有机压电材料作为一种柔韧、低频响应的机电耦合材料,在生物传感、细胞/组织调控、人机界面、电子皮肤等新兴柔性电子领域展现出广阔的应用前景。聚偏二氟乙烯（PVDF）多年来一直是众所周知且广泛使用的有机压电材料,其微弱的压电效应和低铁电稳定性,很大程度上限制了其作为机电耦合器用于传感、驱动和能量收集的应用。基于以上问题,本论文以静电纺丝技术为基础,通过开发鞘气辅助,小分子电索引自组装和原位聚合等技术制备了一系列高性能的PVDF基柔性压电纳米纤维新材料,且成功应用于生物系统的微力传感、细胞/组织生长调控领域,并深度拓展了PVDF基压电纳米纤维在新兴柔性电子领域内的应用方向。具体研究内容和结论如下:（1）用于生物机械能收集的鞘气辅助制备的高性能压电纳米纤维由于有机压电材料的不均匀分子结构和固有的柔韧性,压电性能的提升极具挑战性。本工作设计了一种新型鞘气辅助静电纺丝方法来改善PVDF的压电性能,利用鞘气的原位拉伸效应诱导了PVDF分子链的快速重排和结晶。PVDF/gas纳米纤维中β相含量高达83%,较PVDF纳米纤维增加了约60%。基于PVDF/gas纳米纤维构建的机电耦合器件具有优异的灵敏度,可以将低频率的股动脉和颈动脉的脉动转化为相当大的输出电压(0.4–0.6 V cm-2)。高性能压电纳米纤维的开发为未来新型生物电子器件奠定了坚实基础。（2）用于心血管壁的实时微压监测的高性能压电纳米纤维植入式生物传感器在压力相关疾病的评估和诊断方面显示出巨大的潜力。本工作提出了一种结构设计策略来制造富含空间单轴取向β相的核/壳PVDF/HHE（盐酸羟胺）纳米纤维。PVDF/HHE纳米纤维具有显著提高的压电性能、抗疲劳性、稳定性和生物相容性。紧接着,开发了基于PVDF/HHE纳米纤维的传感器,并用于监测体内细微的压力变化。PVDF/HHE纳米纤维传感器植入猪体内后表现出超高的检测灵敏度和准确度,可以捕捉心血管壁外微压变化,输出压电信号可以实时并同步反映和区分心血管弹性变化、房室传导阻滞发生以及血栓形成。这些生物学信息可以为血栓形成和动脉粥样硬化的早期评估和诊断提供诊断依据,特别是为术后深部血栓复发提供诊断依据。（3）用于生物医学传感器的高性能核/壳压电纳米纤维软压电纳米材料的制造对于可穿戴和可植入生物医学器件的开发至关重要。本工作报告了一种用于制造具有非常高的β相含量和自取向极化的核/壳PVDF/DA（多巴胺）纳米纤维的一步策略。自组装核/壳结构被认为对于β相PVDF的形成和排列必不可少,其中DA上的-NH2基团和PVDF上的-CF2基团之间的强分子间相互作用负责排列PVDF链并促进β相成核。制备的PVDF/DA纳米纤维表现出显著增强的压电性能以及出色的稳定性和生物相容性。基于PVDF/DA纳米纤维的全纤维软传感器在人体皮肤和小鼠体内进行了测试。该器件在检测来自隔膜运动和血液脉动的微弱生理机械刺激方面表现出很高的灵敏度和准确性,这种传感能力为心血管疾病和呼吸系统疾病的早期评估和预防提供了巨大的诊断潜力。（4）通过湿度波动发电的湿度致动器驱动的压电发电机将汗水中蕴含的化学能转化为电能对于低功耗可穿戴电子产品具有重要价值。本工作报告了一种机电耦合和湿度驱动的二合一湿度致动器驱动的压电发电机（HAPG）,它可以从环境湿度的波动中产生连续的电力。HAPG由聚乙烯醇（PVA）包裹的高度排列的DA/PVDF壳/核纳米纤维（PVA@DA/PVDF）组成。PVA@DA/PVDF纳米纤维可以与环境湿度交换水,进行膨胀和收缩,并将其转化为电能。在人类手掌皮肤上制造并测试了全纤维便携式HAPG。该设备将精神出汗导致的持续水分波动转化为电能,并表现出很高的灵敏度和准确性。这种电能可以储存在电容器中,有望为微电子和纳米电子设备供电,或者用于电疗等电刺激以促进伤口愈合。除此之外,获得的电压曲线表现出典型的汗液阻尼振荡曲线特征。（5）机电纳米发电机对细胞活性的调节及其特定功能的维持本工作开发了由高度离散的压电纤维组成的机电耦合生物纳米发电机（bio-NGs）。它可以通过细胞内在力产生高达毫伏的表面压电电位,从而为活细胞提供原位电刺激。此外,bio-NGs中独特的三维空间为细胞提供了类似于细胞外基质（ECM）的生长微环境。因此,当细胞在bio-NGs中培养时,三维空间中的NG-细胞相互作用触发了RGC5质膜中离子通道的开放,诱导细胞内钙瞬变并刺激原代肝细胞的运动形成广泛的细胞聚集体。此外,还证实了三维生长空间和NG相互作用可以促进细胞活力和发育,更重要的是维持其特定的功能表达。这种先进的体外bio-NGs有望填补不准确的二维系统与昂贵且耗时的动物模型之间的空白,模仿ECM的复杂性和体内生物系统的生理相关性。更广泛地说,三维空间中的原位细胞尺度刺激可以广泛地外推到其他可兴奋的功能细胞,如腺体或肌肉细胞,为基于细胞靶向局部电脉冲的未来生物电子药物提供了有前景的策略。