呂堅、史玉升、閆春澤、張貞等最新《Nature》子刊！

研究背景

全球超 1/3 人口受牙列缺損疾病困擾，嚴(yán)重影響正常咀嚼、說話和社交能力。骨結(jié)合牙種植體是當(dāng)前牙列缺損修復(fù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。增材制造技術(shù)可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進一步增強牙種植體的力學(xué)適配性與骨整合能力，為個性化應(yīng)用拓展了廣闊空間。然而，傳統(tǒng)牙種植體材料如鈦及鈦合金等缺乏抗菌、抗炎功能，導(dǎo)致種植體周圍炎發(fā)生率高達 20%~47%，極大制約了牙種植體長期功能穩(wěn)定性。現(xiàn)有策略如表面改性、藥物負載等仍存在功能耐久性差、藥物易脫附等突出問題，因此，亟需研發(fā)具有持久抗菌和抗炎功能的先進牙種植體，以有效管理種植體周圍炎。

文章亮點

近日，華中科技大學(xué)史玉升教授、閆春澤教授、張貞教授等聯(lián)合香港城市大學(xué)呂堅院士團隊提出了一種增材制造可自治的高壓電活性牙種植體，在無需外部任何干預(yù)下通過人體咬合激活自適應(yīng)抗菌、抗炎與成骨多重功能，為種植體周圍炎的早期防治提供了一種全新解決方案。 增材制造壓電牙種植體具有與天然骨小梁相當(dāng)?shù)目箟簭姸群湍Ａ浚瑫r與機器學(xué)習(xí)結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)咬合激活電壓輸出的可靠性、患者特異性預(yù)測與調(diào)控。該壓電牙種植體展現(xiàn)出卓越的功能耐久性，在超過100萬次加載-卸載循環(huán)中持續(xù)保持穩(wěn)定的生物電輸出，并在模擬生理環(huán)境中超過30天仍可保持穩(wěn)定電學(xué)性能。體外與體內(nèi)實驗證明，該自治壓電牙種植體在咬合力誘導(dǎo)可實現(xiàn)三模態(tài)治療效果：調(diào)控活性氧的產(chǎn)生實現(xiàn)電催化殺菌作用；電刺激誘導(dǎo)巨噬細胞的表型從促炎型調(diào)節(jié)為抗炎型；優(yōu)于傳統(tǒng)醫(yī)用鈦合金的電刺激增強的成骨作用。研究結(jié)果不僅深化了對生物壓電材料力電耦合機制與口腔微環(huán)境調(diào)控規(guī)律的突破性認(rèn)知，也推動了生物制造、生物電子、組織工程等關(guān)鍵領(lǐng)域智能仿生植入器件設(shè)計的范式革新，展現(xiàn)出顯著的臨床轉(zhuǎn)化潛力。相關(guān)研究成果以“Occlusion-activated autonomous piezoelectric implants for adaptive prevention of peri-implantitis”為題，發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature Communications。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-71556-z

圖文速覽

圖1.針對種植體周圍炎的咬合激活型自主種植體設(shè)計策略

圖2.壓電牙種植體的制造與表征

圖3.壓電牙種植體在模擬咬合應(yīng)力作用下的壓電響應(yīng)。

圖4.壓電牙種植體在體外受壓觸發(fā)的抗菌能力

圖5.壓電牙種植體在體外受壓激活的抗炎功能

圖6.壓電牙種植體在大鼠口腔內(nèi)的抗菌和抗炎效果

圖7.壓電牙種植體在比格犬口腔內(nèi)的骨整合效果

研究意義

該研究首次將高壓電生物材料與牙種植體結(jié)合，提出咬合激活的自供能生物電子植入物設(shè)計理念，突破了傳統(tǒng)牙種植體“被動防御”的局限，實現(xiàn)了在種植體周圍炎的早期、自適應(yīng)防治的全新范式。研究成果不僅解決了口腔種植領(lǐng)域的核心臨床難題，還為生物材料、增材制造、口腔醫(yī)學(xué)的交叉融合提供了新范例，其自主激活的設(shè)計思路可拓展至關(guān)節(jié)修復(fù)、心臟起搏、神經(jīng)再生等其他受動態(tài)壓力調(diào)控的人體組織工程領(lǐng)域，為開發(fā)新一代自供能、自適應(yīng)仿生生物電子器件開辟了新方向，在生物制造、生物電子、組織工程等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

