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心脏起搏器或能靠心跳供电
威斯康星大学麦迪逊分校的科学家开发了一种实验性起搏器，可从跳动的心脏中收集能量，而非依赖传统电池。如果该技术最终能在人体中安全使用，或有助于解决……
来源:Knowridge科学报告威斯康星大学麦迪逊分校的科学家开发了一种实验性起搏器，可以从跳动的心脏中收集能量，而不是依赖传统电池。
如果该技术最终能在人体中安全运行，它可能有助于解决当今微型起搏器最大的限制之一：电池最终会耗尽。
起搏器是小型医疗设备，当心脏的自然节律变得太慢或不规则时，它会向心脏发送电信号。现代起搏器可以监测心跳，并仅在需要时才提供电刺激。对于数百万患者来说，这些设备可以改善日常生活，有时还能提供挽救生命的支持。
传统起搏器通常放置在胸部的皮肤下，并通过细线与心脏连接。较新的无导线起搏器体积更小，可以通过血管直接放置在心脏内部。这避免了有时会引起并发症的胸部口袋和连接线。
但缩小起搏器尺寸并不能消除电池问题。在一些无导线设备中，电池占设备尺寸和重量的一半以上，可能持续大约七到十年。更换心脏内部的设备可能很困难，有时在植入另一个设备时，旧单元可能会被留在原位。
对于可能需要几十年起搏的年轻患者来说，这可能特别令人担忧。一个人在一生中可能需要多次更换设备。每次额外的手术都会带来成本和医疗风险。
威斯康星团队问道，心脏本身是否能提供所需的能量。在博士后研究员Pengfei Chen和教授Xudong Wang的领导下，工程师们设计了一个非常小的发电机，将每次心跳的运动转化为电能。他们的研究于2026年8月19日发表在《科学进展》上。
该发电机设计为适合美敦力Micra无导线起搏器中通常由电池占用的空间，而不会使整个植入物变大。内部有随心脏跳动而移动的微小结构。具有不同电学特性的两个表面随着设备的移动而反复接触和分离。
这种运动产生微小的电荷。然后，该电力可用于操作起搏器，或临时存储在设备内部的小型组件中。基本思想类似于收集否则会作为机械运动损失掉的微小能量。
在如此微小的空间中产生足够的电力是一个重大挑战。Wang说，重要的衡量标准不仅仅是总能量，而是在非常小的体积内能产生多少功率。研究人员报告了每立方厘米276.6微瓦的实验室功率输出。
据该团队称，这足以操作起搏器，并且远高于早期设计用于从运动中收集能量的微型设备的输出。工程师们还必须使运动部件足够灵活以响应每次心跳，但又足够坚固以承受数百万次的重复运动。
然后，研究人员超越了实验室测试，在一头猪体内植入了原型。他们监测了它一个月，并测试了发电机是否能支持心脏的电刺激。
该设备在功能测试期间成功地为心脏刺激供电，研究人员报告称，除了与传统无导线起搏器相关的反应外，没有观察到意外的有害反应。
动物实验是令人鼓舞的一步，但该设备尚未准备好用于患者。发电机在猪体内产生的功率低于实验室测试期间。柔软的心脏组织吸收了一些发电机产生电力所需的运动。
心脏也不是简单地上下移动。它在泵血时会弯曲、挤压和扭转，而实验性发电机在更规则的往复运动中效果最佳。研究人员现在正试图重新设计系统，以便从心脏复杂的自然运动中捕获更多能量。
心脏电生理学家Daniel Modaff博士是研究合著者，他表示，避免更换电池对患者来说可能是一个重要的进步。长期目标是制造一种可能在一生中保持有用的植入物，而不是在电池耗尽时需要再次进行手术。
这项研究令人印象深刻，因为研究人员不仅仅在实验室工作台上证明了能量产生。他们围绕现有无导线起搏器的严格尺寸限制建造了发电机，并在大型动物中测试了原型。这使得这项工作与未来可能的医疗用途更相关。
尽管如此，终生起搏器的想法仍然是一个目标，而非已证明的结果。一个月的猪研究不能证明发电机是否会在10年、20年或30年内可靠工作，而且体内较低的能量输出是一个必须解决的重要问题。还需要人体试验来检查安全性、可靠性和长期性能。
如果这些挑战能够被克服，该技术可能有超出起搏器的用途。从身体收集的可靠电力来源可能允许工程师建造更小、带有更多传感器和其他功能的植入物。目前，这项研究提供了一个有趣的证明：心脏有朝一日可能为维持其正常跳动的设备本身提供动力。
来源：威斯康星大学麦迪逊分校。