清华大学臧浠凝团队 Adv. Sci.：基于激光直写的CFR-PEEK智能骨科植入物

碳纤维增强聚醚醚酮（CFR-PEEK）与人体骨骼具有相近的模量，良好的 生物相容性，和较低的密度，是近年有望替代刚性金属 植入物的新兴高分子骨植入材料。植入物的实时应变评估对于骨折伤患处愈合和植入物服役状态的术后监测起到至关重要的作用，然而如何将高精度和服役稳定的传感器集成在 骨科植入物上仍然是较大挑战。


图1 基于激光直写的CFR-PEEK基智能骨科植入物
近期，清华大学机械工程系臧浠凝助理教授（特别研究员）团队通过激光直写的方法，无需粘合剂或固定装置，直接在CFR-PEEK表面上原位制备出了应变传感器（图1）。该工作在激光与PEEK和CFR-PEEK的相互作用研究的基础上（图2a-d），实现了激光直写应变传感器的可控加工，面电阻最小可低于1.7 Ω sq-1。制备的应变传感器在CFE-PEEK植入物的服役范围内（0-2.5%）能保持较好的线性度（R2 = 0.997）（图2e）。通过将激光头与机械臂装置级联，该加工方法可以实现在任意曲面上进行传感器的加工（图1）；通过将传感层与蓝牙模块相连，该传感器可以实现无线信号的传输并在移动设备终端进行显示（图2f），未来有望实现骨折病人术后便捷随访以及康复信息的云共享。该工作以“Laser Direct-Write Sensors on Carbon-Fiber-Reinforced Poly-Ether�CEther�CKetone for Smart Orthopedic Implants”为题发表在《Advanced Science》上。文章第一作者是清华大学博士生胡行健，共同通讯作者包括清华大学机械工程系赵海燕教授及清华长庚医院赵�锤敝魅我绞Α８醚芯康玫焦�家自然科学基金、北京市自然科学基金和清华大学自主科研项目的支持。

图2. a-d)激光与CFR-PEEK和PEEK相互作用，e)传感器灵敏度测试，f)传感器与移动设备无线通讯。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105499