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，嚴重影響正常咀嚼、說話和社交能力。骨結合牙種植體是當前牙列缺損修復的“金標準”。增材制造技術可通過結構優化設計進一步增強牙種植體的力學適配性與骨整合能力，為個性化應用拓展了廣闊空間。然而，傳統牙種植體材料如鈦及鈦合金等缺乏抗菌、抗炎功能，導致種植體周圍炎發生率高達 20%~47%，極大制約了牙種植體長期功能穩定性。現有策略如表面改性、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，華中科技大學史玉升教授、閆春澤教授、張貞教授等聯合香港城市大學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下通過人體咬合激活自適應抗菌、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的抗壓強度和模量，同時與機器學習結合能夠實現咬合激活電壓輸出的可靠性、患者特異性預測與調控。該壓電牙種植體展現出卓越的功能耐久性，在超過100萬次加載-卸載循環中持續保持穩定的生物電輸出，并在模擬生理環境中超過30天仍可保持穩定電學性能。體外與體內實驗證明，該自治壓電牙種植體在咬合力誘導可實現三模態治療效果：調控活性氧的產生實現電催化殺菌作用；電刺激誘導巨噬細胞的表型從促炎型調節為抗炎型；優于傳統醫用鈦合金的電刺激增強的成骨作用。研究結果不僅深化了對生物壓電材料力電耦合機制與口腔微環境調控規律的突破性認知，也推動了生物制造、生物電子、組織工程等關鍵領域智能仿生植入器件設計的范式革新，展現出顯著的臨床轉化潛力。相關研究成果以“Occlusion-activated autonomous piezoelectric implants for adaptive prevention of peri-implantitis”為題，發表于國際頂級學術期刊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力作用下的壓電響應。

圖4.壓電牙種植體在體外受壓觸發的抗菌能力

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的抗菌和抗炎效果

圖7.壓電牙種植體在比格犬口腔內的骨整合效果

研究意義

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

主要作者介紹

呂堅院士（通訊作者），香港城市大學機械工程講座教授，先進結構材料研究中心主任。香港材料研究會（HK-MRS）理事長，香港力學學會前理事長，廣東省大灣區激光與增材制造產業技術創新聯盟副理事長，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， 79年獲國家獎學金赴法國貢比涅技術大學讀本科, 86年獲該校博士學位。研究涉及先進納米材料制備與力學性能，3D/4D打印，結構與功能材料預應力工程。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“全球高被引科學家, 89項歐、美（53）、中發明專利獲授權。北京科技大學，東北大學，西安交大等大學名譽教授, 上海交大，西北工業大學，西南交通大學顧問教授。2011年被法國國家技術科學院（NATF）選為院士，是該院300余位院士中首位華裔院士。2025年獲選美國國家發明家科學院（NAI）院士。2006年與2017年分別獲法國總統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），華中科技大學華中學者卓越崗首席教授，亞太材料科學院院士，曾任中央軍委國防科技創新特區主題專家組首席科學家。現任空間新材料與在軌制造專家組成員、中國材料學會增材制造材料分會和中國有色學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中心專家委員會主任、數字化材料加工技術與裝備國家地方聯合工程實驗室（湖北）主任，中國機械工程學會增材制造分會副主任委員等職務。獲國家科技進步二等獎2項、國家技術發明二等獎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、發明創業獎特等獎暨當代發明家、全國創新爭先獎狀、十佳全國優秀科技工作者提名獎、國務院政府特殊津貼、武漢市科技重大貢獻獎個人獎、湖北省五一勞動獎章等稱號。領導的團隊入選湖北省和教育部創新團隊。

閆春澤教授（通訊作者），華中科技大學博士生導師，教育部長江學者特聘教授、國家重點研發計劃項目首席科學家，愛思唯爾2023-2025中國高被引學者。現任華中科技大學材料成形與模具技術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國際科技合作基地主任，擔任中國材料學會增材制造材料分會副主任委員、中國機械工程學會增材制造（3D打印）技術分會副主任委員、先進復合材料技術湖北省國防科技（軍民融合）重點學科實驗室學術委員會主任，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、成形技術與裝備研究，研發的激光粉末床熔融高分子/陶瓷材料與裝備已實現產業化，并出口美英德澳等國。以第一或通訊作者在Nature、Nature Communications、Advanced Materials等期刊發表SCI收錄論文100余篇，他引18000余次；授權發明專利84項，包括第一發明人獲美日歐德俄國際發明專利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/參與制定國家標準7項。相關成果獲國家技術發明二等獎、國家科技進步二等獎、中國十大科技進展（核心成員）、湖北省技術發明一等獎（2項）、中國專利優秀獎（2項）、湖北專利金獎。

張貞教授（通訊作者）：主任醫師、副教授、碩士生導師，湖北省 “楚天英才”，英國伯明翰大學高級榮譽研究員，材料成形與模具技術全國重點實驗室研究員，中華口腔醫學會種植專委會、材料專委會、美學專委會委員，中國老年醫學學會口腔醫學分會常委，中國醫療器械行業協會增材制造醫療器械專業委員會醫學專家，湖北省口腔種植專委會常委。華中科技大學協和醫院口腔醫學中心種植科主任、華中科技大學口腔醫學院修復種植學系副主任。指導國家級大學生創新創業項目 2 項、省級大學生創新創業項目項目 10 余項。獲華中科技大學國家交流先進個人、中華口腔醫學會病例大賽一等獎。主持國家自然科學基金、湖北省重點研發計劃、科技部外專計劃、湖北省JD攻關計劃子課題、華中科技大學交叉研究計劃重點項目、協和醫院知識產權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 期刊發表論文 20余篇，授權國家發明專利 7 項，受邀在國際、國內學術大會作報告 20 余次。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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