主要作者介紹

呂堅院士（通訊作者），香港城市大學(xué)機械工程講座教授，先進結(jié)構(gòu)材料研究中心主任。香港材料研究會（HK-MRS）理事長，香港力學(xué)學(xué)會前理事長，廣東省大灣區(qū)激光與增材制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長，世界新能源汽車大會科技委員會委員。78年跳級考入北京大學(xué)， 79年獲國家獎學(xué)金赴法國貢比涅技術(shù)大學(xué)讀本科, 86年獲該校博士學(xué)位。研究涉及先進納米材料制備與力學(xué)性能，3D/4D打印，結(jié)構(gòu)與功能材料預(yù)應(yīng)力工程。在Nature（封面文章），Science, Nature Materials, Nature Chemistry， Nature Water，Nature Communications, Science Advances, PNAS, Advanced Materials, Materials Today, PRL等雜志上發(fā)表論文650余篇，引用5萬5千余次，H Index=106，2025年“科睿唯安“全球高被引科學(xué)家, 89項歐、美（53）、中發(fā)明專利獲授權(quán)。北京科技大學(xué)，東北大學(xué)，西安交大等大學(xué)名譽教授, 上海交大，西北工業(yè)大學(xué)，西南交通大學(xué)顧問教授。2011年被法國國家技術(shù)科學(xué)院（NATF）選為院士，是該院300余位院士中首位華裔院士。2025年獲選美國國家發(fā)明家科學(xué)院（NAI）院士。2006年與2017年分別獲法國總統(tǒng)任命獲國家榮譽騎士勛章及國家榮譽軍團騎士勛章，2013年和2018年分別在中國力學(xué)大會與中國材料大會上做大會報告。2018年獲中國工程院光華工程科技獎。

史玉升教授（通訊作者），華中科技大學(xué)華中學(xué)者卓越崗首席教授，亞太材料科學(xué)院院士，曾任中央軍委國防科技創(chuàng)新特區(qū)主題專家組首席科學(xué)家。現(xiàn)任空間新材料與在軌制造專家組成員、中國材料學(xué)會增材制造材料分會和中國有色學(xué)會增材制造分會的主任委員、中國航天科技集團有限公司增材制造工藝技術(shù)中心專家委員會主任、數(shù)字化材料加工技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程實驗室（湖北）主任，中國機械工程學(xué)會增材制造分會副主任委員等職務(wù)。獲國家科技進步二等獎2項、國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、中國十大科技進展1項、中國智能制造十大科技進展1項、省部級一等獎13項、發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎特等獎暨當(dāng)代發(fā)明家、全國創(chuàng)新爭先獎狀、十佳全國優(yōu)秀科技工作者提名獎、國務(wù)院政府特殊津貼、武漢市科技重大貢獻獎個人獎、湖北省五一勞動獎?wù)碌确Q號。領(lǐng)導(dǎo)的團隊入選湖北省和教育部創(chuàng)新團隊。

閆春澤教授（通訊作者），華中科技大學(xué)博士生導(dǎo)師，教育部長江學(xué)者特聘教授、國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(xué)家，愛思唯爾2023-2025中國高被引學(xué)者。現(xiàn)任華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)全國重點實驗室主任、增材制造教育部工程研究中心主任、湖北省增材制造技術(shù)國際科技合作基地主任，擔(dān)任中國材料學(xué)會增材制造材料分會副主任委員、中國機械工程學(xué)會增材制造（3D打印）技術(shù)分會副主任委員、先進復(fù)合材料技術(shù)湖北省國防科技（軍民融合）重點學(xué)科實驗室學(xué)術(shù)委員會主任，國際期刊Journal of Materials Processing Technology、International Journal of Extreme Manufacturing副主編。主要從事材料成形理論、成形技術(shù)與裝備研究，研發(fā)的激光粉末床熔融高分子/陶瓷材料與裝備已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并出口美英德澳等國。以第一或通訊作者在Nature、Nature Communications、Advanced Materials等期刊發(fā)表SCI收錄論文100余篇，他引18000余次；授權(quán)發(fā)明專利84項，包括第一發(fā)明人獲美日歐德俄國際發(fā)明專利15項；第一作者出版專著、教材11部，包括Elsevier英文專著2部；牽頭/參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)7項。相關(guān)成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎、中國十大科技進展（核心成員）、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎（2項）、中國專利優(yōu)秀獎（2項）、湖北專利金獎。

張貞教授（通訊作者）：主任醫(yī)師、副教授、碩士生導(dǎo)師，湖北省 “楚天英才”，英國伯明翰大學(xué)高級榮譽研究員，材料成形與模具技術(shù)全國重點實驗室研究員，中華口腔醫(yī)學(xué)會種植專委會、材料專委會、美學(xué)專委會委員，中國老年醫(yī)學(xué)學(xué)會口腔醫(yī)學(xué)分會常委，中國醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會增材制造醫(yī)療器械專業(yè)委員會醫(yī)學(xué)專家，湖北省口腔種植專委會常委。華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心種植科主任、華中科技大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院修復(fù)種植學(xué)系副主任。指導(dǎo)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 2 項、省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目項目 10 余項。獲華中科技大學(xué)國家交流先進個人、中華口腔醫(yī)學(xué)會病例大賽一等獎。主持國家自然科學(xué)基金、湖北省重點研發(fā)計劃、科技部外專計劃、湖北省JD攻關(guān)計劃子課題、華中科技大學(xué)交叉研究計劃重點項目、協(xié)和醫(yī)院知識產(chǎn)權(quán)培育項目等十余項科研項目。以第一或通訊作者在 Nature Communications、Materials Today Bio、ACS Applied Materials & Interfaces、Dental Materials等 SCI 期刊發(fā)表論文 20余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利 7 項，受邀在國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)大會作報告 20 余次。

本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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