科大團隊研發開創性技術 自組裝高性能生物壓電薄膜

香港科技大學（科大）領導的研究團隊研發出新技術，可以使氨基酸在大面積上有序地自行組裝一層薄膜。團隊發現該生物薄膜具備高壓電性能，或可在未來用以製成具生物相容性和可降解性的生物醫學微型裝置，例如心臟起搏器和可植入體內的傳感器。

從壓電效應——動能與電能間的相互轉換——中產生的生物電在生命系統中具有生理意義，例如人類行走時脛骨產生的壓電電荷會促進骨骼再生，而呼吸時肺部產生的壓電電荷亦有助血紅蛋白與氧氣結合。

目前，大部分的壓電材料都是低可塑性、脆弱的，有些甚至含有毒物質（例如鉛和石英），所以不適合植入人體體內。生物壓電材料具有天然的生物相容性、可靠性和環境可持續性，因此是最合適的替代品。然而，以一致的排序方向大規模操縱生物分子使其正常運作，80年來一直是一個國際學術難題。

為解決這一長期挑戰，由科大機械及航空航天工程學系副教授楊征保領導的研究團隊，最近研發出一種自組裝技術，透過協同的納米限域技術和原位極化（見圖），製造生物壓電薄膜。它使生物分子能夠在大面積自行組裝，並且呈相同方向。更重要的是，團隊在使用新技術下發現β-甘氨酸薄膜具有的壓電應變系數，高達11.2pmV^-1，是目前所有生物壓電薄膜中性能最高。

團隊自組裝的生物壓電薄膜，能夠從肌肉伸展、呼吸、血流和微小身體運動的機械應力中產生生物電。薄膜無需電池，在任務完成後能從體內自然分解。

楊教授表示：「我們的研究發現，整個β-甘氨酸薄膜展現出高壓電效應和傑出的熱穩定性。它的出色輸出性能、天然生物相容性和生物可降解性，在高性能生物機械電應用，例如可植入體內的傳感器、生物可吸收的無線充電裝置、智能晶片和生物電子等具有重要意義。」

在未來，團隊將繼續研究如何提升薄膜的柔韌性以配合生物組織，以及大規模以低成本生產生物壓電薄膜。此外，團隊亦會進行動物實驗，將研究成果進一步應用於生物醫學。

這項研究計劃是與香港城市大學和澳洲伍倫貢大學的研究團隊共同合作完成。研究成果於最近發表在《自然通訊》學術期刊上。