研究背景

全球超 1/3 人口受牙列缺损疾病困扰，严重影响正常咀嚼、说话和社交能力。骨结合牙种植体是当前牙列缺损修复的“金标准”。增材制造技术可通过结构优化设计进一步增强牙种植体的力学适配性与骨整合能力，为个性化应用拓展了广阔空间。然而，传统牙种植体材料如钛及钛合金等缺乏抗菌、抗炎功能，导致种植体周围炎发生率高达 20%~47%，极大制约了牙种植体长期功能稳定性。现有策略如表面改性、药物负载等仍存在功能耐久性差、药物易脱附等突出问题，因此，亟需研发具有持久抗菌和抗炎功能的先进牙种植体，以有效管理种植体周围炎。

文章亮点

近日，华中科技大学史玉升教授、闫春泽教授、张贞教授等联合香港城市大学吕坚院士团队提出了一种增材制造可自治的高压电活性牙种植体，在无需外部任何干预下通过人体咬合激活自适应抗菌、抗炎与成骨多重功能，为种植体周围炎的早期防治提供了一种全新解决方案。 增材制造压电牙种植体具有与天然骨小梁相当的抗压强度和模量，同时与机器学习结合能够实现咬合激活电压输出的可靠性、患者特异性预测与调控。该压电牙种植体展现出卓越的功能耐久性，在超过100万次加载-卸载循环中持续保持稳定的生物电输出，并在模拟生理环境中超过30天仍可保持稳定电学性能。体外与体内实验证明，该自治压电牙种植体在咬合力诱导可实现三模态治疗效果：调控活性氧的产生实现电催化杀菌作用；电刺激诱导巨噬细胞的表型从促炎型调节为抗炎型；优于传统医用钛合金的电刺激增强的成骨作用。研究结果不仅深化了对生物压电材料力电耦合机制与口腔微环境调控规律的突破性认知，也推动了生物制造、生物电子、组织工程等关键领域智能仿生植入器件设计的范式革新，展现出显著的临床转化潜力。相关研究成果以“Occlusion-activated autonomous piezoelectric implants for adaptive prevention of peri-implantitis”为题，发表于国际顶级学术期刊Nature Communications。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-71556-z

图文速览

图1.针对种植体周围炎的咬合激活型自主种植体设计策略

图2.压电牙种植体的制造与表征

图5.压电牙种植体在体外受压激活的抗炎功能

图7.压电牙种植体在比格犬口腔内的骨整合效果

研究意义

该研究首次将高压电生物材料与牙种植体结合，提出咬合激活的自供能生物电子植入物设计理念，突破了传统牙种植体“被动防御”的局限，实现了在种植体周围炎的早期、自适应防治的全新范式。研究成果不仅解决了口腔种植领域的核心临床难题，还为生物材料、增材制造、口腔医学的交叉融合提供了新范例，其自主激活的设计思路可拓展至关节修复、心脏起搏、神经再生等其他受动态压力调控的人体组织工程领域，为开发新一代自供能、自适应仿生生物电子器件开辟了新方向，在生物制造、生物电子、组织工程等领域具有广阔的应用前景。

主要作者介绍

吕坚院士（通讯作者），香港城市大学机械工程讲座教授，先进结构材料研究中心主任。香港材料研究会（HK-MRS）理事长，香港力学学会前理事长，广东省大湾区激光与增材制造产业技术创新联盟副理事长，世界新能源汽车大会科技委员会委员。78年跳级考入北京大学， 79年获国家奖学金赴法国贡比涅技术大学读本科, 86年获该校博士学位。研究涉及先进纳米材料制备与力学性能，3D/4D打印，结构与功能材料预应力工程。在Nature（封面文章），Science, Nature Materials, Nature Chemistry， Nature Water，Nature Communications, Science Advances, PNAS, Advanced Materials, Materials Today, PRL等杂志上发表论文650余篇，引用5万5千余次，H Index=106，2025年“科睿唯安“全球高被引科学家, 89项欧、美（53）、中发明专利获授权。北京科技大学，东北大学，西安交大等大学名誉教授, 上海交大，西北工业大学，西南交通大学顾问教授。2011年被法国国家技术科学院（NATF）选为院士，是该院300余位院士中首位华裔院士。2025年获选美国国家发明家科学院（NAI）院士。2006年与2017年分别获法国总统任命获国家荣誉骑士勋章及国家荣誉军团骑士勋章，2013年和2018年分别在中国力学大会与中国材料大会上做大会报告。2018年获中国工程院光华工程科技奖。

