始于心臟起搏器：全球排名第一的醫療器械產業集群是如何煉成的？

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醫療器械產業是衡量一個國家醫療健康水平與高端制造業實力的核心指標，而美國憑借其完善的創新生態、頂尖的研發能力與成熟的市場體系，長期占據全球醫療器械市場的主導地位（約占全球40%的市場份額）。在美國醫療器械產業的版圖中，三大核心集群猶如“三足鼎立”，共同支撐起其全球領先的地位——加利福尼亞州（美西）以科技跨界融合為特色，依托硅谷的信息技術優勢，在可穿戴醫療、遠程監測等領域嶄露頭角；馬薩諸塞州（美東）則聚焦生物科技與醫療器械的深度結合，波士頓地區的科研機構與藥企聯動，成為精準醫療設備的創新高地；而位于美中的明尼蘇達州，憑借“醫療器械硅谷”的稱號，以心臟設備為起點，逐步構建起覆蓋多領域的產業矩陣，最終成長為全球排名第一的醫療器械集群，其發展歷程與創新邏輯，堪稱全球醫療器械產業集群的典范。

明尼蘇達州的獨特之處，在于其將醫療器械產業打造成了“支柱產業”——這里不僅擁有數以千計的醫療器械相關企業，更聚集了美敦力、圣猶達醫療（St. Jude Medical）等國際巨頭的總部，以及全美排名第一的妙佑醫療國際（原梅奧診所）、美國最大的醫療保險公司聯合醫療集團（UnitedHealth），形成了“研發-生產-臨床-支付”的完整產業鏈閉環。從人均醫療器械專利數全球第一，到醫療設備就業集中度是全國的近4倍，明尼蘇達州用數十年時間，將醫療器械產業從單一領域的優勢，升級為全球領先的產業集群，其發展路徑極具研究價值。

下圖：明尼蘇達州的醫療器械企業分布（圖源：ScholarSpace）

明尼蘇達州長期以來被認為是醫療器械行業的全球中心，擁有近 530 家醫療器械機構，雇傭員工超過 34,520 人（數源：Lightcast，2023 年）

一、明尼蘇達州醫療器械產業集群的崛起之路

明尼蘇達州的醫療器械產業集群，并非一蹴而就的“神話”，而是從一個細分領域的突破開始，逐步輻射、迭代、擴容，最終形成覆蓋“傳統優勢領域+新興前沿賽道”的產業矩陣；其崛起之路，更是一部“臨床需求牽引+企業創新引領+生態協同賦能”的產業進化史。

第一階段：奠基期（1890s-1940s）——臨床需求的“萌芽”

產業的種子，早在19世紀末就已埋下。1890年代，妙佑醫療國際（原梅奧診所）在明尼蘇達州羅徹斯特成立，憑借“以患者為中心”的臨床理念與前沿醫療技術，逐步成長為全美排名第一的醫院。梅奧診所的存在，為明尼蘇達帶來了兩個核心優勢：一是聚集了全球頂尖的臨床醫生，他們在診療中不斷發現現有醫療設備的痛點（如心臟傳導阻滯缺乏有效治療手段），為后續的器械創新提供了“需求源頭”；二是建立了完善的臨床研究體系，為未來醫療器械的試驗與驗證提供了權威平臺。這一階段，明尼蘇達雖未形成產業規模，但“臨床需求牽引創新”的基因已初步形成。

第二階段：啟航期（1949-1960s）——龍頭企業的“破局”

1949年，是明尼蘇達醫療器械產業的“元年”。這一年，厄爾·巴肯（Earl Bakken）發明了電池驅動的植入式心臟起搏器，并創立了美敦力公司。在此之前，心臟起搏器依賴外部電源，患者無法自由活動；而巴肯的發明徹底改變了這一現狀，為心臟傳導阻滯患者帶來了“生命的希望”。

到20世紀60年代末，植入式心臟起搏器已普遍用于治療心率減弱相關疾病，美敦力借此迅速壯大，成為全球心臟設備領域的“領頭羊”。更重要的是，美敦力的成功吸引了大量醫生與工程師合作——醫生提出臨床需求，工程師負責技術實現，這種“醫工協同”模式催生了一批配套企業，逐步形成以心臟設備為主導的產業雛形。此時的明尼蘇達，已從“單一企業創新”走向“小集群共生”，為后續發展奠定了產業基礎。

下圖：美敦力創始人 Earl Bakken（左）和美敦力首席執行官 Winston Wallin（右）與早期起搏器模型合影（圖源：www3.mnhs.org）

第三階段：擴張期（1980s-2000s）——生態協同的“賦能”

