Self‐Powered Electrical Stimulation Strategies for Bone Regeneration

材料科学 生物医学工程 摩擦电效应 刺激 计算机科学 再生(生物学) 神经科学 电气工程 骨愈合 压电 纳米技术 电势能 光电子学 能量收集 占空比 电压 导电体 纳米医学 耐久性 热情
作者
Jing Zhang,Jiangchuan Yang,A. Yijia Mila Mohetaer,Xiajie Hu,Fuxiang Song
出处
期刊:Advanced therapeutics [Wiley]
卷期号:9 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adtp.202500551
摘要

ABSTRACT Endogenous bioelectric cues regulate bone growth, repair, and remodeling. Conventional electrical stimulation can accelerate healing but is limited by wired power delivery, bulky hardware, and imprecise dosing. Self‐powered electrical stimulation converts mechanical, optical, thermal, magnetic, or biochemical energy into physiologically relevant electric fields and currents. Distinct from reviews that focus on a single modality or narrow device class, this review synthesizes materials, device architectures, and application considerations across piezoelectric and triboelectric nanogenerators, photoelectric platforms, magnetoelectric composites, thermoelectric systems, bioelectrets, and biofuel cells. It further summarizes how these systems modulate membrane potential and Ca 2+ signaling, activate osteogenic programs, and coordinate angiogenesis and immune regulation. Key barriers include charge or polarization retention in ionic media, durability of devices and packaging under cyclic loading, stable output under small strains and temperature gradients, manufacturability, and rigorous validation in large, load‐bearing models; additional considerations include Magnetic Resonance Imaging compatibility and magnetic‐field safety for magnetoelectric implants. To improve comparability, a minimum reporting set is emphasized to quantify in situ tissue–device interface dose (field, current, waveform, duty cycle) together with input energy and biological readouts. Future directions include materials‐by‐design, hybrid harvesters with integrated storage, closed‐loop sensing and control, and patient‐specific digital planning.
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