科學家在瞬態可植入壓電材料領域獲里程碑式突破

3月29日，南昌大學國際有序物質科學研究院湯淵源教授與東南大學等機構科研人員合作，在《科學》上發表題為“具有大壓電響應的可生物降解鐵電分子晶體”的研究長文，報道了“四兩撥千斤”實現分子晶體的壓電性飛躍。

隨著我國科學技術的不斷發展，人們對醫療健康的需求也日益旺盛。在這樣的背景下，植入式壓電生物醫學器件的研究蓬勃發展，有望為人們帶來生活質量的顯著提升。

目前，壓電應用的主流材料主要依賴于無機鐵電陶瓷和鐵電聚合物。然而，這些傳統材料存在一個顯著問題，即它們不可生物降解。這意味著，當這些材料制成的植入式電子器件應用于人體時，需要進行二次手術以移除它們，這無疑增加了患者的風險與不便。

相比之下，鐵電分子晶體以其獨特的優勢脫穎而出。它們合成簡便、易于溶液加工，同時具備輕量、良好的生物相容性和可調的物理性能。因此，鐵電分子晶體被視為植入式瞬態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量稀少，且其壓電性能不盡如人意。

研究團隊開發了一例鐵電分子晶體（HFPD），實現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的降解過程極為有利。此外，該化合物還展現出了良好的生物安全性、生物相容性和生物降解性，這為其在生物醫療領域的應用提供了廣闊的前景。

考慮到晶體的脆性和剛性，該團隊通過溶液蒸發法制備了一種柔性壓電復合薄膜。基于這一壓電復合薄膜，團隊還成功組裝了一個可控的瞬態機電器件，并證實其具有良好的生物傳感性能。這一成果不僅為瞬態植入式電子醫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域的應用開辟了新的重要出口。

該研究成果被《科學》重點評述指出，在鐵電分子晶體中實現如此優異的壓電性能是壓電材料發展史上的一個里程碑。