植入式起搏器，無需更換電池，未來或可由心臟自身跳動供能

忘掉智能眼鏡或是AI手表吧，因為或許終端的智能設(shè)備并非是穿戴身上，而是植入人體內(nèi)部。現(xiàn)今社會，已有越來越多的人體植入式智能設(shè)備應(yīng)用于改善人們生活，甚至挽救生命之中。

據(jù)維基百科介紹，“心臟起搏器，又稱心臟節(jié)律器，心臟起搏器是一種醫(yī)療器材，使用電擊來對心臟肌肉做持續(xù)性的規(guī)律刺激，以維持心臟的持續(xù)跳動。”

心臟起搏器也是醫(yī)學(xué)臨床中最常見的心臟功能輔助治療器械，通過上述原理還可幫助治療心律失常、心率過慢等心肌功能障礙和急救。

近半個世紀(jì)以來，心臟起搏器取得了巨大進步，它幫助數(shù)以百萬計的生命維持正常生活。可以說，植入式電子心臟起搏器是目前治療竇性緩慢性心律失常等疾病的最佳手段。

當(dāng)患者被植入電子心臟起搏器后，在出現(xiàn)心臟功能減弱或者遇到障礙時，它的微型計算機AI系統(tǒng)會開始自動工作。不過，由于目前植入式電子心臟起搏器的動能以內(nèi)置電池供電為主，所以電池和導(dǎo)線會引起患者出現(xiàn)一系列的并發(fā)癥，如氣胸、感染、甚至導(dǎo)線失效等。

所以，患者需要定期通過外科手術(shù)進行電池更換，這不僅給患者帶來巨大的心理壓力和健康風(fēng)險，還會給患者的家庭帶來額外經(jīng)濟負擔(dān)。

此外，在做完心臟手術(shù)后，部分患者還需要臨時使用心臟起搏器，就算是這種“臨時性”的植入，心臟起搏器仍需要穿過人體皮膚插入導(dǎo)線進行連接，這通常會給患者帶來感染風(fēng)險，并還會限制患者的行動。

而當(dāng)患者康復(fù)或者需要摘除起搏器時，移除植入的醫(yī)療設(shè)備也存在破壞心肌組織的風(fēng)險。因此，為了能夠被身體所吸收并克服這些限制及風(fēng)險，研發(fā)無需更換電池的植入式電子心臟起搏器成為心臟起搏器的重點發(fā)展方向。

近期，由AIP主辦的能量存儲和轉(zhuǎn)換會議上，來自上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院的易志然博士發(fā)表了題為《無電池心掛起搏器的扣壓式壓電能量收集機制》的論文。

論文介紹，植入式電子心臟起搏器未來或無需電池，只要通過人體心臟跳動即可采集動能為自身供電的方法。研究團隊表示，由于現(xiàn)在市售植入式電子心臟起搏器主要依靠內(nèi)置電池提供動能，所以，該領(lǐng)域研發(fā)受到限制。不過，利用植入式能量收集技術(shù)，無需電池也可以提供持續(xù)供電的方法。

植入式心臟起搏器由心臟自身供能，無需更換電池

目前，市場上現(xiàn)有的心臟起搏器主要由一根或多根搏導(dǎo)電線，將脈沖發(fā)生器和微型計算機以及電池連接到心臟上，大多電池需要5年～12年更換一次。易志然告訴媒體：“能量通過心臟起搏器封裝結(jié)構(gòu)的屈曲獲得，產(chǎn)生屈曲的壓電能量，未來通過使用植入式能量采集技術(shù)，無電池起搏器提供了一種可持續(xù)的供電方法。”

據(jù)悉，該團隊將用壓電材料研發(fā)“自供電起搏器”，壓電材料的原理在于當(dāng)受到壓力（彎曲）時就會產(chǎn)生電壓。在此之前，并未有研究團隊成功研發(fā)出可彎曲到產(chǎn)生足夠電壓的設(shè)備。

對此，易志然稱：“如果心臟跳動產(chǎn)生的作用力是0.5牛頓，輸出功率大約是192微瓦，那么只要不低于10微瓦功率就能夠滿足商用起搏器的需要。”

目前，這種無需電池且無電線的心臟起搏器還在試驗階段，關(guān)于該起搏器未來的植入方法、穩(wěn)定性和能量收集等集成技術(shù)仍需更多的研究和實驗。易志然介紹：“首個研究計劃是實現(xiàn)收集能量單元和柔性起搏電路的集成系統(tǒng)。然后，我們將進行長期穩(wěn)定性的驗證。”

截止目前，植入式電子設(shè)備的最佳用途依1日是提供醫(yī)療服務(wù)。或許，這種技術(shù)未來還將應(yīng)用于腸胃、大腦、神經(jīng)等各類植入式電子醫(yī)療設(shè)備中。無論是廣泛的應(yīng)用前景還是商業(yè)化價值上，該領(lǐng)域的進展都將為下一代心臟起搏技術(shù)甚至術(shù)后康復(fù)提供更安全的解決方案。

另一方面，當(dāng)植入技術(shù)成熟到可以預(yù)防心臟病、帕金森甚至通過植入芯片可以調(diào)節(jié)大腦神經(jīng)時，或許人類和計算機將進入全新的協(xié)同時代。（摘自關(guān)《深科技》）（編輯/克珂）