Nat Biomed Eng | “人机共生”新范式！李舟/华伟/欧阳涵团队突破心脏起搏器终身续航瓶颈

对全球数百万心律失常患者而言，植入式心脏起搏器是维系生命节律的“守护者”。然而，这一“救命神器”长期受限于一个根本性瓶颈：电池寿命有限。一旦电量耗尽，患者不得不接受高风险、高成本的二次开胸手术更换设备——这不仅带来身体创伤，更可能中断治疗、加重家庭负担。如何让起搏器真正“与心跳同寿”，彻底避免二次手术？

2026年1月19 日，清华大学/北京清华长庚医院李舟教授、中国医学科学院阜外医院华伟教授与中国科学院大学欧阳涵副教授领衔的多学科交叉团队 在Nature Biomedical Engineering期刊上发表了文章Symbiotic transcatheter pacemaker for lifelong energy regeneration and therapeutic function in porcine disease model，提出新理念——“共生生物电子”（symbiotic bioelectronics），并成功研制出全球首款胶囊尺寸、自供电、无导线心脏起搏器，首次在大型动物模型中实现能量自给与治疗功能的闭环运行，推动植入式电子设备“终身免维护运行”迈出关键一步。

从“被动共存”到“主动共生”：重构人机关系的新范式

传统植入设备将人体视为被动能源消耗对象，形成单向依赖。而自然界中，共生关系无处不在——如植物与菌根真菌互惠互利，共同进化。受此启发，研究团队跳出“延长电池寿命”的思维惯性，转而思考：能否让设备与人体形成能量与功能上的双向交互与协同？

他们设计的共生型起搏器，核心在于一个微型但高效的动能-电能转换模块：利用心脏自身搏动产生的机械能，通过电磁感应原理实时捕获并转化为电能，驱动起搏电路工作。这意味着——每一次心跳，都在为设备“充电”。实验数据显示，该系统输出功率（最大平均功率120uW）已突破起搏器终身运行所需的临界能量阈值（5uW），足以支持长期稳定起搏。

极简设计，极致性能：微创植入+近零损耗

面向临床转化，团队同步攻克了微型化、生物相容性与能量效率三大难题：尺寸仅如胶囊，可经导管微创植入心腔，避免开胸；创新采用磁悬浮式能量缓存结构，近乎消除机械摩擦与启动能耗，实现近零启动阈值与高动能转换效率；材料具备优异的血液相容性与组织相容性，显著降低血栓与炎症风险；整个共生型起搏器系统架构高度简化，有效提升长期运行稳定性。在猪三度房室传导阻滞模型中，该起搏器连续自主运行30天，全程无需外部供能，持续精准调控心律，验证了其潜在的临床可行性与可靠性。

共生型自供电无导线心脏起搏器示意图

迈向“人机共生”的生物电子新时代

这项工作不仅解决了起搏器“换电之痛”，更开创了一种全新的植入式医疗设备设计哲学：不再将人体视为能源的终点，而是能量循环的起点。未来，这一“共生”理念有望拓展至神经调控、疼痛管理、代谢监测等更多生物电子应用场景，推动植入设备从“工具”进化为“伙伴”，真正实现人机协同、共融共生。 心跳不止，电力不息，这颗与心脏共舞的“共生起搏器”，或许正是未来智能医疗最温柔的答案。

本研究由中国科学院大学、清华大学、北京大学、中国医学科学院、北京航空航天大学、杭州电子科技大学等多家单位协同完成。欧阳涵（国科大）、蒋东杰（北大/北医三院）、胡奕然、程思静（阜外医院）、张正民（杭州电子科技大学）为论文共同第一作者；李舟（清华）、华伟（阜外）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给予重要指导。

李舟教授团队长期在用于组织修复和再生的活性植入物材料与器件，电刺激治疗、康复和神经调控的基础理论、方法和器件，植入/穿戴的健康监护与医疗电子器件、生物传感器，单细胞牵引力测量方法研究领域招聘 科研型博士后 。

实验室主页： http://www.nanobiolab.cn/

欧阳涵课题组、以促进组织、器官的再生或功能恢复为目标开展新型的自供电、生物可吸收，组织诱导性生物材料与器件研究。我们欢迎具有理工科背景和强烈好奇心及爱心的研究生和博士后加入团队 。

实验室主页： https://www.nbmelab.cn/

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

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