复旦大学研发无电池植入式电子心脏起搏器

忘掉智能眼镜或是AI手表吧，因为或许终端的智能设备并非是穿戴身上，而是植入人体内部。现今社会，已有越来越多的人体植入式智能设备应用于改善人们生活，甚至挽救生命之中。

心脏起搏器（英语：Pacemaker、Artificial pacemaker），又称心脏节律器，心脏起搏器是一种医疗器材，使用电击来对心脏肌肉做持续性的规律刺激，以维持心脏的持续跳动。近半个世纪以来，心脏起搏器取得了巨大进步，它帮助数以百万计的生命维持正常生活。可以说，植入式电子心脏起搏器是目前治疗窦性缓慢性心律失常等疾病的最佳手段。

当患者被植入电子心脏起搏器后，在出现心脏功能减弱或者遇到障碍时，它的微型计算机AI系统会开始自动工作。不过，由于目前植入式电子心脏起搏器的动能以内置电池供电为主，所以电池和导线会引起患者出现一系列的并发症，如气胸、感染、甚至导线失效等。所以，患者需要定期通过外科手术进行电池更换，这不仅给患者带来巨大的心理压力和健康风险，还会给患者的家庭带来额外经济负担。

近期，由AIP主办的能量存储和转换（AIP Publishing Horizons-Energy Storage and Conversion）会议上，来自上海交通大学电子信息与电气工程学院的易志然博士发表了题为《无电池心脏起搏器的扣压式压电能量收集机制》（Mechanism on Buckled Piezoelectric Energy Harvesting for Batteryless Heartworn Pacemaker）的论文。

论文介绍，植入式电子心脏起搏器未来或无需电池，只要通过人体心脏跳动即可采集动能为自身供电的方法。研究团队表示，由于现在市售植入式电子心脏起搏器主要依靠内置电池提供动能，所以，该领域研发受到限制。不过，利用植入式能量收集技术，无需电池也可以提供持续供电的方法。

目前，市场上现有的心脏起搏器主要由一根或多根搏导电线，将脉冲发生器和微型计算机以及电池连接到心脏上，大多电池需要5-12年更换一次。易志然告诉媒体：“能量通过心脏起搏器封装结构的屈曲获得，产生屈曲的压电能量，未来通过使用植入式能量采集技术，无电池起搏器提供了一种可持续的供电方法。”

据悉，该团队将用压电材料研发 “自供电起搏器”，压电材料的原理在于当受到压力（弯曲）时就会产生电压。在此之前，并未有研究团队成功研发出可弯曲到产生足够电压的设备。

对此，易志然称：“如果心脏跳动产生的作用力是0.5牛顿，输出功率大约是192微瓦，那么只要不低于10微瓦功率就能够满足商用起搏器的需要。”

植入式心脏起搏器由心脏自身供能，无需更换电池

目前，这种无需电池且无电线的心脏起搏器还在试验阶段，关于该起搏器未来的植入方法、稳定性和能量收集等集成技术仍需更多的研究和实验。易志然介绍：“首个研究计划是实现收集能量单元和柔性起搏电路的集成系统。然后，我们将进行长期稳定性的验证。”

截止目前，植入式电子设备的最佳用途依旧是提供医疗服务。或许，这种技术未来还将应用于肠胃、大脑、神经等各类植入式电子医疗设备中。无论是广泛的应用前景还是商业化价值上，该领域的进展都将为下一代心脏起搏技术甚至术后康复提供更安全的解决方案。

另一方面，当植入技术成熟到可以预防心脏病、帕金森甚至通过植入芯片可以调节大脑神经时，或许人类和计算机将进入全新的协同时代。

文章来源：麦姆斯咨询（“微流控”公众号）