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  碳纖維增強(qiáng)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(shí)時(shí)應(yīng)變?cè)u(píng)估對(duì)于骨折傷患處愈合和植入物服役狀態(tài)的術(shù)后監(jiān)測(cè)起到至關(guān)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(xiě)的CFR-PEEK基智能骨科植入物

  近期，清華大學(xué)機(jī)械工程系臧浠凝助理教授（特別研究員）團(tuán)隊(duì)通過(guò)激光直寫(xiě)的方法，無(wú)需粘合劑或固定裝置，直接在CFR-PEEK表面上原位制備出了應(yīng)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(chǔ)上（圖2a-d），實(shí)現(xiàn)了激光直寫(xiě)應(yīng)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(yīng)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(xiàn)性度（R² = 0.997）（圖2e）。通過(guò)將激光頭與機(jī)械臂裝置級(jí)聯(lián)，該加工方法可以實(shí)現(xiàn)在任意曲面上進(jìn)行傳感器的加工（圖1）；通過(guò)將傳感層與藍(lán)牙模塊相連，該傳感器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸并在移動(dòng)設(shè)備終端進(jìn)行顯示（圖2f），未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)骨折病人術(shù)后便捷隨訪(fǎng)以及康復(fù)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(xué)博士生胡行健，共同通訊作者包括清華大學(xué)機(jī)械工程系趙海燕教授及清華長(zhǎng)庚醫(yī)院趙喆副主任醫(yī)師。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和清華大學(xué)自主科研項(xiàng)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(cè)試，f)傳感器與移動(dòng)設(shè)備無(wú)線(xiàn)通訊。

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