我国科学家在瞬态可植入压电材料领域获里程碑式突破
更新时间:2024-04-01

3月29日,南昌大学国际有序物质科学研究院汤渊源教授与东南大学等机构科研人员合作,在《科学》上发表题为“具有大压电响应的可生物降解铁电分子晶体”的研究长文,报道了“四两拨千斤”实现分子晶体的压电性飞跃。

随着我国科学技术的不断发展,人们对医疗健康的需求也日益旺盛。在这样的背景下,植入式压电生物医学器件的研究蓬勃发展,有望为人们带来生活质量的显著提升。

目前,压电应用的主流材料主要依赖于无机铁电陶瓷和铁电聚合物。然而,这些传统材料存在一个显著问题,即它们不可生物降解。这意味着,当这些材料制成的植入式电子器件应用于人体时,需要进行二次手术以移除它们,这无疑增加了患者的风险与不便。

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相比之下,铁电分子晶体以其独特的优势脱颖而出。它们合成简便、易于溶液加工,同时具备轻量、良好的生物相容性和可调的物理性能。因此,铁电分子晶体被视为植入式瞬态压电器件的理想候选材料。然而,目前市场上可生物降解的铁电分子晶体数量稀少,且其压电性能不尽如人意。

研究团队开发了一例铁电分子晶体(HFPD),实现了小分子压电性能的4倍提升,起到了“四两拨千斤”的作用。HFPD晶体能够轻松溶解于多种溶剂,特别是体液,这对于化合物在生物体内的降解过程极为有利。此外,该化合物还展现出了良好的生物安全性、生物相容性和生物降解性,这为其在生物医疗领域的应用提供了广阔的前景。

考虑到晶体的脆性和刚性,该团队通过溶液蒸发法制备了一种柔性压电复合薄膜。基于这一压电复合薄膜,团队还成功组装了一个可控的瞬态机电器件,并证实其具有良好的生物传感性能。这一成果不仅为瞬态植入式电子医疗器件提供了有前途的候选材料,也为分子压电材料在人体健康领域的应用开辟了新的重要出口。

该研究成果被《科学》重点评述指出,在铁电分子晶体中实现如此优异的压电性能是压电材料发展史上的一个里程碑。

(南昌大学供图)

来源:科技日报

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