始于心脏起搏器：全球排名第一的医疗器械产业集群是如何炼成的？

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医疗器械产业是衡量一个国家医疗健康水平与高端制造业实力的核心指标，而美国凭借其完善的创新生态、顶尖的研发能力与成熟的市场体系，长期占据全球医疗器械市场的主导地位（约占全球40%的市场份额）。在美国医疗器械产业的版图中，三大核心集群犹如“三足鼎立”，共同支撑起其全球领先的地位——加利福尼亚州（美西）以科技跨界融合为特色，依托硅谷的信息技术优势，在可穿戴医疗、远程监测等领域崭露头角；马萨诸塞州（美东）则聚焦生物科技与医疗器械的深度结合，波士顿地区的科研机构与药企联动，成为精准医疗设备的创新高地；而位于美中的明尼苏达州，凭借“医疗器械硅谷”的称号，以心脏设备为起点，逐步构建起覆盖多领域的产业矩阵，最终成长为全球排名第一的医疗器械集群，其发展历程与创新逻辑，堪称全球医疗器械产业集群的典范。

明尼苏达州的独特之处，在于其将医疗器械产业打造成了“支柱产业”——这里不仅拥有数以千计的医疗器械相关企业，更聚集了美敦力、圣犹达医疗（St. Jude Medical）等国际巨头的总部，以及全美排名第一的妙佑医疗国际（原梅奥诊所）、美国最大的医疗保险公司联合医疗集团（UnitedHealth），形成了“研发-生产-临床-支付”的完整产业链闭环。从人均医疗器械专利数全球第一，到医疗设备就业集中度是全国的近4倍，明尼苏达州用数十年时间，将医疗器械产业从单一领域的优势，升级为全球领先的产业集群，其发展路径极具研究价值。

下图：明尼苏达州的医疗器械企业分布（图源：ScholarSpace）

明尼苏达州长期以来被认为是医疗器械行业的全球中心，拥有近 530 家医疗器械机构，雇佣员工超过 34,520 人（数源：Lightcast，2023 年）

一、明尼苏达州医疗器械产业集群的崛起之路

明尼苏达州的医疗器械产业集群，并非一蹴而就的“神话”，而是从一个细分领域的突破开始，逐步辐射、迭代、扩容，最终形成覆盖“传统优势领域+新兴前沿赛道”的产业矩阵；其崛起之路，更是一部“临床需求牵引+企业创新引领+生态协同赋能”的产业进化史。

第一阶段：奠基期（1890s-1940s）——临床需求的“萌芽”

产业的种子，早在19世纪末就已埋下。1890年代，妙佑医疗国际（原梅奥诊所）在明尼苏达州罗彻斯特成立，凭借“以患者为中心”的临床理念与前沿医疗技术，逐步成长为全美排名第一的医院。梅奥诊所的存在，为明尼苏达带来了两个核心优势：一是聚集了全球顶尖的临床医生，他们在诊疗中不断发现现有医疗设备的痛点（如心脏传导阻滞缺乏有效治疗手段），为后续的器械创新提供了“需求源头”；二是建立了完善的临床研究体系，为未来医疗器械的试验与验证提供了权威平台。这一阶段，明尼苏达虽未形成产业规模，但“临床需求牵引创新”的基因已初步形成。

第二阶段：启航期（1949-1960s）——龙头企业的“破局”

1949年，是明尼苏达医疗器械产业的“元年”。这一年，厄尔·巴肯（Earl Bakken）发明了电池驱动的植入式心脏起搏器，并创立了美敦力公司。在此之前，心脏起搏器依赖外部电源，患者无法自由活动；而巴肯的发明彻底改变了这一现状，为心脏传导阻滞患者带来了“生命的希望”。

到20世纪60年代末，植入式心脏起搏器已普遍用于治疗心率减弱相关疾病，美敦力借此迅速壮大，成为全球心脏设备领域的“领头羊”。更重要的是，美敦力的成功吸引了大量医生与工程师合作——医生提出临床需求，工程师负责技术实现，这种“医工协同”模式催生了一批配套企业，逐步形成以心脏设备为主导的产业雏形。此时的明尼苏达，已从“单一企业创新”走向“小集群共生”，为后续发展奠定了产业基础。

下图：美敦力创始人 Earl Bakken（左）和美敦力首席执行官 Winston Wallin（右）与早期起搏器模型合影（图源：www3.mnhs.org）

第三阶段：扩张期（1980s-2000s）——生态协同的“赋能”

