导读

肌腱是具有规则三维结构的结缔组织，其中含有胶原纤维，定向排列的胶原原纤维赋予肌腱压电效应。肌腱损伤或断裂后，其所处的天然电微环境遭到破坏，电信号通路受阻。电刺激（ES）能够引导细胞定向、促进组织分化并增强肌腱修复。因此，能够产生电刺激的生物活性材料是通过恢复天然电微环境来修复肌腱的理想选择。这篇综述聚焦于压电材料、导电材料和摩擦电材料在肌腱修复中的应用。它们以不同方式产生电刺激。压电材料在力的作用下通过晶体内部的变形产生电荷，进而使排列的偶极矩发生形变，产生净电场。导电材料在电场作用下可产生大量自由移动的带电粒子，从而能够传导电流。当两种不同的摩擦电材料相互接触时，每个表面会形成相反电荷，导致接触起电。这些材料彼此紧密相关，因此开发出的支架可能是单一或多种电刺激支架。例如，导电材料聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）与压电材料聚 - L - 乳酸（PLLA）的混合应用，以及压电材料聚偏二氟乙烯（PVDF）与摩擦电材料尼龙的联合应用。更有趣的是，PVDF 既是压电材料，又能在摩擦下产生电荷。因此，开发可产生电刺激的高性能交叉材料可能是未来肌腱修复领域更好的研究方向。

图文摘要

01. 介绍

图1.各种支架是通过不同的技术、干预手段和材料制作而成的，并且它们被单独或组合应用于肌腱修复。

02. 肌腱的压电性

图2. 由规则且定向排列的胶原原纤维组成的肌腱在力的作用下会发生形变，这就导致了压电效应的产生。

03. 压电刺激

图3.双面纳米纤维支架制备的示意图（a）；由运动驱动的电刺激（ES）和形貌引导所激发的腱 - 骨界面可能的同步愈合机制（b）；代表性的显微 CT 图像（黄色箭头指向大结节的插入位点）（c）；术后 4 周时重建组织的代表性图像（红色三角形：骨；橙色三角形：软骨；绿色三角形：肌腱）、苏木精 - 伊红（H&E）染色（d）、天狼星红（PR）染色（黄色：I 型胶原；绿色：III 型胶原）（e）以及番红 O / 固绿（SO/FG）染色（f）。基于天狼星红染色的胶原双折射分析（g）；基于番红 O / 固绿染色的总异染区的比较分析（h）。

图4.贴片的应用及分解图（a）；该系统的操作流程以及使用该贴片记录手臂弯曲情况的演示（b）；贴片固定的光学图像、使用生物电子系统进行步态分析的情况，以及手机上的应用程序显示界面（c）。

04. 直接电刺激

图5.MEAP 的组成及制备示意图（a）；MEAP 应用于腓肠肌和跟腱的示意图，以及肌电图信号测试的归一化平均频率（b）。

05. 摩擦电刺激

图6.蛛丝复合材料的韧性和导电性（a）；装配有 S 型蛛丝复合材料作为电肌腱的仿人机械手的性能（b）；仿人机械手抓取物体时的反馈过程（c）。

图7.可穿戴摩擦纳米发电机（TENG）和摩擦电刺激（TES）贴片介导治疗肌腱病的示意图（a）；使用自供电的摩擦电刺激贴片，在胶原酶 1 诱导的肌腱病体内模型中进行治疗的情况（b）。

本文亮点

肌腱由于胶原原纤维的定向排列而呈现出压电效应。

压电、导电和摩擦电生物材料能够产生电信号以修复肌腱。

肌腱修复将需要具有长期自供电、灵活且可穿戴，集治疗与监测功能于一体的设备。