Figure 1. 基于压电、声电、光电、磁电和热电的外源性电子产生技术概述。这些产生的外源性电子可通过在肿瘤治疗中抑制热休克蛋白（HSPs）的功能以及影响细菌呼吸链的电子传递实现抗肿瘤和抗菌治疗。此外，外源性电子
还能通过调节钙离子内流，进而促进多种组织的愈合与再生。
内源性生物电在生物发育、再生等过程中发挥着至关重要的作用。模拟内源性生物电的外源性刺激，在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。其中，外源电子产生技术相较于直接外部电刺激，具有显著优势，在调节细胞和细菌行为、促进组织修复与再生、发挥抗菌功效以及助力肿瘤组织根除等方
面展现出良好的应用前景 。然而，目前该技术从基础研究到临床应用的转化过程中，仍面临着诸多挑战。这篇文章对基于压电、声电、光电、磁电和热电原理的外源电子产生技术进行了详细介绍。
Figure 2. 压电材料在抗菌治疗、骨修复、伤口愈合等
方面的应用效果及机制，如压电复合材料抑制细菌生长、促进成骨细胞分化等。
压电信号由材料受机械应力时产生，在抗菌治疗、骨修复、伤口愈合、神经再生等多个生物医学领域应用广泛。压电材料按性质可分为无机、有机和复合三类。无机材料虽压电系数高，然而脆性较大；有机材料像PVDF和P(VDF-TrFE)，不仅具备良好的电学性能，生物相容性也十分出色。这类材料能够模拟内源性电信号，以骨修复为例，其可通过激活钙离子通道等机制来促进骨再生；
在抗菌方面，能破坏细菌膜结构，还可抑制细菌代谢和黏附。
Figure 3. 声电材料在抗菌治疗、骨修复等方面的应用
，包括其杀菌机制、对巨噬细胞极化的调节及促进神经再生的作用。
声电信号通过超声波驱动压电材料生成，在抗菌和组织再生领域极具潜力。声电效应产生于声波与固体材料中电荷载体的相互作用，常借助压电效应间接达成。利用超声波驱动压电材料所产生的声电信号，拥有深组织穿透性、时空选择性好等优势。在医疗场景里，声电信号可用于抗菌治疗，通过产生ROS、破坏细
菌膜等途径杀灭细菌；在组织再生方面，能够促进骨、神经等组织的修复，比如调节巨噬细胞极化，进而推动骨修复进程，同时还能刺激神经细胞再生。
Figure 4. 光电材料受光激发产生电子-空穴对的机制，以及其
在抗菌、骨修复等方面的应用及机制，如干扰细菌呼吸、促进成骨分化。
Figure 5. 神经细胞在不
同光电材料及光照条件下的反应及不同波长的光的组织穿透性。
光电信号依靠光对半导体材料的刺激得以产生，在抗菌治疗与组织修复领域已有应用。光电材料主要是半导体材料，受光刺激后会产生电子-空穴对，通过构建异质结等策略能够提高其光电转换效率。在医学应用中，光刺激产生的光电信号，在抗菌治疗里可以干扰细菌呼吸，并通过产生ROS来杀菌；在
组织修复方面，则能调节细胞的增殖、迁移和分化过程，对伤口愈合、骨修复和神经再生起到促进作用。不过，部分光电材料的光热效应可能会对正常组织造成潜在危害，其组织穿透能力取决于激发光的波长。
Figure 6. 磁电材料在抗菌、骨修复和神经再
生方面的应用，如产生电场抑制细菌、促进成骨和神经再生的机制。
磁电信号由磁电材料在磁场作用下产生，在抗菌、骨修复和神经再生等方面成效显著。磁电材料通常由磁致伸缩层与压电层构成，在磁场影响下会产生电信号。在抗菌治
疗中，磁电材料可通过调节表面电位、产生ROS等方式来抑制细菌生长；在骨修复和神经再生方面，表现尤为突出，能够刺激细胞增殖、分化，调节免疫微环境，从而促进骨再生，同时还能激活电压门控钙离子通道，促进神经再生，并且具有组织穿透性好、可控性强等优点。
Figure 7. 基于热电和光热协
同效应的肿瘤治疗机制及对正常组织的影响对比。
Fig
ure 8. 热电材料在肿瘤治疗中的作用机制，如调节热休克蛋白表达等。
热电信号由温度变化引发，在肿瘤治疗、抗
菌以及伤口愈合等方面逐渐发挥重要作用。热电材料基于热电效应将热能转化为电能，其中Seebeck效应最为关键。在肿瘤治疗中，可利用温度梯度产生的热电信号靶向热休克蛋白，从而抑制肿瘤生长；在抗菌和伤口愈合方面同样有应用，例如通过产生ROS杀菌，以及激活相关离子通道来促进伤口愈合。不
过，临床应用受到限制，需要材料在约37°C的低温环境下具备高转换效率。而自激发热电材料由于不需要额外能量输入，在临床应用上展现出巨大潜力。
尽管如此
，这类技术依然面临着作用机制、生物安全性评估、材料设计等多方面的挑战。例如，外源电子对不同细菌的抗菌效果存在差异，其长期影响也尚不明确；材料的生物安全性需要进行严格评估；材料设计应紧密贴合临床实际应用场景。为推动该技术在临床上的广泛应用，未来需要深入研究其作用机制，开发安全且可控的材料以及能量输入策略。综上所述，外源电子产生技术前景十分广阔，但要真正实现临床应用，还需要在明确作用机制、优化能量输入方式、强化生物安全性评估以及开展跨学科合作等方面持续努力。四川大学华西口腔医学院唐渝菲博士和冯淑琦硕士为文章的共同第一作者，四川大学华西口腔医学院向琳教授及四川大学化学工程学院周雪梅特聘研究员为该文章的共同通讯作者。
