DOI: 10.1021/acsnano.9b02483

植入式压力生物传感器显示出巨大的潜力来评估和诊断与压力有关的疾病。在这里，作者提出一种结构设计策略来制造核/壳聚偏二氟乙烯（PVDF）/盐酸羟胺（HHE）有机压电，且在单轴空间中具有可控且自取向的纳米晶体的纳米纤维（OPNs），富含β相的纤维的取向（SUO），可显着增强压电性能，抗疲劳性，稳定性和生物相容性。然后，PVDF / HHE OPNs软传感器被开发并用于监测体内的细微压力变化。植入后对猪来说，PVDF / HHE OPNs传感器表现出了超高的检测灵敏度，并且捕获心血管壁外部微压变化并输出的准确性压电信号可以实时，同步地反映和区分心血管弹性和房室传导阻滞的发生以及血栓。此类生物学信息可为早期评估提供诊断依据和血栓形成和动脉粥样硬化的诊断，尤其是对于人体深处的血栓。

图1.具有空间自取向β相纳米晶体的核/壳PVDF / HHE OPNs的分子结构和表征。（a）在HHE的-NH₂基团和PVDF链的-CF₂基团之间存在取向良好的偶极子的情况下，OPNs的分子模型和结构，插图：PVDF / HHE OPNs的TEM图像。（b）OPNs的HRTEM，SAED和反FFT图像始终显示SUO中PVDF链的定向β相纳米晶体。

图2. OPNs中掺杂的HHE分子与PVDF链之间的分子相互作用机理。（a）XPS和（b）OPNs的拉曼光谱。这些光谱的差异证实了PVDF / HHE OPNs中存在NH₂-CF₂偶极子。（c）PVDF / HHE OPNs的分子建模和MD模拟，由处于平衡状态的核（PVDF）-壳（HHE）结构证明。（d）PVDF核与HHE壳之间通过氢键和静电偶极子发生界面相互作用。（e）HHE中的-NH₂基团与PVDF中的-CF₂基团之间以及HHE中的-OH基团与PVDF中的-CF₂基团之间的配对相关函数。

图3. PVDF / HHE OPNs软传感器的压电特性。（a）PVDF / HHE OPNs和纯PVDF OPNs传感器的输出电压为1 kPa和1.5 Hz。（b）PVDF / HHE OPNs传感器具有出色的抗疲劳性，在5天的新闻发布运动（超过288000个循环）后，仍保持几乎不变的输出电压。（c）在浸入PBS溶液中30天之前和之后，PVDF / HHE OPNs传感器的高压电性能和稳定性不受干湿条件的影响。（d）将PBS溶液中浸泡过的PVDF / HHE OPNs的输出电压再放置30天。只需将PVDF / HHE OPNs矩阵拉伸约20％，即可轻松将压电电压的损失恢复到原始状态。（e）PVDF / HHE OPNs传感器的CV和（f）EIS和Bode（插图）轮廓。PVDF / HHE OPNs传感器可检测到的压电信号，响应于由（g）水滴，（h）音乐声和（i）人的呼吸引起的不同的超弱机械变形。

图4.实时监测体内心血管壁外部的微压变化。（a）记录用于记录微压变化的传感器的示意图。 （b）植入到心脏和股动脉的心血管壁上的软传感器的手术图像。（c）用于感测由心血管壁的早期病变引起的微压变化的传感器的工作原理的示意图，该微压变化通常导致心血管壁的机械特性或/和生理结构的变化。（d）在不同生理状态下猪的心血管弹性变化，房室性心脏传导阻滞的发生以及心脏中血栓的形成所引起的植入式传感器的压电信号输出。

图5.在不同的生理状态下，与心脏的冲动行为和周围动脉搏动指数相关的输出压电信号的波形特征分析。（a）由心脏壁驱动的输出压电信号显示典型的心律（即心动描记图，BCG）。（b）从（a）获得的QRS宽度和QR间隔的BCG值。（c）由股动脉驱动的输出压电信号显示股动脉P1，P2和P3的三个典型BCG脉冲波形。（d）从（c）获得的IJK宽度和IJ间隔的BCG值； （e）比较来自不同生理状态的手部边缘（Tr）的反射波的往返时间。（f）比较不同生理状态下的股动脉扩张指数（AIf）和股动脉舒张指数（DAI）。