隨著企業數量增長，如何避免“各自為戰”、實現資源共享，成為明尼蘇達產業發展的關鍵。1983年，明尼蘇達州州長醫療技術咨詢委員會發布《發展明尼蘇達州醫療技術產業》報告，為產業協同指明方向；1984年，美敦力創始人厄爾·巴肯、3M負責人李·柏林、時任州長魯迪·佩皮奇共同創立“醫療巷協會”，這一組織成為產業擴張的“核心樞紐”。

醫療巷協會的作用，體現在三個維度：一是“政策賦能”，通過倡導有利的立法與補貼，降低企業運營成本；二是“資源整合”，制定合作采購協議，幫助中小企業獲取低價原材料與設備，同時培育企業間的合作伙伴關系；三是“品牌塑造”，將明尼蘇達打造為“健康之州”，吸引全球醫療人才與企業入駐。正如李·柏林在協會創立時所言：“明尼蘇達的獨特之處，在于企業家、醫生、政府官員能為提高人類健康水平共同努力。”

這一階段，明尼蘇達的產業集群實現了“兩個突破”：一是領域突破，從心臟設備擴展到骨科、消化器材、外周神經器械等領域，圣猶達醫療、波士頓科學等企業在此設立總部或分部；二是規模突破，企業數量從數百家增長到數千家，醫療巷的地理范圍也從羅徹斯特擴展到明尼阿波利斯-圣保羅雙子城，再到德盧斯市，形成橫跨全州的產業帶。

第四階段：引領期（2010s-至今）——全球標桿的“確立”

進入21世紀第二個十年，明尼蘇達憑借“創新+生態”的雙重優勢，正式確立全球第一醫療器械集群的地位。這一階段的核心舉措包括：

?創新載體升級：2001年，明尼蘇達大學開始舉辦“醫療器械設計大會（DMD）”，搭建學術與產業的合作平臺；同時成立“厄爾·巴肯醫療器械研發中心（Earl E. Bakken Medical Devices Center）”，依托高校29位諾貝爾獎得主、35位國家工程院院士的科研實力，為企業提供技術支持——中心研發的LINCAGES機制軟件設計包，已在全球應用。

?資本與產業聯動：2021年，醫療巷協會推出風險投資“醫療巷啟航”，幫助創業者降低新公司創辦、擴張的成本，解決中小企業融資難題；2022年，首屆“醫療巷峰會”舉辦，匯聚全球跨部門專業人士，討論醫療生態系統變革，推動集群與全球市場對接。

?技術迭代與并購擴張：龍頭企業通過“研發+并購”持續鞏固優勢——美敦力2022年收購Affera公司擴大心血管產品組合，2023年與NVIDIA合作布局AI醫療；波士頓科學2024年啟動FARAVIEW軟件模塊的NAVIGATE-PF研究，推動房顫治療技術升級；雅培、史賽克等企業也在此設立研發中心，形成“龍頭引領、中小企業協同”的格局。

截至目前，明尼蘇達的醫療器械產業已實現“三個全球第一”：全球第一的醫療器械集群規模、全球第一的人均醫療器械專利數、全球第一的心臟設備產業集中度；其醫療設備就業集中度是美國全國的近7倍，徹底坐穩“全球醫療器械硅谷”的寶座。

下圖：明尼蘇達大學&明尼蘇達大學醫療器械設計中心（圖源：公眾號生物醫藥工程）

二、科技創新：明尼蘇達醫療器械產業集群的“核心引擎”

如果說臨床需求是明尼蘇達產業的“起點”，企業集聚是產業的“骨架”，那么科技創新就是支撐集群持續領先的“核心引擎”。從心臟起搏器的發明到AI醫療設備的突破，科技創新貫穿于產業發展的每一個環節，賦予集群“不可復制的競爭力”。

1. 產學研醫融合：創新生態的“黃金三角”

明尼蘇達的創新，并非單一主體的“孤軍奮戰”，而是“高校（研學）+企業（產）+醫院（醫）”形成的“黃金三角”，三者各司其職、深度聯動，構成了創新生態的核心。

明尼蘇達大學是“創新源頭”的“活水”。作為全美首屈一指的研究型公立大學，該校在機械工程、生物工程、醫學等領域實力雄厚，擁有29位諾貝爾獎得主、16位美國國家醫學院院士，每年培養大量計算機專家、生物工程師——這些人才大多選擇留在明尼蘇達，而非前往硅谷，為產業提供了“人才儲備池”。更重要的是，學校專門成立的醫療器械研發中心，與企業建立“項目制合作”：企業提出技術需求（如心臟起搏器的電池續航優化），高校組建科研團隊攻關，成果通過專利授權或聯合開發轉化為產品。如該校與美敦力合作研發的新一代心臟起搏器，將電池壽命延長30%，同時縮小設備體積，提升患者舒適度。

