壓電材料能夠實現機械能和電能之間的相互轉換，是重要的智能材料，能被集成到眾多的可植入/可穿戴醫療系統（IWMS）中，包括超聲傳感器、壓力傳感器和電刺激器等。由于壓電材料的獨特機電特性，它們在自供電或無線供電的生物電子學中具有重要的應用潛力，可以避免使用常用的容量有限且有毒的化學電池。同時由于具有與生物很好的相容性，可以有望在醫學開展應用，推進“材料+醫學”發展。

該團隊聚焦“無鉛壓電材料+醫學”交叉研究，近日在《Science Advances》和《Nature Communications》上發表了題為“Flexible, biodegradable ultrasonic wireless electrotherapy device based on highly self-aligned piezoelectric biofilms”和"Lead-free dual-frequency ultrasound implants for wireless, biphasic deep brain stimulation"的最新研究性論文。四川大學均為第一署名單位，四川大學材料科學與工程學院吳家剛教授和蔣來明副研究員、四川大學國家生物醫學材料工程技術研究中心范紅松教授、四川大學華西醫院彭星辰教授為通訊作者。

可生物降解壓電器件在按需瞬態生物學領域占據重要地位。然而，現有的壓電生物材料由于難以進行大規模晶體取向排列和壓電性較弱等缺點，仍是開發此類器件的阻礙。在此，該團隊提出了一種以密度泛函理論為指導，通過超聲輔助工藝合成最優取向、自發排列的壓電γ-甘氨酸/聚乙烯醇（γ-glycine/PVA）薄膜的新策略。第一性原理計算顯示，γ-甘氨酸的負壓電效應源于氫鍵相互作用引起的甘氨酸分子的拉伸和壓縮。合成的γ-glycine/PVA薄膜顯示出10.4 pC N-1的壓電性能和324×10-3 Vm N-1的超高壓電電壓系數。該生物薄膜被進一步開發為柔性、生物可吸收、無線壓電超聲電療設備（b-WPUE），在臨床傷口模型中，b-WPUE能縮短約40%的傷口愈合時間，并能自我降解，為壓電生物薄膜工程和瞬態生物電子設備的開發提供了可靠的方法。

超聲驅動的生物電子學可提供一種可持續供電的無線方案。然而，目前的超聲植入系統在生物兼容性和與有鉛/無鉛壓電材料和器件相關的采集性能方面均面臨嚴峻挑戰。在此，該論文報告了一種用于無線雙相深部腦刺激（DBS）的無鉛雙頻超聲植入體，將兩種開發的無鉛夾層多孔1-3型壓電復合元件集成在柔性印刷電路板中，具有增強的采集性能。重要的是，該植入物通過便攜式外部雙頻換能器為超聲波供電，產生臨床相關頻率的可編程雙相刺激脈沖。最后，還通過癲癇嚙齒動物模型展示了超聲驅動植入物在深部腦刺激中的長期生物安全療法，為未來開發植入式超聲電子器件提供一個可替代平臺。

上述研究得到國家自然科學基金區域聯合基金重點項目、四川大學工科特色團隊項目等經費支持。

吳家剛，教授，博士生導師，擔任ACS Applied Materials & Interfaces副編輯和中國物理學會電介質物理專業委員會副主任兼秘書長。研究方向為高性能無鉛壓電陶瓷及器件。

蔣來明，副研究員，碩士生導師。研究方向為高性能壓電材料及其器件的研發。已在Sci Adv、Nat Commun、Adv Mater、Prog Mater Sci等國際高水平期刊上陸續發表多篇論文。

范紅松，四川大學國家生物醫學材料工程技術研究中心教授，博士生導師，國務院特殊津貼專家。研究方向主要為組織再生生物材料與組織工程、納米生物材料與柔性神經電極界面。已在Nat Commun、ACS nano、Small等國際高水平期刊上陸續發表多篇論文。

彭星辰，四川大學華西醫院教授，博士生導師，“教育部重要人才計劃”青年學者。主要從事惡性腫瘤放療、化療、靶向治療和免疫治療為主的綜合治療。研發成果獲四川省科技進步二等獎（第一完成人）等。