日前，机械工程学院师生在拓扑结构重塑生物压电材料方面取得创新性进展，相关成果以“Topology in Biological Piezoelectric Materials”为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）。江苏大学为该论文第一完成单位，机械工程学院硕士生陈晨为论文第一作者，合作者包括香港城市大学郑毅博士，江苏大学硕士生张奕、刘弘毅，山东大学吴疆教授，克兰菲尔德大学杨倞博士。机械工程学院副教授张彦虎、香港科技大学教授杨征保为共同通讯作者。
生物压电材料应用潜力日益凸显，但现有设计与优化策略面临挑战，尤其在微纳结构精确调控方面显著不足。压电材料极化后内部会形成不同取向的电畴结构，畴壁空间排列模式与分布状态构成了材料的微观拓扑构型。畴壁的分布特征与材料的电-力耦合性能紧密关联，这些耦合特性决定着压电材料的功能响应能力。在此背景下，拓扑学——作为研究几何形态与空间结构的数学工具——提供了一个深层次的描述框架，不仅能刻画电畴在材料内部的互连方式与空间排布规律，更能阐释这种微观拓扑结构如何影响压电响应及其稳定性。
针对当前生物压电材料在能量转换效率、长期服役稳定性及生物相容性等方面面临的核心技术瓶颈，本评述系统探讨了拓扑结构设计对生物压电材料性能与功能的调控机制及其深远影响。重点介绍了多尺度协同设计、机器学习驱动的拓扑优化及高精度制备工艺创新等前沿应对策略。进一步探讨了拓扑优化的生物压电材料在健康监测、生物传感、能量俘获与靶向治疗等生物医学领域的具体应用前景及其伴随的挑战。最后展望了该领域的未来研究方向，旨在为推动生物压电材料的创新与发展提供新的理论框架和技术路线。
本工作得到了国家自然科学基金（51705210）、江苏省博士后科研资助计划（2019K195 ）、深港联合创新项目（SGDX20190919102801693）、香港科技大学、香港特别行政区创新科技委员会创新科技基金（项目编号: MHP / 013 / 23）的资助。
图1. 拓扑结构与生物压电材料的关键里程碑
图2. 生物压电系统中拓扑策略的比较示意图
图3. 智能结构优化和先进制造技术用于增强生物压电材料的拓扑设计
图4. 生物压电材料中的优化策略与性能预测
图5. 生物压电材料的潜在应用和相互关系
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202500466
