一、痛点问题

现有的压电水凝胶材料在力-电转导过程中存在两大核心问题：1. 能量耗散高：在将机械能转化为电能时，因水凝胶网络内共价键/离子键断裂及分子间摩擦，导致大量能量以热能形式耗散，转换效率低。2. 力学稳定性差：在循环应力作用下易出现裂痕，力学性能下降快，无法为组织修复提供长期稳定的力学支撑。这些问题严重限制了压电水凝胶在骨关节炎等组织损伤修复中的应用效果。

二、项目简介

项目来自于瑞金医院再生医学材料团队。本项目成功构建了一种具有滑环结构的力-电耦合水凝胶微球（P-LMS）。该微球以准聚轮烷（PEG-α-CD-IA）为交联剂，引入钛酸钡（BTO）压电纳米颗粒和聚吡咯（PPy）导电网络，通过微流控技术制备而成。其滑环结构（准聚轮烷）通过分子滑动机制储存和释放机械能，大幅降低机械损耗；导电网络（聚吡咯）通过π-π共轭提升电子迁移效率，显著降低电损耗。最终实现了低损耗的力-电能量转换，能量耗散率降至43%，转换效率达传统压电水凝胶的2.3倍，能有效促进骨关节炎的修复。

图：组织间低损耗转导的力‑电耦合水凝胶微球示意图

三、创新亮点

1. 超分子滑环结构降耗：将准聚轮烷作为交联剂引入压电水凝胶，其独特的分子滑移机制像“分子滑轮”一样分散应力，减少键断裂和分子摩擦，将力学损耗降至最低。

2. 双网络协同增效：同时引入BTO（压电转换）和PPy（导电）网络，协同降低机电转换过程中的能量耗散，显著提升力-电转换效率。

3. 力学性能卓越稳定：微球在500次循环应力测试后力学性能无显著下降，滞后率低于5%，展现出前所未有的力学稳定性，能为组织提供持久支撑。

4. 治疗机制明确：低损耗转导产生的电信号能有效触发干细胞钙离子内流，上调cAMP和Wnt/β-catenin信号通路促进成软骨分化，并调节巨噬细胞向抗炎M2表型极化，从分子层面协同促进骨关节炎修复。

四、知识产权情况

本项目已授权发明专利。

五、团队联系人电话

吕孟圆：18018597179