随着企业数量增长，如何避免“各自为战”、实现资源共享，成为明尼苏达产业发展的关键。1983年，明尼苏达州州长医疗技术咨询委员会发布《发展明尼苏达州医疗技术产业》报告，为产业协同指明方向；1984年，美敦力创始人厄尔·巴肯、3M负责人李·柏林、时任州长鲁迪·佩皮奇共同创立“医疗巷协会”，这一组织成为产业扩张的“核心枢纽”。

医疗巷协会的作用，体现在三个维度：一是“政策赋能”，通过倡导有利的立法与补贴，降低企业运营成本；二是“资源整合”，制定合作采购协议，帮助中小企业获取低价原材料与设备，同时培育企业间的合作伙伴关系；三是“品牌塑造”，将明尼苏达打造为“健康之州”，吸引全球医疗人才与企业入驻。正如李·柏林在协会创立时所言：“明尼苏达的独特之处，在于企业家、医生、政府官员能为提高人类健康水平共同努力。”

这一阶段，明尼苏达的产业集群实现了“两个突破”：一是领域突破，从心脏设备扩展到骨科、消化器材、外周神经器械等领域，圣犹达医疗、波士顿科学等企业在此设立总部或分部；二是规模突破，企业数量从数百家增长到数千家，医疗巷的地理范围也从罗彻斯特扩展到明尼阿波利斯-圣保罗双子城，再到德卢斯市，形成横跨全州的产业带。

第四阶段：引领期（2010s-至今）——全球标杆的“确立”

进入21世纪第二个十年，明尼苏达凭借“创新+生态”的双重优势，正式确立全球第一医疗器械集群的地位。这一阶段的核心举措包括：

•创新载体升级：2001年，明尼苏达大学开始举办“医疗器械设计大会（DMD）”，搭建学术与产业的合作平台；同时成立“厄尔·巴肯医疗器械研发中心（Earl E. Bakken Medical Devices Center）”，依托高校29位诺贝尔奖得主、35位国家工程院院士的科研实力，为企业提供技术支持——中心研发的LINCAGES机制软件设计包，已在全球应用。

•资本与产业联动：2021年，医疗巷协会推出风险投资“医疗巷启航”，帮助创业者降低新公司创办、扩张的成本，解决中小企业融资难题；2022年，首届“医疗巷峰会”举办，汇聚全球跨部门专业人士，讨论医疗生态系统变革，推动集群与全球市场对接。

•技术迭代与并购扩张：龙头企业通过“研发+并购”持续巩固优势——美敦力2022年收购Affera公司扩大心血管产品组合，2023年与NVIDIA合作布局AI医疗；波士顿科学2024年启动FARAVIEW软件模块的NAVIGATE-PF研究，推动房颤治疗技术升级；雅培、史赛克等企业也在此设立研发中心，形成“龙头引领、中小企业协同”的格局。

截至目前，明尼苏达的医疗器械产业已实现“三个全球第一”：全球第一的医疗器械集群规模、全球第一的人均医疗器械专利数、全球第一的心脏设备产业集中度；其医疗设备就业集中度是美国全国的近7倍，彻底坐稳“全球医疗器械硅谷”的宝座。

下图：明尼苏达大学&明尼苏达大学医疗器械设计中心（图源：公众号生物医药工程）

二、科技创新：明尼苏达医疗器械产业集群的“核心引擎”

如果说临床需求是明尼苏达产业的“起点”，企业集聚是产业的“骨架”，那么科技创新就是支撑集群持续领先的“核心引擎”。从心脏起搏器的发明到AI医疗设备的突破，科技创新贯穿于产业发展的每一个环节，赋予集群“不可复制的竞争力”。

1. 产学研医融合：创新生态的“黄金三角”

明尼苏达的创新，并非单一主体的“孤军奋战”，而是“高校（研学）+企业（产）+医院（医）”形成的“黄金三角”，三者各司其职、深度联动，构成了创新生态的核心。

明尼苏达大学是“创新源头”的“活水”。作为全美首屈一指的研究型公立大学，该校在机械工程、生物工程、医学等领域实力雄厚，拥有29位诺贝尔奖得主、16位美国国家医学院院士，每年培养大量计算机专家、生物工程师——这些人才大多选择留在明尼苏达，而非前往硅谷，为产业提供了“人才储备池”。更重要的是，学校专门成立的医疗器械研发中心，与企业建立“项目制合作”：企业提出技术需求（如心脏起搏器的电池续航优化），高校组建科研团队攻关，成果通过专利授权或联合开发转化为产品。如该校与美敦力合作研发的新一代心脏起搏器，将电池寿命延长30%，同时缩小设备体积，提升患者舒适度。

