国家材料科学研究所 摩擦电纳米发电机(左)和压电材料(右)正在研究它们改善骨骼自然愈合特性的潜力
信用:NIMS 根据《先进材料科学与技术》杂志上的一篇评论，一些材料显示出通过增强其自然电学特性来促进骨再生的前景
一些固体，包括骨头、珐琅和石英，变形时会形成电场
这种性质被称为压电效应，当机械力将原子推得更近或更远时，就会发生这种现象，打破电荷平衡，导致正负电荷出现在材料的相对两侧
科学家在1957年发现骨头是一种压电材料
从那以后，他们发现当骨胶原纤维相互滑动时会产生压电性
这导致电荷的积累和微小电流的产生，从而打开骨细胞中称为骨细胞的钙离子通道
这引发了一连串最终促进骨形成的信号通路
“压电性是骨基质的几个机械反应之一，它允许骨细胞对其环境的变化作出反应，”台湾国立清华大学的生物医学工程学家宗和台湾长庚纪念医院的医学博士傅成考解释说，他们领导了这项研究
研究人员正在寻求利用这一特性来改善骨再生和修复
例如，他们正在探索制造微型自供电发电机的材料，这种发电机可以植入骨骼内部或外部，以刺激其自然愈合过程
一些研究小组已经使用所谓的摩擦电纳米发电机显著加速了小鼠胚胎骨形成细胞的增殖和分化
当两种材料分离后又重新接触时，就会产生电流
这些纳米发电机已经用聚二甲基硅氧烷、氧化铟锡、铝和聚四氟乙烯等材料进行了测试
它们显示出治疗骨质疏松症和骨质疏松症相关骨折的潜力
另一方面，压电纳米发电机是通过将电极连接到柔性基板上的压电材料而制成的，并且当施加力时产生电流
这些纳米发电机也被证明能促进人类骨形成细胞的增殖
除了纳米发电机，压电聚合物与人体组织具有良好的生物相容性，在严重的骨折中显示出作为可吸收螺钉和针的前景，有助于避免第二次手术取出它们
与聚合物相比，压电陶瓷提供更强的电流，但可能有毒
非铅基陶瓷，如钛酸钡、羟基磷灰石和氧化锌是促进骨生长和再生的骨支架和人工骨替代品的主要候选材料
林和他的同事们期望进一步的研究将导致基于压电的应用于组织工程和骨再生
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