清華大學臧浠凝團隊 Adv. Sci.：基于激光直寫的CFR-PEEK智能骨科植入物

來源：化學與材料科學  

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(tài)的術(shù)后監(jiān)測起到至關重要的作用，然而如何將高精度和服役穩(wěn)定的傳感器集成在骨科植入物上仍然是較大挑戰(zhàn)。

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(xiàn)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(nèi)（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(lián)，該加工方法可以實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)骨折病人術(shù)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(fā)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(yī)院趙喆副主任醫(yī)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