Последние достижения в области полимерных пьезоэлектрических композитов для биомедицинских применений

За последние десятилетия электронные технологии стали неотъемлемой частью многих направлений биомедицины и технологий носимых устройств, сформировав перспективную платформу персонализированной медицины. Бессвинцовые пьезоэлектрические материалы, преобразующие механическую энергию в электрическую, представляют значительный интерес для широкого спектра технологических применений. Органические пьезоэлектрические биоматериалы привлекли большое внимание как функциональные материалы для медицинских устройств благодаря высокой биосовместимости. К ним относятся синтетические полимеры и биополимеры. У многих биополимеров выявлена заметно выраженная пьезоэлектричность, однако их изучение пока находится на начальном этапе. Благодаря пьезоэлектрическим свойствам синтетические фторсодержащие полимеры интенсивно исследуются и применяются в биомедицине, в том числе в системах контролируемой доставки лекарств, тканевой инженерии, микро流идных устройствах и приводах искусственных мышц. Пьезоэлектрические полимеры, особенно поливинилиденфторид (PVDF) и его сополимеры, всё чаще рассматриваются как интеллектуальные биоматериалы благодаря способности контролируемо и воспроизводимо преобразовывать физиологические движения в электрические сигналы. Несмотря на самые высокие среди пьезоэлектрических полимеров коэффициенты пьезоэлектричности, часто требуется увеличить выходной электрический сигнал. Наиболее перспективный способ существенно повысить пьезоэлектрический отклик и эффективность сбора энергии таких материалов — введение различных неорганических нанонаполнителей и/или модификация материала в процессе изготовления. В статье представлен всесторонний обзор принципов, свойств и применений органических пьезоэлектрических биоматериалов — полимеров и полимерно-керамических композитов — с особым вниманием к полимерам на основе PVDF и их композитам, используемым в сенсорах, системах доставки лекарств и тканевой инженерии. Отдельно рассматриваются наиболее распространённые методы изготовления пьезоэлектрических каркасов для тканевой инженерии и сенсоров, прежде всего электроспиннинг. Представлены перспективные стратегии, новые пьезоэлектрические материалы и методы изготовления, которые должны способствовать интеграции этих направлений в будущем.