妙佑醫療國際則是“創新驗證”的“試驗場”。作為全球頂尖的醫院，妙佑醫療不僅為企業提供臨床數據支持，更主動參與創新設計——醫生會根據診療經驗，向企業反饋設備的使用痛點（如手術器械的握持手感、內窺鏡的視野清晰度），幫助企業優化產品。如GI Genius智能內窺鏡的研發過程中，妙佑醫療的醫生與美敦力、NVIDIA團隊共同測試AI算法，調整息肉檢測的靈敏度，最終使設備的檢測準確率提升至95%以上，獲得FDA快速批準。

企業則是“創新轉化”的“橋梁”。明尼蘇達的企業（尤其是美敦力、3M等龍頭）不僅投入巨額研發資金（美敦力每年研發投入占營收的10%以上），更建立了“從實驗室到市場”的快速轉化機制。如明尼蘇達大學研發的“可吸收心臟支架”技術，美敦力通過獨家授權獲得后，僅用3年時間就完成了臨床試驗、FDA審批與量產，產品上市后迅速占據全球市場份額的25%。這種“高校研發-醫院驗證-企業轉化”的模式，讓創新成果無需“跨區域流轉”，大幅縮短了轉化周期，成為明尼蘇達的獨特優勢。

2. 龍頭企業的“創新引領”：從“單點突破”到“生態賦能”

在明尼蘇達的創新生態中，龍頭企業并非“獨善其身”，而是通過“技術突破+產業鏈帶動”，引領整個集群的創新升級。

美敦力作為全球醫療器械巨頭，始終以“解決未被滿足的臨床需求”為創新導向。從1949年的電池驅動起搏器，到如今的AI輔助心臟設備，美敦力的每一次技術突破都推動行業進步：2022年，其收購的Affera公司帶來了先進的心臟電生理技術，填補了集群在房顫消融領域的空白；2023年，與NVIDIA合作的AI平臺，將深度學習技術引入內窺鏡領域，開創了“AI+醫療設備”的新場景。更重要的是，美敦力通過“供應鏈本地化”帶動中小企業發展——其在明尼蘇達的供應商超過200家，涵蓋精密零部件、生物材料、軟件服務等領域，美敦力不僅為這些供應商提供技術標準，還幫助其進行質量認證，形成“龍頭帶動、中小企業配套”的創新網絡。

3M公司則在“基礎技術創新”方面為集群賦能。作為一家多元化科技企業，3M在材料科學、表面處理技術方面的積累，為醫療器械企業提供了“核心配套”：其研發的醫用抗菌涂層，可用于心臟起搏器、骨科植入物等設備，降低術后感染率；其開發的精密切割技術，使手術器械的精度提升至0.1毫米，滿足神經外科等精細手術的需求。3M還通過“開放式創新平臺”，向集群內的中小企業開放專利技術（如醫用膠粘劑技術），幫助初創企業降低研發門檻——截至2024年，已有50多家明尼蘇達的初創企業通過3M的技術授權，開發出新型醫療耗材產品，其中10家企業成長為年營收超1億美元的中型企業。

3. 技術迭代與“新興領域布局”：搶占未來賽道

明尼蘇達的科技創新，從未局限于“現有領域的優化”，而是始終瞄準醫療健康的未來趨勢，通過前瞻性布局，確保集群在新興賽道的領先地位。

在“可穿戴醫療與遠程監測”領域，明尼蘇達企業敏銳捕捉到“居家醫療”的市場需求。美敦力與BioIntelliSense合作的可穿戴設備，不僅能監測心率、血壓等基礎指標，還能通過傳感器實時采集患者的心電圖、血氧飽和度數據，數據通過5G網絡傳輸至醫院平臺，醫生可遠程調整治療方案。該設備上市后，迅速覆蓋美國1500家醫院，為心血管疾病患者（尤其是50-64歲人群）提供了便捷的居家監測方案，順應了美國“降低醫療成本、提高診療效率”的政策導向。

在“AI與醫療設備融合”領域，明尼蘇達的企業與高校率先突破技術瓶頸。除了美敦力與NVIDIA的合作，明尼蘇達大學還成立了“醫療AI實驗室”，與波士頓科學合作開發“AI手術導航系統”——該系統通過術前CT影像構建患者器官三維模型，術中實時匹配手術器械位置，幫助醫生精準定位病變部位，使神經外科手術的誤差縮小至1毫米以內。2024年，該系統獲得FDA批準，已在妙佑醫療等20家頂級醫院投入使用，手術成功率提升15%，術后恢復時間縮短20%。

