对于成千上万的心脏病患者来说,植入心脏起搏器是维持生命节律的重要方式。这类植入式电子设备不仅能调节心律,还能帮助恢复运动、视觉、听觉等功能,在疼痛管理、疾病监测等方面扮演着关键角色,极大提升了患者的生活质量。
然而,一个长期难题始终悬在患者心头——起搏器里的电池会用完。一旦电量耗尽,病人就必须再次进行手术更换设备,而二次手术创伤更大、风险更高,也给家庭带来沉重的经济与照护负担。
因此,研发一种能够“一次植入、终身使用”的起搏器,成为科学家努力的方向,而其中最核心的挑战是——如何让它获得持续不断的能量。
为了突破这一限制,中国科学院大学副教授欧阳涵与清华大学教授李舟团队转换了思路,从大自然中寻找灵感。他们观察到,自然界普遍存在互利共生的关系,比如植物和根菌相互依赖、共同生长。这启发他们反思:为什么植入式设备只能单方面消耗人体能量,而不能像自然伙伴一样,与人体“互利共生”?
基于这一思考,研究团队在2019年首次提出了“共生型生物电子”的创新理念,并成功研制出初代共生型心脏起搏器。此后数年间,他们不断拓展这一理念,将其应用于骨修复、神经调控等多个医疗领域。
现在,他们联合阜外医院华伟教授团队研发出一款胶囊大小的“共生型自供电无导线心脏起搏器”。据欧阳涵介绍,这款起搏器的神奇之处在于内置了一个高效能量回收模块,“它巧妙地利用电磁感应原理,能够实时捕捉心脏自身跳动时产生的微小动能,并将其直接转化为电能。测试表明,其发电平均功率最高可达120微瓦,已完全能满足起搏器持续运行月5-10微瓦的能量需求,足以稳定、精准地调节心律”。
更厉害的是,该起搏器设计极度微型化,生物相容性优异,可通过微创导管经股静脉植入心脏内部,大大降低了手术创伤。“我们还设计了磁悬浮能量缓存结构,大幅减少能量损耗和内部摩擦,实现高效稳定的能量转换,也让设备运行更加持久可靠。”欧阳涵说。
令人欣喜的是,这项技术在国家心血管疾病中心动物实验中心完成了动物实验验证。据悉,在研究团队构建的心律失常猪模型中,这款共生型起搏器完全依靠心脏跳动自主供能,成功进行为期一个月的持续运行测试,全程稳定发挥起搏功能,有效调控了实验动物的心律。
该突破意味着,未来心脏起搏器的使用寿命有望延长至与人的自然寿命同步,从而让患者彻底告别二次手术的痛苦。这不仅为心脏病治疗带来革命性的可能,也为所有植入式电子设备迈向真正的“终身免维护”与“人机共生”时代,开辟了一条全新的道路。(光明日报全媒体记者崔兴毅)
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