Nat Biomed Eng?|?“人機共生”新范式！李舟/華偉/歐陽涵團隊突破心臟起搏器終身續航瓶頸

對全球數百萬心律失常患者而言，植入式心臟起搏器是維系生命節律的“守護者”。然而，這一“救命神器”長期受限于一個根本性瓶頸：電池壽命有限。一旦電量耗盡，患者不得不接受高風險、高成本的二次開胸手術更換設備——這不僅帶來身體創傷，更可能中斷治療、加重家庭負擔。如何讓起搏器真正“與心跳同壽”，徹底避免二次手術？

2026年1月19 日，清華大學/北京清華長庚醫院李舟教授、中國醫學科學院阜外醫院華偉教授與中國科學院大學歐陽涵副教授領銜的多學科交叉團隊 在Nature Biomedical Engineering期刊上發表了文章Symbiotic transcatheter pacemaker for lifelong energy regeneration and therapeutic function in porcine disease model，提出新理念——“共生生物電子”（symbiotic bioelectronics），并成功研制出全球首款膠囊尺寸、自供電、無導線心臟起搏器，首次在大型動物模型中實現能量自給與治療功能的閉環運行，推動植入式電子設備“終身免維護運行”邁出關鍵一步。

從“被動共存”到“主動共生”：重構人機關系的新范式

傳統植入設備將人體視為被動能源消耗對象，形成單向依賴。而自然界中，共生關系無處不在——如植物與菌根真菌互惠互利，共同進化。受此啟發，研究團隊跳出“延長電池壽命”的思維慣性，轉而思考：能否讓設備與人體形成能量與功能上的雙向交互與協同？

他們設計的共生型起搏器，核心在于一個微型但高效的動能-電能轉換模塊：利用心臟自身搏動產生的機械能，通過電磁感應原理實時捕獲并轉化為電能，驅動起搏電路工作。這意味著——每一次心跳，都在為設備“充電”。實驗數據顯示，該系統輸出功率（最大平均功率120uW）已突破起搏器終身運行所需的臨界能量閾值（5uW），足以支持長期穩定起搏。

極簡設計，極致性能：微創植入+近零損耗

面向臨床轉化，團隊同步攻克了微型化、生物相容性與能量效率三大難題：尺寸僅如膠囊，可經導管微創植入心腔，避免開胸；創新采用磁懸浮式能量緩存結構，近乎消除機械摩擦與啟動能耗，實現近零啟動閾值與高動能轉換效率；材料具備優異的血液相容性與組織相容性，顯著降低血栓與炎癥風險；整個共生型起搏器系統架構高度簡化，有效提升長期運行穩定性。在豬三度房室傳導阻滯模型中，該起搏器連續自主運行30天，全程無需外部供能，持續精準調控心律，驗證了其潛在的臨床可行性與可靠性。

共生型自供電無導線心臟起搏器示意圖

邁向“人機共生”的生物電子新時代

這項工作不僅解決了起搏器“換電之痛”，更開創了一種全新的植入式醫療設備設計哲學：不再將人體視為能源的終點，而是能量循環的起點。未來，這一“共生”理念有望拓展至神經調控、疼痛管理、代謝監測等更多生物電子應用場景，推動植入設備從“工具”進化為“伙伴”，真正實現人機協同、共融共生。 心跳不止，電力不息，這顆與心臟共舞的“共生起搏器”，或許正是未來智能醫療最溫柔的答案。

本研究由中國科學院大學、清華大學、北京大學、中國醫學科學院、北京航空航天大學、杭州電子科技大學等多家單位協同完成。歐陽涵（國科大）、蔣東杰（北大/北醫三院）、胡奕然、程思靜（阜外醫院）、張正民（杭州電子科技大學）為論文共同第一作者；李舟（清華）、華偉（阜外）為共同通訊作者。中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士給予重要指導。

李舟教授團隊長期在用于組織修復和再生的活性植入物材料與器件，電刺激治療、康復和神經調控的基礎理論、方法和器件，植入/穿戴的健康監護與醫療電子器件、生物傳感器，單細胞牽引力測量方法研究領域招聘 科研型博士后 。

實驗室主頁： http://www.nanobiolab.cn/

歐陽涵課題組、以促進組織、器官的再生或功能恢復為目標開展新型的自供電、生物可吸收，組織誘導性生物材料與器件研究。我們歡迎具有理工科背景和強烈好奇心及愛心的研究生和博士后加入團隊 。

實驗室主頁： https://www.nbmelab.cn/

https://www.nature.com/articles/s41551-025-01604-4

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