在工程學的角度看來，人的心臟是一個奇蹟。在成年人胸腔的心臟，心肌平均每天跳動近十萬次，主動脈泵血後，透過動脈向全身輸血，包括大腦分支及腳趾。
由於心臟複雜的生理結構，生物醫學工程師需要耗費漫長的時間來建造一個機械複製品，使用人工心臟來保持心臟衰竭患者良好地活下去。自 1950 年代以來，雄心勃勃的研究人員試圖建造人工心臟，但頻頻出現障礙。現在，四家公司認為他們找到了正確的技術，他們試圖證明這個技術。臨床試驗和動物試驗終於證明永久性人工心臟的可靠性，已準備於 2017 年應用於臨床。
目前，僅在美國約 570 萬人診斷為心臟衰竭，意味著他們的心臟將逐漸變得無法有效泵血。一些病情嚴重的患者加入了心臟移植手術的等待名單，但由於捐贈的心臟稀少，許多患者在等待中死亡。
來自美國亞利桑那州的 SynCardia 系統（見首圖）的人工心臟已經被美國監管部門批准為「移植橋梁」，現在該公司正在招募患者進行臨床試驗，將該設備做為永久替代品進行測試。SynCardia 公司 CEO Michael Garippa 說，這項試驗的範圍很小，只有 28 名患者。之前，已經有超過 1,600 個短時間安置人工心臟的患者證明 SynCardia 心臟是安全的。
Garippa 相信，基於設備簡單性的設計，SynCardia 心臟是耐用的。他說：「病人身體內沒有任何電子元件。」SynCardia 的心臟有兩個塑料腔室，來模仿心臟。每個塑料腔室被一層膜分為兩部分，一部分是具有空氣的心室，另一部分是具有血液的心房。具有 SynCardia 心臟的患者攜帶 6 千克的空氣壓縮機，壓縮機連接著穿過腹部的管道，將空氣輸送到兩個心室，透過推動它們的膜以推動另一側心房的血液泵出。壓縮機以每分鐘 120 次的穩定速率工作，但伴有響亮的聲音。「這雖然不是正常人的生活，但它的跳動方式比心臟衰竭患者以前的心臟跳動更強健。」Garippa 說。
▲ 圖片為具有 Syncardia 心臟的患者需要攜帶一個 6 公斤的箱子，箱子裡面是電池和驅動氣動泵的空氣壓縮機。
▲ 圖為SynCardia 心臟保持跳動的過程：在 SynCardia 心臟裡，空氣推動膜運動，繼而推動另一側血液泵出。
法國一家名為 Carmat 的公司希望把人工心臟做得更好。「我們的系統非常安靜。」Carmat 的首席醫療負責人 Piet Jansen 說。Carmat 心臟像 SynCardia 的設備一樣，也有兩個人工腔室，透過膜片向外按壓泵血。Carmat 心臟使用植入泵，將液壓流體替代壓縮空氣來驅動膜片。雖然 Carmat 的心臟比 SynCardia 的設備更大、更重、更複雜，但它具有感應器能夠根據患者的運動水平來計算患者適合的心率，並透過微處理器來改變心率，Carmat 的設計師為這一項設計而感到自豪。電線需要從患者背部繞到頸部連接三公斤的電池組。
▲ 圖為 Carmat 人工心臟，Carmat 人工心臟的操作原理與 Syncardia 設備類似，但是 Carmat 系統是使用液壓流體代替空氣泵輸送血液。
Carmat 的第一個可行性研究似乎是曲折的：四個病人中有兩個在三個月內死亡。行業分析師 Andrew Thompson 最近撰寫了一篇關於人工心臟的報告，他說這些患者極度虛弱，他們離世並不是設備的故障，是因為患者身體的原因。
歐洲監管機構已經批准了 Carmat 在今年 8 月推出的主要臨床試驗。監管機構一定會批准該公司接下來的實驗，Carmat 外科醫生預計於 2017 年底將其裝置植入約 20 名患者體內，並希望在 2018 年，其人工心臟能夠被認證為歐洲人的永久性替代裝置。
另外兩家公司尚未進入臨床試驗階段，這兩家公司採用的技術方法，專家認為更具有發展前景。兩家公司都拒絕使用膜來推動血液，而是使用具有旋轉功能的離心泵，透過扇形葉片的旋轉將血液推向前方，透過動脈運輸恆定的血流量。利用 Cleveland Clinic 開發的技術，Cleveland Heart 的人工心臟在 2015 年植入了兩隻小牛體內，進行了為期 90 天的試驗，小牛依舊健康地活著。在美國德州，一家名為 Bivacor 的公司目前正在與德州心臟研究所合作，在小牛體內進行 90 天的研究。兩家公司仍在調整他們的設計面向於人類進行試驗。
▲ 圖為來自美國德州的 Bivacor 公司的人工心臟，被安置在小牛體內進行測試。
▲ 圖為 Bivacor 心臟保持跳動的過程：Bivacor 心臟用安裝在共同輪圈上的兩個離心式葉輪推動血液，該輪圈透過磁懸浮保持懸浮狀態。
Gianluca Torregrossa 是一名心臟外科醫生，他已經植入了 SynCardia 設備，並記錄人工心臟研究的進展，他急切地觀察 Carmat 和 Bivacor 這兩家公司。Torregrossa 說，兩家公司「連續流動」的設計更加優良，如果兩家公司的設備移動零件更少的話，將有更好的未來。
當涉及臨床試驗時，所有的技術必須在非常艱難的情況下證明自己。SynCardia 公司的 Garippa 說：「醫生不希望將患者轉診到科學計畫，除非患者已經別無選擇。如果該技術適用於這些病重患者，那便可證明這是可靠的人工心臟。2017 年的試驗終於可以證明人類所創造的奇蹟，這是一項工程學奇蹟，而不是生物學奇蹟。」
