[MedMat] 医用可降解压电生物材料

文章简介：

基于压电能量收集技术有望实现便携式医疗电子设备的自供电模式。压电材料作为机电转换装置的核心部件，在便携式医疗电子设备中得到了广泛的研究。特别是可降解的压电生物材料，由于其优异的生物相容性和生物安全性，在医学领域备受关注。

基于此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟团队/王中林院士团队合作，在MedMat期刊发表题为“Degradable piezoelectric biomaterials for medicalapplications”综述文章。

该文章详细总结了可降解压电生物材料种类及其由分子排列、独特的三维结构所引起的压电特性。综述了可降解压电生物材料在能量采集器和传感器、致动器、组织工程支架等医学应用。最后，从材料的角度分析了可降解压电生物材料目前面临的一些挑战。

图文导读：

图1. 可降解压电生物材料的种类及结构。

图2 具有代表性的压电小分子晶体。(A)甘氨酸分子的三种晶体结构。(B) dl-丙氨酸的晶体结构。(C)苯丙氨酸单体形成二苯丙氨酸的过程。

图3 具有代表性的可降解压电聚合物。(A)由3个多肽链组成的胶原纤维。(B)蚕丝蛋白的两种晶体结构。(C)I型纤维素。(D)合成聚合物聚乳酸。

图4. 可降解压电生物材料在医疗设备中的应用:基于可生物降解的压电生物材料制备的用于能量收集和传感的压电纳米发电机;用于清除血栓的执行器和换能器;组织工程支架，用于骨再生、神经修复、伤口愈合等组织修复。

图5 可降解压电生物材料在医学中所面临的挑战。

总结与展望

可降解压电生物材料在医学中的研究还处于起步阶段，存在许多问题需要解决。从材料角度分析，可降解压电生物材料存在可选种类少，压电系数低，稳定性差等问题。材料学制备/合成方法、理论计算、物理场诱导晶体排列、甚至基于人工智能技术对可降解压电生物材料种类和结构进行预测是解决上述问题的有效手段。从生物医学角度分析，尽管基于可降解压电生物材料的电刺激器件和电活性支架在生物医学中表现出良好的治疗效果，其中重要的生物学机制是模糊的，仍需要进一步探索。

Yuan Bai, HongyuMeng, Zhou Li* and Zhong Lin Wang. Degradable piezoelectric biomaterials for medical applications. MedMat, 2024 1 (1): e00002.

文章链接：http://dx.doi.org/10.1097/mm9.0000000000000002