史玉升教授（通讯作者），华中科技大学华中学者卓越岗首席教授，亚太材料科学院院士，曾任中央军委国防科技创新特区主题专家组首席科学家。现任空间新材料与在轨制造专家组成员、中国材料学会增材制造材料分会和中国有色学会增材制造分会的主任委员、中国航天科技集团有限公司增材制造工艺技术中心专家委员会主任、数字化材料加工技术与装备国家地方联合工程实验室（湖北）主任，中国机械工程学会增材制造分会副主任委员等职务。获国家科技进步二等奖2项、国家技术发明二等奖1项、中国十大科技进展1项、中国智能制造十大科技进展1项、省部级一等奖13项、发明创业奖特等奖暨当代发明家、全国创新争先奖状、十佳全国优秀科技工作者提名奖、国务院政府特殊津贴、武汉市科技重大贡献奖个人奖、湖北省五一劳动奖章等称号。领导的团队入选湖北省和教育部创新团队。

闫春泽教授（通讯作者），华中科技大学博士生导师，教育部长江学者特聘教授、国家重点研发计划项目首席科学家，爱思唯尔2023-2025中国高被引学者。现任华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室主任、增材制造教育部工程研究中心主任、湖北省增材制造技术国际科技合作基地主任，担任中国材料学会增材制造材料分会副主任委员、中国机械工程学会增材制造（3D打印）技术分会副主任委员、先进复合材料技术湖北省国防科技（军民融合）重点学科实验室学术委员会主任，国际期刊Journal of Materials Processing Technology、International Journal of Extreme Manufacturing副主编。主要从事材料成形理论、成形技术与装备研究，研发的激光粉末床熔融高分子/陶瓷材料与装备已实现产业化，并出口美英德澳等国。以第一或通讯作者在Nature、Nature Communications、Advanced Materials等期刊发表SCI收录论文100余篇，他引18000余次；授权发明专利84项，包括第一发明人获美日欧德俄国际发明专利15项；第一作者出版专著、教材11部，包括Elsevier英文专著2部；牵头/参与制定国家标准7项。相关成果获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、中国十大科技进展（核心成员）、湖北省技术发明一等奖（2项）、中国专利优秀奖（2项）、湖北专利金奖。

张贞教授（通讯作者）：主任医师、副教授、硕士生导师，湖北省 “楚天英才”，英国伯明翰大学高级荣誉研究员，材料成形与模具技术全国重点实验室研究员，中华口腔医学会种植专委会、材料专委会、美学专委会委员，中国老年医学学会口腔医学分会常委，中国医疗器械行业协会增材制造医疗器械专业委员会医学专家，湖北省口腔种植专委会常委。华中科技大学协和医院口腔医学中心种植科主任、华中科技大学口腔医学院修复种植学系副主任。指导国家级大学生创新创业项目 2 项、省级大学生创新创业项目项目 10 余项。获华中科技大学国家交流先进个人、中华口腔医学会病例大赛一等奖。主持国家自然科学基金、湖北省重点研发计划、科技部外专计划、湖北省JD攻关计划子课题、华中科技大学交叉研究计划重点项目、协和医院知识产权培育项目等十余项科研项目。以第一或通讯作者在 Nature Communications、Materials Today Bio、ACS Applied Materials & Interfaces、Dental Materials等 SCI 期刊发表论文 20余篇，授权国家发明专利 7 项，受邀在国际、国内学术大会作报告 20 余次。

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。

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