近日，機(jī)械工程學(xué)院師生在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重塑生物壓電材料方面取得創(chuàng)新性進(jìn)展，相關(guān)成果以Topology in Biological Piezoelectric Materials為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。江蘇大學(xué)為該論文第一完成單位，機(jī)械工程學(xué)院碩士生陳晨為論文第一作者，合作者包括香港城市大學(xué)鄭毅博士，江蘇大學(xué)碩士生張奕、劉弘毅，山東大學(xué)吳疆教授，克蘭菲爾德大學(xué)楊倞博士。機(jī)械工程學(xué)院副教授張彥虎、香港科技大學(xué)教授楊征保為共同通訊作者。
生物壓電材料應(yīng)用潛力日益凸顯，但現(xiàn)有設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略面臨挑戰(zhàn)，尤其在微納結(jié)構(gòu)精確調(diào)控方面顯著不足。壓電材料極化后內(nèi)部會(huì)形成不同取向的電疇結(jié)構(gòu)，疇壁空間排列模式與分布狀態(tài)構(gòu)成了材料的微觀(guān)拓?fù)錁?gòu)型。疇壁的分布特征與材料的電-力耦合性能緊密關(guān)聯(lián)，這些耦合特性決定著壓電材料的功能響應(yīng)能力。在此背景下，拓?fù)鋵W(xué)作為研究幾何形態(tài)與空間結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)工具，提供了深層次的描述框架，不僅能刻畫(huà)電疇在材料內(nèi)部的互連方式與空間排布規(guī)律，更能闡釋這種微觀(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何影響壓電響應(yīng)及其穩(wěn)定性。
針對(duì)當(dāng)前生物壓電材料在能量轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)期服役穩(wěn)定性及生物相容性等方面面臨的核心技術(shù)瓶頸，該評(píng)述系統(tǒng)探討了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)生物壓電材料性能與功能的調(diào)控機(jī)制及其深遠(yuǎn)影響，重點(diǎn)介紹了多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的拓?fù)鋬?yōu)化及高精度制備工藝創(chuàng)新等前沿應(yīng)對(duì)策略，進(jìn)一步探討了拓?fù)鋬?yōu)化的生物壓電材料在健康監(jiān)測(cè)、生物傳感、能量俘獲與靶向治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用前景及其伴隨的挑戰(zhàn)，展望了該領(lǐng)域的未來(lái)研究方向，為推動(dòng)生物壓電材料的創(chuàng)新與發(fā)展提供新的理論框架和技術(shù)路線(xiàn)。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省博士后科研資助計(jì)劃、深港聯(lián)合創(chuàng)新項(xiàng)目、香港科技大學(xué)、香港特別行政區(qū)創(chuàng)新科技委員會(huì)創(chuàng)新科技基金的資助。（機(jī)械工程學(xué)院）
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202500466
