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我科學(xué)家在瞬態(tài)可植入壓電材料領(lǐng)域獲里程碑式突破
3月29日,南昌大學(xué)國際有序物質(zhì)科學(xué)研究院湯淵源教授與東南大學(xué)等機(jī)構(gòu)科研人員合作,在《科學(xué)》上發(fā)表題為“具有大壓電響應(yīng)的可生物降解鐵電分子晶體”的研究長文,報(bào)道了“四兩撥千斤”實(shí)現(xiàn)分子晶體的壓電性飛躍。
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對醫(yī)療健康的需求也日益旺盛。在這樣的背景下,植入式壓電生物醫(yī)學(xué)器件的研究蓬勃發(fā)展,有望為人們帶來生活質(zhì)量的顯著提升。
目前,壓電應(yīng)用的主流材料主要依賴于無機(jī)鐵電陶瓷和鐵電聚合物。然而,這些傳統(tǒng)材料存在一個(gè)顯著問題,即它們不可生物降解。這意味著,當(dāng)這些材料制成的植入式電子器件應(yīng)用于人體時(shí),需要進(jìn)行二次手術(shù)以移除它們,這無疑增加了患者的風(fēng)險(xiǎn)與不便。
相比之下,鐵電分子晶體以其獨(dú)特的優(yōu)勢脫穎而出。它們合成簡便、易于溶液加工,同時(shí)具備輕量、良好的生物相容性和可調(diào)的物理性能。因此,鐵電分子晶體被視為植入式瞬態(tài)壓電器件的理想候選材料。然而,目前市場上可生物降解的鐵電分子晶體數(shù)量稀少,且其壓電性能不盡如人意。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一例鐵電分子晶體(HFPD),實(shí)現(xiàn)了小分子壓電性能的4倍提升,起到了“四兩撥千斤”的作用。HFPD晶體能夠輕松溶解于多種溶劑,特別是體液,這對于化合物在生物體內(nèi)的降解過程極為有利。此外,該化合物還展現(xiàn)出了良好的生物安全性、生物相容性和生物降解性,這為其在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
考慮到晶體的脆性和剛性,該團(tuán)隊(duì)通過溶液蒸發(fā)法制備了一種柔性壓電復(fù)合薄膜。基于這一壓電復(fù)合薄膜,團(tuán)隊(duì)還成功組裝了一個(gè)可控的瞬態(tài)機(jī)電器件,并證實(shí)其具有良好的生物傳感性能。這一成果不僅為瞬態(tài)植入式電子醫(yī)療器件提供了有前途的候選材料,也為分子壓電材料在人體健康領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的重要出口。
該研究成果被《科學(xué)》重點(diǎn)評述指出,在鐵電分子晶體中實(shí)現(xiàn)如此優(yōu)異的壓電性能是壓電材料發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。
(南昌大學(xué)供圖)
編輯:馬嘉悅