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  非藥理性刺激干預(yù)已被公認(rèn)為一種用于組織再生修復(fù)、神經(jīng)調(diào)控的有效療法。然而，設(shè)備操作和刺激實(shí)施的復(fù)雜性限制了干預(yù)器件在康復(fù)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用。此外，針對(duì)植入式組織修復(fù)電子器件，電源形式和修復(fù)完成后器件去除引入的二次手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)仍是目前亟需解決的難題。

  電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院林媛教授課題組姚光聯(lián)合威斯康星大學(xué)麥迪遜分校王旭東(Xudong Wang)教授與蔡偉波(Weibo Cai)教授課題組提出了一種可植入和生物可吸收骨折電刺激器件，柔性器件可由運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電脈沖，可直接向骨折處施加電刺激。在大鼠骨折模型上進(jìn)行了器件功能驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)組在6周內(nèi)實(shí)現(xiàn)了有效的骨折愈合，而對(duì)照組在10周時(shí)還未達(dá)到相同的愈合效果。器件能激活相關(guān)生長(zhǎng)因子調(diào)節(jié)骨微環(huán)境，促進(jìn)骨形成和骨重塑。干預(yù)修復(fù)的骨密度和抗折強(qiáng)度分別比對(duì)照組提高27%和83%，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這項(xiàng)工作提出了一種用于生物反饋骨折愈合的自供電可植入電刺激器件，并且在完成生物醫(yī)學(xué)干預(yù)后不需要手術(shù)移除。

圖1. A.器件結(jié)構(gòu)示意圖，B.柔性器件的原始、彎曲和扭曲圖，C.器件降解圖

圖2. A.刺激干預(yù)骨愈合過(guò)程，B.免疫組化表征，C.免疫熒光表征

  器件具有優(yōu)異的生物相容性和生物安全性。在6周的植入過(guò)程中顯示良好的性能穩(wěn)定性。之后，該器件可以逐漸降解并在植入環(huán)境中被吸收，而無(wú)需進(jìn)行侵入性手術(shù)切除。這種出色的骨折治療效果歸因于刺激干預(yù)能提升成骨細(xì)胞增殖，且增強(qiáng)VEGF 和 FGF1 的分泌可以加速營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和代謝運(yùn)輸?shù)难芑�，而更多�?TGF-β 和 BMP2 導(dǎo)致細(xì)胞分化、骨形成和礦化，它們共同作用促進(jìn)了骨骼的快速再生，并協(xié)同提高了骨礦物質(zhì)密度和骨強(qiáng)度。

圖3. 面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的柔性生物電子器件

  在前期工作中，電子科技大學(xué)柔性電子團(tuán)隊(duì)姚光和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校課題組聯(lián)合制備了穿戴式毛發(fā)再生器件和植入式神經(jīng)調(diào)控減肥器件，實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)用場(chǎng)景下的器件有效驗(yàn)證。以上相關(guān)成果分別發(fā)表在PNAS, 118, e2100772118 (2021)，Nature Communications 9, 5349 (2018)、ACS Nano, 13, 12345 (2019)。論文的第一/通訊作者為電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院姚光，共同通訊作者為電子科技大學(xué)林媛教授、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校王旭東(Xudong Wang)教授與蔡偉波(Weibo Cai)教授。目前，針對(duì)日益增長(zhǎng)的生命健康需求和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)的迫切需要，面向不同醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景，團(tuán)隊(duì)正在為高性能柔性穿戴/植入生物診療電子器件提供更多可行性思路。

  相關(guān)論文鏈接：

  https://www.pnas.org/content/118/28/e2100772118.short

  https://www.nature.com/articles/s41467-018-07764-z

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b03912

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352847819302242

  課題組及招聘鏈接

  https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm

  http://muchong.com/t-14852721-1