扑通、扑通、扑通，当你的小心脏欢呼跳跃时，只能任其自由狂奔？其实，我们的身体有大量可以利用的能量，心跳就是其中一个。

若能将这些能量收集起来用于驱动心脏起搏器或其他植入式医疗电子器件，实现自驱动，或许可以实现“一次植入，终生使用”。

图片说明：共生心脏起搏器（SPM）系统示意图。（论文配图）

这一看起来遥不可及的梦想如今正一点点变为现实。日前《自然—通讯》发表的一篇论文，介绍了一种无需电池、可以收集心跳产生的能量的装置，以给心脏起搏器供能。这一装置被植入成年猪体内后，还能纠正窦性心律不齐（一种心脏节律不规则）。

图片说明：论文首页。

植入式医疗电子器件是学术界、医学界和产业界的一个热门话题。例如，心脏起搏器是治疗心律失常和心力衰竭等严重心脏疾病的最重要植入式医疗电子器件之一。然而，目前大多数植入式医疗电子器件都由锂电池进行供能，这些电池不仅笨重坚硬，而且寿命较短。

“一般的起搏器其电能供给只能维持7-10年，它们占据了起搏器50%以上的体积和60%以上的重量。如果仅仅依靠传统的电池为起搏器供能，目前新型的柔性及可拉伸电子医疗器件都难以实现。”论文的作者之一、中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员李舟说。

延长植入式医疗电子器件的使用寿命，同时减少其尺寸和重量，一部分科学家将研究目标对准更高能量密度的电池，李舟等人则另辟蹊径，考虑一些其他的能量供给方案，比如，纳米发电机和自驱动技术。

这样的想法并非灵光乍现。早在2009年，李舟等人已经尝试从器官和肌肉的运动中收集生物机械能量。那时，他们制作了基于单根氧化锌纳米线的压电型纳米发电机，并成功收集了大鼠的心跳能量。

理想很丰满，现实很骨感。李舟坦陈，该装置的输出性能较低，如何利用这些微小的能量是一个挑战。

故事的转折发生在2012年。这一年，论文的另一位作者、中科院外籍院士王中林提出了摩擦纳米发电机和自驱动的设想：自驱动器件可以从环境中采集能量维持运行，并成功实现了机械能到电能的转化、存储及利用。

“人体本身蕴含着巨大的能量，其中器官和肢体的机械运动最为充沛。”在王中林的启发下，2014年李舟团队再接再厉，重新设计制备了可用于生物体内能量收集的植入式摩擦纳米发电机，并实现了大鼠呼吸能量的收集与心脏起搏器原型机的驱动。植入式摩擦纳米发电机的工作原理基于摩擦起电和静电感应的耦合效应，而摩擦起电和静电感应都是生活中常见的现象。

图片说明：可弯曲的植入式摩擦纳米发电机。（论文配图）

咬住青山不放松，如今李舟等人研制了新一代的、真正意义上自驱动心脏起搏器——共生心脏起搏器（SPM）。目前，每一个心脏运动周期的SPM可获得的能量高达0.495 μJ（微焦耳），高于心脏起搏阈值能量（通常为0.377 μJ）。换句话说，每次心动周期所收集的能量已经超过了人类心脏起搏所需要的能量。

“SPM可实现‘一次心跳，一次起搏’，这对自驱动心脏起搏器的迈向临床和产业化具有重要意义。”李舟说，目前研究团队在细胞层面验证了植入式共生心脏起搏器的生物相容性，之前的研究工作也证实这类器件良好的组织相容性和血液相容性。“可以说，这类器件的生物相容性是非常良好的。”

图片说明：植入式共生心脏起搏器已成功进行动物实验。（论文配图）

 他告诉记者，目前植入式共生心脏起搏器已在大型动物（猪）体内实现了“全植入”的自驱动运行，并成功进行了心律不齐的治疗。但是植入式器件的生物安全性往往需要严谨的长期的研究验证，这还需要一定的时间。此外，他们的器件可获得的能量虽然已经达到0.495 μJ，但是要使其实现更多的功能，满足更多的应用场景的需求，这些能量还是不够的。下一步，他们的研究重点是植入式器件的小型化、高能量效率、长效的生物安全性等，预计在5—10年内可以进行临床试验。