呼吸作為人類必須的行為，不僅維持生命正常進行，而且可以作為評估人體健康的重要特征。嚴重的呼吸問題會誘發(fā)一系列疾病，例如阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征 (OSAS)、阿爾茨海默病、和心血管疾病。因此，有效監(jiān)測呼吸行為對于人體健康監(jiān)測和預測人類疾病至關重要。目前臨床呼吸監(jiān)測設備僅在醫(yī)院的重癥監(jiān)護室可用。因此，研制具有高精度、佩戴舒適性、便攜性和環(huán)境耐受性的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)是必要的。
最近，華南農業(yè)大學劉珍珍教授團隊報告了一種具有優(yōu)異綜合性能的多模式纖維素水凝膠傳感器，用于監(jiān)測呼吸和診斷阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征，由于水凝膠網絡內化學交聯(lián)和多氫鍵之間的協(xié)同作用，這種合成的雙交聯(lián)纖維素水凝膠(CH-GT)在室溫和極端溫度條件下都表現出優(yōu)異的機械性能和穩(wěn)定性。所設計的水凝膠傳感器具有兩種傳感模式，可以分別通過電容和電阻的輸出信號獨立監(jiān)測機械變化和熱變化。這個單一的CH-GT水凝膠傳感器可以檢測鼻息氣流的溫度變化以及胸部/腹部和脈搏的機械力變化。同時，制備的水凝膠傳感器具有20 ms的快速響應時間、10 mg微小水滴的高靈敏度以及廣的溫度耐受性(-40至60℃)。該水凝膠傳感器通過模擬睡眠期間的呼吸暫停狀態(tài)成功應用于診斷阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征。這項工作為可穿戴電子傳感器在呼吸監(jiān)測和預測睡眠障礙等疾病方面提供了新方法。相關成果以“Multimodal Hydrogel-Based Respiratory Monitoring System for Diagnosing Obstructive Sleep Apnea Syndrome”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
圖1 用于監(jiān)測呼吸的多模式傳感能力的纖維素水凝膠傳感器的示意圖
圖2 多模式 CH-GT 水凝膠傳感器的結構設計和傳感機制
圖3 水凝膠傳感器的機械傳感性能
圖4 水凝膠傳感器的熱傳感性能
圖5 通過輸出不同類型的電信號同時監(jiān)測身體的四個不同部位來診斷OSAS
劉珍珍教授是華南農業(yè)大學生物質材料&家居工程-王清文教授團隊的核心骨干成員，該工作受到了王清文教授的悉心指導和大力支持，同時該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣州市教育局“林業(yè)工程”重點學科等項目的資助。
原文信息Jing Liu, Haiyan Wang, Tao Liu*, Qinan Wu, Yonghui Ding, Rongxian Ou, Chuigen Guo, Zhenzhen Liu*, Qingwen Wang, Multimodal Hydrogel-Based Respiratory Monitoring System for Diagnosing Obstructive Sleep Apnea Syndrome, DOI：10.1002/adfm.202204686
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202204686
- 江南大學王平教授課題組 AFM：酶促氧化還原介導構建多模式協(xié)同抗菌紡織品 2024-12-31
- 南科大楊燦輝、葛锜《Nat. Commun.》：具有多模式傳感功能的離子電容傳感器 2023-08-11
- 浙理工楊斌Mater. Horiz.封底：強度高達1.45 GPa的桑蠶絲實現快速、連續(xù)化、多模式人工抽絲及其在致動器領域的應用 2023-08-03
- 波爾多大學Gilles Sèbe、華南師大張振 Carbohydrate Polymers：皮克林乳液界面SI-ATRP制備兩親性纖維素納米晶 2025-05-19
- 東北林大劉守新教授團隊《Adv. Sci.》：纖維素/木質素基陽極的彈性形變恢復老化的混合培養(yǎng)電活性生物膜 2025-05-15
- 華南師大張振 JCIS：以聚多巴胺包覆纖維素納米晶和MXene為光熱納米增強填料的液晶彈性體基光致軟致動器 2025-05-12
- 大連工業(yè)大學王海松教授團隊 AFM：纖維素基水凝膠傳感器新進展 2025-01-20