妙佑医疗国际则是“创新验证”的“试验场”。作为全球顶尖的医院，妙佑医疗不仅为企业提供临床数据支持，更主动参与创新设计——医生会根据诊疗经验，向企业反馈设备的使用痛点（如手术器械的握持手感、内窥镜的视野清晰度），帮助企业优化产品。如GI Genius智能内窥镜的研发过程中，妙佑医疗的医生与美敦力、NVIDIA团队共同测试AI算法，调整息肉检测的灵敏度，最终使设备的检测准确率提升至95%以上，获得FDA快速批准。

企业则是“创新转化”的“桥梁”。明尼苏达的企业（尤其是美敦力、3M等龙头）不仅投入巨额研发资金（美敦力每年研发投入占营收的10%以上），更建立了“从实验室到市场”的快速转化机制。如明尼苏达大学研发的“可吸收心脏支架”技术，美敦力通过独家授权获得后，仅用3年时间就完成了临床试验、FDA审批与量产，产品上市后迅速占据全球市场份额的25%。这种“高校研发-医院验证-企业转化”的模式，让创新成果无需“跨区域流转”，大幅缩短了转化周期，成为明尼苏达的独特优势。

2. 龙头企业的“创新引领”：从“单点突破”到“生态赋能”

在明尼苏达的创新生态中，龙头企业并非“独善其身”，而是通过“技术突破+产业链带动”，引领整个集群的创新升级。

美敦力作为全球医疗器械巨头，始终以“解决未被满足的临床需求”为创新导向。从1949年的电池驱动起搏器，到如今的AI辅助心脏设备，美敦力的每一次技术突破都推动行业进步：2022年，其收购的Affera公司带来了先进的心脏电生理技术，填补了集群在房颤消融领域的空白；2023年，与NVIDIA合作的AI平台，将深度学习技术引入内窥镜领域，开创了“AI+医疗设备”的新场景。更重要的是，美敦力通过“供应链本地化”带动中小企业发展——其在明尼苏达的供应商超过200家，涵盖精密零部件、生物材料、软件服务等领域，美敦力不仅为这些供应商提供技术标准，还帮助其进行质量认证，形成“龙头带动、中小企业配套”的创新网络。

3M公司则在“基础技术创新”方面为集群赋能。作为一家多元化科技企业，3M在材料科学、表面处理技术方面的积累，为医疗器械企业提供了“核心配套”：其研发的医用抗菌涂层，可用于心脏起搏器、骨科植入物等设备，降低术后感染率；其开发的精密切割技术，使手术器械的精度提升至0.1毫米，满足神经外科等精细手术的需求。3M还通过“开放式创新平台”，向集群内的中小企业开放专利技术（如医用胶粘剂技术），帮助初创企业降低研发门槛——截至2024年，已有50多家明尼苏达的初创企业通过3M的技术授权，开发出新型医疗耗材产品，其中10家企业成长为年营收超1亿美元的中型企业。

3. 技术迭代与“新兴领域布局”：抢占未来赛道

明尼苏达的科技创新，从未局限于“现有领域的优化”，而是始终瞄准医疗健康的未来趋势，通过前瞻性布局，确保集群在新兴赛道的领先地位。

在“可穿戴医疗与远程监测”领域，明尼苏达企业敏锐捕捉到“居家医疗”的市场需求。美敦力与BioIntelliSense合作的可穿戴设备，不仅能监测心率、血压等基础指标，还能通过传感器实时采集患者的心电图、血氧饱和度数据，数据通过5G网络传输至医院平台，医生可远程调整治疗方案。该设备上市后，迅速覆盖美国1500家医院，为心血管疾病患者（尤其是50-64岁人群）提供了便捷的居家监测方案，顺应了美国“降低医疗成本、提高诊疗效率”的政策导向。

在“AI与医疗设备融合”领域，明尼苏达的企业与高校率先突破技术瓶颈。除了美敦力与NVIDIA的合作，明尼苏达大学还成立了“医疗AI实验室”，与波士顿科学合作开发“AI手术导航系统”——该系统通过术前CT影像构建患者器官三维模型，术中实时匹配手术器械位置，帮助医生精准定位病变部位，使神经外科手术的误差缩小至1毫米以内。2024年，该系统获得FDA批准，已在妙佑医疗等20家顶级医院投入使用，手术成功率提升15%，术后恢复时间缩短20%。

