3月29日，最新一期《科學（Science）》以長文形式發表題為“具有大壓電響應的可生物降解鐵電分子晶體”的文章，該成果由東南大學生物科學與醫學工程學院青年教師張含悅與化學化工學院熊仁根教授等合作，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的可生物降解有機鐵電晶體。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。

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制成的植入式電子器件應用于人體將面臨二次手術移除的風險。

因此，基于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，完成工作后自行溶解在體內，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面顯示出許多優勢。但它們的壓電性能不佳，這極大地限制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、易于加工、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。在過去十余年間，他帶領團隊聚焦于分子鐵電材料的化學設計與研究。今年，基于鐵電化學的氫/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系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晶體易溶于多種溶劑（尤其是體液），這有助于化合物在生物體內的降解。

該化合物兼具良好的生物安全性、生物相容性和生物降解性。考慮到晶體的脆性和剛性，該團隊通過溶液蒸發法制備了一款柔性壓電復合薄膜。基于該壓電復合薄膜，團隊還組裝一個可控的瞬態機電器件，并證實具有良好的生物傳感性能。這一研究為可降解植入式電子醫療器件提供了有前途的候選材料，也為分子壓電材料提供了與人體健康密切相關的重要應用出口。

Science審稿人對于該工作給予了高度評價，認為它是瞬態可植入壓電材料領域里程碑式的關鍵突破，在鐵電分子晶體中實現如此優異的壓電性能是壓電材料發展的一個里程碑。

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，并專注于有機硅鐵電體的研究。她致力于圍繞生物醫學問題，展開鐵電化學與生物醫學應用的交叉研究。

校對 李海慧