在“細胞治療與基因編輯配套器械”領域，明尼蘇達依托生物工程優勢，布局“下一代醫療設備”。明尼蘇達大學的研究團隊開發出“微流控細胞分選芯片”，可快速分離患者的免疫細胞，用于CAR-T細胞治療；美敦力則基于該技術，開發出全自動細胞處理設備，將細胞治療的制備時間從傳統的72小時縮短至24小時，同時降低成本40%，為細胞治療的普及提供了設備支持。這種“前瞻性布局”，讓明尼蘇達在未來醫療技術的競爭中，始終占據“先發優勢”。

下圖：2024年10月，明尼蘇達州的醫療技術創新者與梅奧診所、美敦力、波士頓科學、3M 等公司齊聚一年一度的 MD&M 區域貿易盛會，共同探索小型化、自動化和生物相容性技術（圖源：connectorsupplier.com）

三、明尼蘇達經驗：全球醫療器械產業集群發展的啟示

明尼蘇達醫療器械產業集群的成功，并非偶然的“資源堆砌”，而是一套“邏輯縝密”的經驗積累，對于全球其他地區的醫療器械產業集群發展，至少有五個方面的重要啟示：

第一，以“臨床需求”為起點，構建“醫工協同”的創新根基。明尼蘇達的發展歷程表明，醫療器械的創新必須“從臨床中來，到臨床中去”。妙佑醫療國際的存在，為產業提供了“需求源頭”，而“醫生+工程師”的合作模式，確保了創新成果能夠真正解決臨床痛點。發展醫療器械產業的首要任務，是建立“臨床機構與企業的常態化溝通機制”，讓醫生參與產品設計的全過程，為企業提供試驗場地與數據支持，避免“閉門造車”式的創新。

第二，培育“龍頭企業”，打造“集群帶動”的增長模式。龍頭企業是產業集群的“核心錨點”。美敦力、3M等企業不僅自身實現技術突破，更通過供應鏈帶動、技術授權、資本投資等方式，賦能中小企業發展，形成“龍頭引領、中小企業協同”的生態，帶動本地產業鏈升級。

第三，強化“產學研醫融合”，構建“無邊界”的創新生態。明尼蘇達的“黃金三角”模式（高校+企業+醫院），打破了創新主體間的“壁壘”，讓知識、技術、人才能夠自由流動。如設立“產學研醫合作基金”，支持高校與企業聯合攻關；推動醫院與高校共建“醫學工程實驗室”，實現臨床需求與技術研發的直接對接；建立“人才共享機制”，鼓勵高校教師到企業兼職，企業工程師到高校授課，培養“醫工交叉”的復合型人才。

第四，發揮“行業協會”的作用，搭建“資源整合”的服務平臺。醫療巷協會在明尼蘇達的產業發展中，扮演了“政策倡導者、資源整合者、品牌塑造者”的多重角色。行業協會的價值在于“彌補政府與市場之間的空白”：一方面，通過調研產業痛點，向政府提出政策建議；另一方面，整合產業鏈資源，降低企業運營成本；同時，通過舉辦展會、峰會等活動，提升產業集群的知名度與影響力，吸引全球資源集聚。

第五，前瞻布局“新興領域”，確保“持續領先”的競爭力。明尼蘇達的成功，還在于其始終“站在醫療技術的前沿”，從可穿戴設備到AI醫療，從細胞治療到遠程監測，每一次技術浪潮都能抓住機遇。這種“產業趨勢研判機制”的建立，能夠引導企業聚焦未來賽道，避免陷入“內卷制造”的陷阱。

下圖：明尼蘇達州的醫療器械產業集群分布（圖源：ScholarSpace）

結語：期待“明尼蘇達模式”的未來續章

明尼蘇達醫療器械產業集群的崛起，是一部“以創新為魂、以協同為基”的產業史詩。從1890年代梅奧診所的臨床探索，到1949年心臟起搏器的發明，再到如今AI醫療設備的全球領先，明尼蘇達用時間證明：醫療器械產業的競爭，本質上是“創新生態的競爭”——當臨床需求、技術研發、企業轉化、政策支持形成合力，就能孕育出全球領先的產業集群。明尼蘇達的故事，無疑為這條賽道上的奔跑者，點亮了一盞“指路明燈”。

未來，隨著AI、大數據、生物工程等技術的進一步滲透，醫療器械產業將迎來更深刻的變革，而明尼蘇達——這座“醫療器械硅谷”，也將繼續以創新為筆，書寫全球醫療健康產業的新篇章。

原創作者：上海產業轉型發展研究院常務副院長

責任編輯：胡珊毓

策劃審核：夏 雨

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