不用换电池的起搏器来了：磁悬浮设计从心跳中收集能量，功率超需求10倍
近日，中国科学院大学欧阳涵副教授和合作者研发了一款人机共生型经导管起搏器，能把心脏跳动的机械能转化为电能。 该起搏器在猪体内连续工作了一个月后，成功治疗了严重的猪心律失常。
在猪体内的实验中，起搏器植入右心室后，随着心脏跳动，开路电压最高 2.5 伏，短路电流 1.3 毫安，有效输出功率 120 微瓦。
要知道，心脏起搏器正常工作只需要 5 到 10 微瓦，从结果来看，输出量是需求量的 10 倍以上——研究团队甚至用它直接点亮了 50 个 LED 灯。电池的存电量也是一个亮点，100 秒内就能从 0 伏充到 1.8 伏。
（来源：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01604-4） 研究团队还做了加速疲劳测试，在每秒 15 次的频率下连续震动 3 亿次，相当于以每分钟 60 次的心跳工作大约 10 年，发电机的输出电压依然稳定在 6 伏左右，输出衰减不超过 4%。
来 源：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01604-4）
这颗起搏器的核心是一个微型直线发电机。整机只有 3－4 厘米长，重量不到 5 克。它被密封在钛合金外壳里，可以通过大腿根部的血管，用一根细细的导管送到心脏右心室。
到了指定位置后，起搏器上的镍钛合金钩齿会像船锚一样扎入心肌牢牢固定。整个植入过程是微创的，不用开胸，病人恢复起来要快得多。
研究团队用线性马达模拟心跳，测出了这颗发电机的性能。当加速度达到 10 米每二次方秒、位移 8.7 毫米时，开路电压有 3.5 伏，短路电流 1.5 毫安，单次跳动产生的能量是 175 微焦，能量转换效率高达 24%。
而之前没有磁悬浮结构的发电机，电压只有 0.01 到 0.7 伏，效率更是低到 0.0003%，这个提升相当于从一滴水变成了一桶水的跃迁。
（来源：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01604-4） 最关键的验证是用这颗起搏器治疗疾病。研究团队用射频消融技术制造了严重心动过缓的猪模型，心率只有 47 次每分钟，血压 85/45 毫米汞柱，左心室射血分数不到 45%，情况危急。
起搏器植入后，猪的心率稳定在预设的 98 次每分钟，血压回升到 110/70 毫米汞柱，射血分数从 43% 提高到 61%。术后 1 天、14 天和 30 天，起搏器一直在工作，心电图上的起搏尖峰清晰可见。组织切片检查显示，起搏器与心肌结合良好，没有明显的炎症反应。
他们还发现了一个有趣的现象：发电机的输出电压跟血压差成正比。血压差小于 5 毫米汞柱时几乎没有输出，之后每增加 1 毫米汞柱，电压就增加 0.055 伏。这意味着这颗起搏器不仅能供电，还能顺便监测心脏泵血情况。
据了解，这款起搏器里面有一个可以上下移动的磁铁，底下固定着另一块小磁铁。两块磁铁同性相斥，上面的磁铁就悬浮着，几乎不跟任何东西接触。心脏每跳动一次，起搏器就跟着晃动，里面的悬浮磁铁也会上下运动，穿过线圈产生电流。
磁悬浮结构最大的好处是几乎没有摩擦和碰撞，能量损失极小。传统电磁发电机需要很大的加速度才能启动，而这个结构的启动阈值接近零，心脏最微弱的搏动也能让它发电。 本次起搏器在模拟正常心跳参数驱动发电机工作时，能量转换效率达到了 20% 以上，比之前提高了好几个数量级。
目前，相关论文发表在《自然·生物医学工程》上。合作者来自清华大学、中国科学院北京纳米能源所、阜外医院、北京大学、杭州电子科技大学等多家单位。