清華新聞網(wǎng)2月15日電 壓電材料憑借機(jī)械信號(hào)與電信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換特性，在生物醫(yī)用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景，目前已逐步應(yīng)用于組織再生、生物傳感等領(lǐng)域。但現(xiàn)有的壓電器件多采用不可降解材料，術(shù)后需通過(guò)二次手術(shù)取出，易引發(fā)組織損傷與感染風(fēng)險(xiǎn)；傳統(tǒng)可降解壓電材料普遍存在壓電性能弱、柔韌性與壓電性不兼容等問(wèn)題，兼具高壓電性能與可降解性的材料研發(fā)仍是行業(yè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
圖1. 羅謝爾鹽基可降解壓電復(fù)合材料及其生物應(yīng)用示意圖
近日，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院骨科醫(yī)學(xué)部研究所彭江所長(zhǎng)、王玉研究員團(tuán)隊(duì)，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)部張軍主任團(tuán)隊(duì)，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第九醫(yī)學(xué)中心田磊主任團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出基于羅謝爾鹽的可降解柔性壓電復(fù)合材料及器件，并實(shí)現(xiàn)了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。該材料兼具優(yōu)異的壓電性能、生物相容性與生物可降解性，實(shí)現(xiàn)了超聲驅(qū)動(dòng)的周?chē)窠?jīng)再生和腸道蠕動(dòng)的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為再生醫(yī)學(xué)與生理監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供了全新的材料與技術(shù)范式。
圖2.羅謝爾鹽基可降解壓電復(fù)合材料的壓電性能與可降解性
研究團(tuán)隊(duì)以具有生物相容性的羅謝爾鹽為壓電核心，與左旋聚乳酸（PLLA）復(fù)合，通過(guò)靜電紡絲結(jié)合單軸壓縮的創(chuàng)新工藝，制備出可降解壓電復(fù)合材料。該材料突破了傳統(tǒng)可降解壓電材料的性能瓶頸，有效壓電系數(shù)d33eff達(dá)43.1 pC N-1，較純聚乳酸纖維提升超10倍，壓電電壓系數(shù)達(dá)1909.2 mV m N-1，綜合性能超越現(xiàn)有多數(shù)可降解材料，甚至部分非降解壓電材料；同時(shí)兼具良好的柔韌性與生物相容性，可在生理環(huán)境中逐步降解，無(wú)需二次手術(shù)取出?；诖耍芯繄F(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了超聲響應(yīng)型壓電神經(jīng)支架和可降解壓電應(yīng)變傳感器。前者成功實(shí)現(xiàn)了大鼠10mm坐骨神經(jīng)缺損再生和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，有效緩解肌肉萎縮；后者可有效捕捉新西蘭白兔腸道蠕動(dòng)幅度、波速、頻率等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)藥物干預(yù)后腸道動(dòng)力變化及急性腸系膜缺血的早期檢測(cè)。
研究成果以“用于神經(jīng)再生和腸道蠕動(dòng)監(jiān)測(cè)的羅謝爾鹽基可生物降解壓電器件”（Rochelle salt-based biodegradable piezoelectric devices for nerve regeneration and intestinal motility monitoring）為題，于1月29日在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)材料學(xué)院2025屆博士畢業(yè)生戴凡淇，南開(kāi)大學(xué)2024級(jí)博士生程浩峰，北京市創(chuàng)傷骨科研究所綦惠副研究員為論文共同第一作者，尹斕、王玉、張軍和田磊為論文共同通訊作者。清華大學(xué)電子系張沕琳副教授團(tuán)隊(duì)，馬騁副教授團(tuán)隊(duì)和盛興副教授團(tuán)隊(duì)也參與了工作。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和清華-豐田聯(lián)合研究基金等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-68930-2
供稿：材料學(xué)院
編輯：楊雪文
審核：周襄楠
