山東大學李建華教授、葛少華教授和劉宏教授綜述：推動多功能鐵電材料在生物醫學領域中的應用

【引言】

鐵電材料（Ferroelectric materials, FEMs）具有壓電、熱釋電、反壓電、非線性光學、鐵電光伏等多種特性，在生物醫學領域引起了越來越多的關注。 FEMs能夠通過與力、熱、電和光等物理刺激相互作用而產生電、力和光等物理信號，因此其在生物傳感、聲鑷、生物成像、生物治療、組織工程以及刺激和操控生物過程中展現出獨特的優勢。然而目前與鐵電材料相關的生物醫學應用研究并沒有得到系統的梳理和總結。

【簡介】

鑒于此，山東大學李建華教授、葛少華教授和劉宏教授在Advanced Science上發表了題為Advancing Versatile Ferroelectric Materials Toward Biomedical Applications的綜述文章，對多功能鐵電材料在生物醫學領域中的應用進行了系統總結。文章介紹了當前可用的FEMs及其前沿的制造技術，并概述了FEMs在生物醫學領域中的應用。文章最后總結了FEMs目前面臨的挑戰，并展望了其在未來生物醫學領域中的應用前景。

【圖文導讀】

TOC：FEMs傳導物理信號與生物分子、細胞和組織相互作用

FEMs成分和結構都很廣泛，涉及無機晶體到有機分子組裝體，隨著3D打印等新型制造技術的發展，FEMs的結構形態可以從體塊材料到納米級，維度可以從1D到3D。特別是近些年涌現的FEMs生物分子組裝體，具有與人體生理電過程直接相互作用的先天優勢。因此，FEMs在成分和結構上可以滿足復雜的實際需求。

a）靜電紡絲技術和b）3D打印技術用于制備FEMs

FEMs介導的電刺激與機械刺激可以分別在分子、細胞、組織與器官水平介入生物進程而發揮重要的生物學作用，因而可以應用于活性氧產生、殺菌、癌癥治療、干細胞分化、藥物控釋和組織修復等場景中。反過來，FEMs也可以感知生物物質并響應某些生理活動，因而可以作為生物傳感器實現生物分子的檢測、細胞活動的測量以及人體健康狀況的監測。此外，FEMs具有的倍頻效應使其在生物成像領域中也有重要的應用前景。

FEMs表面電勢對分子、細胞和組織的作用

FEMs介導的電刺激對分子、細胞和組織的作用

FEMs介導的力刺激對分子、細胞和組織的作用

盡管FEMs在生物醫學領域中仍然面臨不少的困難與挑戰。FEMs相關的材料科學和生物醫學之間仍有巨大的鴻溝，其在生物醫學領域中發揮作用的具體機制仍需要進一步探索。此外FEMs在生物醫學領域中仍然存在許多沒有涉及的研究方向。文章最后對該領域現狀和未來發展的前景進行了討論與展望（見下圖）。

文獻鏈接：Wenjun Wang, Jianhua Li*, Hong Liu*,?Shaohua Ge*. Advancing Versatile Ferroelectric Materials Toward Biomedical Applications. Advanced Science, 2020. https://doi.org/10.1002/advs.202003074

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