在“细胞治疗与基因编辑配套器械”领域，明尼苏达依托生物工程优势，布局“下一代医疗设备”。明尼苏达大学的研究团队开发出“微流控细胞分选芯片”，可快速分离患者的免疫细胞，用于CAR-T细胞治疗；美敦力则基于该技术，开发出全自动细胞处理设备，将细胞治疗的制备时间从传统的72小时缩短至24小时，同时降低成本40%，为细胞治疗的普及提供了设备支持。这种“前瞻性布局”，让明尼苏达在未来医疗技术的竞争中，始终占据“先发优势”。

下图：2024年10月，明尼苏达州的医疗技术创新者与梅奥诊所、美敦力、波士顿科学、3M 等公司齐聚一年一度的 MD&M 区域贸易盛会，共同探索小型化、自动化和生物相容性技术（图源：connectorsupplier.com）

三、明尼苏达经验：全球医疗器械产业集群发展的启示

明尼苏达医疗器械产业集群的成功，并非偶然的“资源堆砌”，而是一套“逻辑缜密”的经验积累，对于全球其他地区的医疗器械产业集群发展，至少有五个方面的重要启示：

第一，以“临床需求”为起点，构建“医工协同”的创新根基。明尼苏达的发展历程表明，医疗器械的创新必须“从临床中来，到临床中去”。妙佑医疗国际的存在，为产业提供了“需求源头”，而“医生+工程师”的合作模式，确保了创新成果能够真正解决临床痛点。发展医疗器械产业的首要任务，是建立“临床机构与企业的常态化沟通机制”，让医生参与产品设计的全过程，为企业提供试验场地与数据支持，避免“闭门造车”式的创新。

第二，培育“龙头企业”，打造“集群带动”的增长模式。龙头企业是产业集群的“核心锚点”。美敦力、3M等企业不仅自身实现技术突破，更通过供应链带动、技术授权、资本投资等方式，赋能中小企业发展，形成“龙头引领、中小企业协同”的生态，带动本地产业链升级。

第三，强化“产学研医融合”，构建“无边界”的创新生态。明尼苏达的“黄金三角”模式（高校+企业+医院），打破了创新主体间的“壁垒”，让知识、技术、人才能够自由流动。如设立“产学研医合作基金”，支持高校与企业联合攻关；推动医院与高校共建“医学工程实验室”，实现临床需求与技术研发的直接对接；建立“人才共享机制”，鼓励高校教师到企业兼职，企业工程师到高校授课，培养“医工交叉”的复合型人才。

第四，发挥“行业协会”的作用，搭建“资源整合”的服务平台。医疗巷协会在明尼苏达的产业发展中，扮演了“政策倡导者、资源整合者、品牌塑造者”的多重角色。行业协会的价值在于“弥补政府与市场之间的空白”：一方面，通过调研产业痛点，向政府提出政策建议；另一方面，整合产业链资源，降低企业运营成本；同时，通过举办展会、峰会等活动，提升产业集群的知名度与影响力，吸引全球资源集聚。

第五，前瞻布局“新兴领域”，确保“持续领先”的竞争力。明尼苏达的成功，还在于其始终“站在医疗技术的前沿”，从可穿戴设备到AI医疗，从细胞治疗到远程监测，每一次技术浪潮都能抓住机遇。这种“产业趋势研判机制”的建立，能够引导企业聚焦未来赛道，避免陷入“内卷制造”的陷阱。

下图：明尼苏达州的医疗器械产业集群分布（图源：ScholarSpace）

结语：期待“明尼苏达模式”的未来续章

明尼苏达医疗器械产业集群的崛起，是一部“以创新为魂、以协同为基”的产业史诗。从1890年代梅奥诊所的临床探索，到1949年心脏起搏器的发明，再到如今AI医疗设备的全球领先，明尼苏达用时间证明：医疗器械产业的竞争，本质上是“创新生态的竞争”——当临床需求、技术研发、企业转化、政策支持形成合力，就能孕育出全球领先的产业集群。明尼苏达的故事，无疑为这条赛道上的奔跑者，点亮了一盏“指路明灯”。

未来，随着AI、大数据、生物工程等技术的进一步渗透，医疗器械产业将迎来更深刻的变革，而明尼苏达——这座“医疗器械硅谷”，也将继续以创新为笔，书写全球医疗健康产业的新篇章。

原创作者：上海产业转型发展研究院常务副院长

责任编辑：胡珊毓

策划审核：夏 雨

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