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  碳纖維增強聚醚醚酮（CFR-PEEK）與人體骨骼具有相近的模量，良好的生物相容性，和較低的密度，是近年有望替代剛性金屬植入物的新興高分子骨植入材料。植入物的實時應變評估對于骨折傷患處愈合和植入物服役狀態的術后監測起到至關重要的作用，然而如何將高精度和服役穩定的傳感器集成在骨科植入物上仍然是較大挑戰。

圖1 基于激光直寫的CFR-PEEK基智能骨科植入物

  近期，清華大學機械工程系臧浠凝助理教授（特別研究員）團隊通過激光直寫的方法，無需粘合劑或固定裝置，直接在CFR-PEEK表面上原位制備出了應變傳感器（圖1）。該工作在激光與PEEK和CFR-PEEK的相互作用研究的基礎上（圖2a-d），實現了激光直寫應變傳感器的可控加工，面電阻最小可低于1.7 Ω sq^-1。制備的應變傳感器在CFE-PEEK植入物的服役范圍內（0-2.5%）能保持較好的線性度（R² = 0.997）（圖2e）。通過將激光頭與機械臂裝置級聯，該加工方法可以實現在任意曲面上進行傳感器的加工（圖1）；通過將傳感層與藍牙模塊相連，該傳感器可以實現無線信號的傳輸并在移動設備終端進行顯示（圖2f），未來有望實現骨折病人術后便捷隨訪以及康復信息的云共享。該工作以“Laser Direct-Write Sensors on Carbon-Fiber-Reinforced Poly-Ether–Ether–Ketone for Smart Orthopedic Implants”為題發表在《Advanced Science》上。文章第一作者是清華大學博士生胡行健，共同通訊作者包括清華大學機械工程系趙海燕教授及清華長庚醫院趙喆副主任醫師。該研究得到國家自然科學基金、北京市自然科學基金和清華大學自主科研項目的支持。

圖2. a-d)激光與CFR-PEEK和PEEK相互作用，e)傳感器靈敏度測試，f)傳感器與移動設備無線通訊。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105499