者；清华大学/北京清华长庚医院李舟教授与中国医学科学院阜外医院华伟教授为共同通讯作者。
中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士重要支持。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、北京市自然科学基金、北京市科技新星计划、科技部–北京市“新曦”颠覆性技术创新基金以及中央高校基本科研业务费专项资金的联合资助。