脊柱融合术——将两块椎骨融合在一起——可以治疗多种脊柱疾病。通常，外科医生会使用笼子在椎间盘曾经位于椎骨之间的位置提供支撑。但是，如果这些笼子能以多种方式支持脊柱的愈合呢?
匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员正在制造针对患者的 3D 打印智能超材料植入物，该植入物可兼作传感器来监测脊柱愈合情况。一篇详细介绍他们工作的论文最近发表在《先进功能材料》杂志上。
“智能植入物可以提供实时生物反馈并提供许多治疗和诊断益处，”土木与环境工程助理教授 Amir Alavi 说，他的 iSMaRT 实验室领导了这项研究。“但将庞大的电路或电源集成到小面积的植入物中是非常具有挑战性的。解决方案是使用植入物矩阵作为有源传感和能量收集介质。这就是我们一直关注的问题。”
智能结构监测和响应测试 (iSMaRT) 实验室开发了一类新的多功能机械超材料，它们充当自己的传感器，记录和传递有关其结构上的压力和应力的重要信息。所谓的“超摩擦材料”又名具有自我意识的超材料，会产生自己的能量，可用于广泛的传感和监测应用。
该材料的设计使得在压力下，其导电和介电微层之间会发生接触起电，从而产生电荷，从而传递有关材料基质状况的信息。此外，它自然继承了标准超材料出色的机械可调性。使用其内置的摩擦电纳米发电机机制产生的电力消除了对单独电源的需要，一个微型芯片记录了笼子上的压力数据，这是愈合的重要指标。然后可以使用便携式超声扫描仪无创地读取数据。
所提议的笼子不仅具有独特的传感能力，而且它还由高度可调的材料制成，可以根据患者的需求进行定制。
“脊柱融合器广泛用于脊柱融合手术，但它们通常由具有某些机械性能的钛或 PEEK 聚合物材料(一种半结晶、高性能工程热塑性塑料)制成，”Alavi 解释说。“我们的超材料椎间笼的刚度可以很容易地调整。植入物可以在手术前根据患者的特定解剖结构进行 3D 打印，使其更加自然。”
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