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里程碑式重大突破!中國(guó)科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)

每日經(jīng)濟(jì)新聞 2024-03-30 08:03:36

每經(jīng)編輯 杜宇

據(jù)央視財(cái)經(jīng)3月29日消息,記者從東南大學(xué)方面了解到,3月29日,最新一期《科學(xué)》(Science)以長(zhǎng)文形式發(fā)表題為“具有大壓電響應(yīng)的可生物降解鐵電分子晶體”的文章,該成果由東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成,科研人員首次將鐵電化學(xué)與生物電子學(xué)有機(jī)結(jié)合,創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一例壓電響應(yīng)直追無(wú)機(jī)陶瓷鈦酸鋇(BTO)的可生物降解有機(jī)鐵電晶體。這是自1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來(lái)的一個(gè)里程碑式的重大突破。

圖片來(lái)源:南昌大學(xué)

據(jù)科技日?qǐng)?bào),研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一例鐵電分子晶體(HFPD),實(shí)現(xiàn)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晶體中能夠輕松溶解于多種溶劑,特別是體液,這對(duì)于化合物在生物體內(nèi)的降解過(guò)程極為有利。此外,該化合物還展現(xiàn)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(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的前景。

考慮到晶體的脆性和剛性,該團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶液蒸發(fā)法制備了一種柔性壓電復(fù)合薄膜。基于這一壓電復(fù)合薄膜,團(tuán)隊(duì)還成功組裝了一個(gè)可控的瞬態(tài)機(jī)電器件,并證實(shí)其具有良好的生物傳感性能。這一成果不僅為瞬態(tài)植入式電子醫(yī)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(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的重要出口。

據(jù)揚(yáng)子晚報(bào),隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)醫(yī)療健康的需求不斷增加。植入式壓電生物醫(yī)學(xué)器件的研究日漸興盛,這有望極大地改善人們的生活質(zhì)量。壓電材料是一類(lèi)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力和電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的功能材料。目前,無(wú)機(jī)壓電陶瓷和壓電聚合物占據(jù)了應(yīng)用的主流,但它們是不可生物降解的,故這些傳統(tǒng)壓電材料制成的植入式電子器件應(yīng)用于人體將面臨二次手術(shù)移除的風(fēng)險(xiǎn)。

因此,基于可生物降解材料的植入式瞬態(tài)電子器件有望為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)重要變革。這些電子器件能夠在可控的時(shí)間內(nèi)工作,完成工作后自行溶解在體內(nèi),且不產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)。其中,天然壓電生物材料在這一方面顯示出許多優(yōu)勢(shì)。但它們的壓電性能不佳,這極大地限制了它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

而分子鐵電材料具有合成簡(jiǎn)單、易于加工、輕量、生物相容性好和物理性能可調(diào)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),有望成為植入式瞬態(tài)電子器件的理想候選材料。因此,亟待開(kāi)發(fā)具有高壓電性的可生物降解分子鐵電材料。

東南大學(xué)熊仁根教授是鐵電化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)立者。在過(guò)去十余年間,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聚焦于分子鐵電材料的化學(xué)設(shè)計(jì)與研究。今年,基于鐵電化學(xué)的氫/氟取代策略和晶體工程,團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一例有機(jī)小分子鐵電體,實(shí)現(xiàn)了小分子壓電性能四倍的提升。

這一發(fā)現(xiàn)使得可植入式壓電材料的壓電性能達(dá)到新的高度。通過(guò)壓電力顯微鏡技術(shù)和電滯回線測(cè)試系統(tǒng)性地表征了該化合物的鐵電性。其相鄰分子間相互作用形成了二維氫鍵網(wǎng)絡(luò),這一特性使得HFPD晶體易溶于多種溶劑(尤其是體液),這有助于化合物在生物體內(nèi)的降解。

據(jù)悉,張含悅為文章共同第一作者(排名第一)兼共同通訊作者,東南大學(xué)為第一通訊單位。據(jù)介紹,張含悅的研究方向?yàn)榉肿予F電體的化學(xué)設(shè)計(jì)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,并專(zhuān)注于有機(jī)硅鐵電體的研究。她致力于圍繞生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題,展開(kāi)鐵電化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的交叉研究。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合央視財(cái)經(jīng)、科技日?qǐng)?bào)、揚(yáng)子晚報(bào)

封面圖片來(lái)源::南昌大學(xué)

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