“人機共生”新范式！李舟、歐陽涵、華偉Nat. Biomed. Eng發文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、高成本的二次手術更換設備——不僅帶來身體創傷，還可能中斷治療、加重家庭負擔。

如何讓起搏器真正實現終身工作，徹底告別二次手術？近日，中國科學院大學歐陽涵副教授、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領銜組成的多學科交叉團隊，提出一項顛覆性理念——“共生生物電子”（symbiotic bioelectronics），并成功研制出全球首款膠囊尺寸、共生型自供電無導線心臟起搏器。

該設備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，標志著植入式電子設備邁向“終身免維護”邁出關鍵一步。相關成果以“”Symbiotic transcatheter pacemaker for lifelong energy regeneration and therapeutic function in porcine disease model“”為題，于2026年1月19日在線發表于國際頂級期刊《Nature Biomedical Engineering》。

論文發表截圖

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的能源消耗對象，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、協同進化。受此啟發，研究團隊跳出“延長電池壽命”的思維定式，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？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，該系統最大平均輸出功率達120 μW，遠超起搏器終身運行所需的臨界能量閾值（約5 μW），足以支持長期、穩定的心臟起搏。這項突破不僅有望徹底解決起搏器電池更換難題，更開啟了“人機共生”醫療電子的新紀元——未來，植入設備或將不再是“外來物”，而是與人體協同工作的“伙伴”。

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。

體內植入過程示意圖與DR影像

致謝與支持

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。項目獲國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中科院青促會、北京市科技新星計劃、新曦顛覆性技術創新基金等多項資助。

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

作者簡介

李舟教授，博士生導師，清華大學附屬北京清華長庚醫院健康科技研發中心主任，清華大學教授。獲國家杰出青年基金支持。擔任中國生物醫學工程學會理事和青委會副主委等；兼任國家中長期科技發展規劃先進制造領域傳感器方向戰略研究組專家等在Nature Biomedical Engineering, Nature Reviews Cardiology, Cell Biomaterials, Science Advances, Nature Communications等期刊上共發表論文330余篇，并入選科睿唯安2024年度“全球高被引科學 家”名單。被引用超23000次，H-index為86，多篇為本領域最高被引次數論文。

實驗室主頁：http://www.nanobiolab.cn/。

華偉教授、中國醫學科學院阜外醫院，心血管內科，主任醫師，國際歐亞科學院院士，亞太心律學會（APHRS）主席、中華醫學會心電生理與起搏分會主任委員、國務院特殊津貼專家。在多年的臨床實踐中，已為10000余例患者植入了心臟起搏器，成為目前國內植入起搏器最多的專家。以第一作者發表論文100余篇，包括美國JACC，PACE等雜志，主編或參編專著10余部。獲國家科技進步二等獎一項，中華醫學科技進步二等獎三項。

歐陽涵副教授、中國科學院大學納米生物醫學工程實驗室PI，共發表論文56篇，被引7500余次，H因子35。第一及通訊作者論文23篇，包括Nat. Biomed. Eng，Cell Biomaterials, Nat.Commun，Sci.Adv，Device，Adv.Mater等，ESI高被引論文6篇。獲得國家重點研發計劃課題、北京市科技新星，中科院青促會項目，國自然面上、青年項目的資助。擔任國際IJMS期刊編委，BMEMat、Regen Biomater青年編委、學會分會委員等。

實驗室主頁：https://www.nbmelab.cn/。

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