壓電材料作爲一類重要的功能(néng)材料，可以將(jiāng)機械能(néng)和電能(néng)相互轉換，在生物力傳感、體内設備自供電和藥物超聲傳遞等可植入生物醫學(xué)領域應用廣泛。理想的可植入壓電材料需要具備生物友好(hǎo)、可生物降解和高壓電響應等特點，然而目前的壓電材料難以兼具上述特點。

3月29日，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所柔性磁電功能(néng)材料與器件團隊應邀在《科學(xué)》（Science）期刊Perspective欄目發(fā)表了題爲“A more biofriendly piezoelectric material（一種(zhǒng)更加生物友好(hǎo)的壓電材料）”的評述論文。通過(guò)介紹東南大學(xué)張含悅副研究員、南京大學(xué)顧甯院士和南昌大學(xué)熊仁根院士合作發(fā)表的最新研究論文，剖析了一種(zhǒng)具有高壓電響應的可生物降解的分子鐵電體及其在生物醫學(xué)領域中的潛在應用，重點評述并展望了通過(guò)鐵電化學(xué)設計策略制備分子鐵電晶體的生物降解性、壓電性及其柔性電子領域的應用。結合未來柔性電子器件的發(fā)展趨勢，展望了壓電材料的彈性化將(jiāng)爲生物醫學(xué)領域提供更多的新機遇。

體内植入材料需要确保對(duì)生物體的兼容性和可降解性。因此，科學(xué)家們一直在尋找既能(néng)實現這(zhè)些要求又具有高壓電響應的壓電材料。傳統的壓電材料，比如锆钛酸鉛（PZT），雖然具有較大的壓電響應，但是不可生物降解，無法滿足醫療領域的需求。與此同時，一些可生物降解的壓電材料，如氨基酸、膠原蛋白和甲殼素等材料，具有較好(hǎo)的生物兼容性，但是壓電響應較弱。在這(zhè)種(zhǒng)情況下，科學(xué)家們需要研發(fā)一種(zhǒng)既具有生物友好(hǎo)性又具備良好(hǎo)壓電性能(néng)的可植入材料。

近日，張含悅等人在該領域取得了一項重大突破。他們通過(guò)引入鐵電化學(xué)設計策略，報道(dào)了一種(zhǒng)無需極化處理就表現出較高壓電應變系數d₃₃（~138 pC/N）和壓電電壓系數g₃₃（2450×10^-3 Vm/N）的分子鐵電晶體HOCH₂(CF₂)₃CH₂OH [2,2,3,3,4,4-六氟戊烷-1,5-二醇] （HFPD）。將(jiāng)該分子鐵電晶體與聚乙烯醇（PVA）複合，所制備的柔性薄膜不僅具有較佳的生物相容性和可生物降解性，而且表現出較高的壓電性（34.3 pC/N）。具有如此優異特性的分子鐵電晶體是醫用植入壓電材料發(fā)展的一個重要裡(lǐ)程碑，有望在藥物輸送、自供電能(néng)量收集和組織再生等領域發(fā)揮重要作用。

作者簡介

文章第一作者是王林萍博士，2020年畢業于日本北海道(dào)大學(xué)後(hòu)加入中國(guó)科學(xué)院甯波材料所，主要研究方向(xiàng)爲彈性電極和彈性鐵電材料，目前在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Mater. Chem. C等國(guó)際主流學(xué)術期刊發(fā)表論文10餘篇。

通訊作者是李潤偉研究員，是國(guó)家傑出青年基金獲得者、浙江省特級專家、甯波市傑出人才，主要從事(shì)柔/彈性磁電材料與器件研究，包括柔性磁電功能(néng)材料制備與物性研究、柔性/彈性磁電敏感材料與傳感器、新型信息存儲材料與器件研究等，在Science、Sci. Robot.、NC、PNAS、AM、JACS等期刊發(fā)表論文300餘篇，授權專利140餘項，出版了《柔性電子材料與器件》和《Flexible and Stretchable Electronics》兩(liǎng)本專著。

（磁材實驗室 王林萍）