近日，東南大學科研團隊在國際頂級科學期刊《科學》（science）上發表了一篇題為“具有大壓電響應的可生物降解鐵電分子晶體”的文章，引起了廣泛關注。這一成果標誌著自1880年居裡兄弟發現壓電效應以來的一個裡程碑式的重大突破。該團隊首次將鐵電化學與生物電子學有機結合，創新性地開發了一例壓電響應直追無機陶瓷鈦酸鋇（bto）的可生物降解有機鐵電晶體。
研究團隊開發了一種名為hfpd的鐵電分子晶體，實現了小分子壓電性能的4倍提升。hfpd晶體中能夠輕鬆溶解於多種溶劑，特彆是體液，這對於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製備了一種柔性壓電複合薄膜。基於這一壓電複合薄膜，團隊還成功組裝了一個可控的瞬態機電器件，並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。
隨著我國科學技術的不斷發展，人們對醫療健康的需求不斷增加。植入式壓電生物醫學器件的研究日漸興盛，這有望極大地改善人們的生活質量。壓電材料是一類可以實現機械應力和電信號相互轉換的功能材料。目前，無機壓電陶瓷和壓電聚合物占據了應用的主流，但它們是不可生物降解的，故這些傳統壓電材料製成的植入式電子器件應用於人體將麵臨二次手術移除的風險。
因此，基於可生物降解材料的植入式瞬態電子器件有望為醫學領域帶來重要變革。這些電子器件能夠在可控的時間內工作，完成工作後自行溶解在體內，且不產生有毒有害的物質。其中，天然壓電生物材料在這一方麵顯示出許多優勢。但它們的壓電性能不佳，這極大地限製了它們在生物醫學中的應用。
而分子鐵電材料具有合成簡單、易於加工、輕量、生物相容性好和物理性能可調等獨特優勢，有望成為植入式瞬態電子器件的理想候選材料。因此，亟待開發具有高壓電性的可生物降解分子鐵電材料。
東南大學熊仁根教授是鐵電化學領域的創立者。在過去十餘年間，他帶領團隊聚焦於分子鐵電材料的化學設計與研究。今年，基於鐵電化學的氫氟取代策略和晶體工程，團隊開發了一例有機小分子鐵電體，實現了小分子壓電性能四倍的提升。
這一發現使得可植入式壓電材料的壓電性能達到新的高度。通過壓電力顯微鏡技術和電滯回線測試係統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絡，這一特性使得hfpd晶體易溶於多種溶劑（尤其是體液），這有助於化合物在生物體內的降解。
據悉，張含悅為文章共同第一作者（排名第一）兼共同通訊作者，東南大學為第一通訊單位。據介紹，張含悅的研究方向為分子鐵電體的化學設計及其生物醫學應用，並專注於有機矽鐵電體的研究。她致力於圍繞生物醫學問題，展開鐵電化學與生物醫學應用的交叉研究。
這一重大突破為植入式電子醫療器件帶來了新的希望。隨著科學技術的不斷發展，我們有理由相信，未來人類將會在醫療健康領域取得更加輝煌的成就。東南大學科研團隊的這一成果，無疑為全球醫療健康事業的發展注入了新的活力，也為我國科技創新能力的提升樹立了新的典範。
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