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，有效監測呼吸行為對于人體健康監測和預測人類疾病至關重要。目前臨床呼吸監測設備僅在醫院的重癥監護室可用。因此，研制具有高精度、佩戴舒適性、便攜性和環境耐受性的呼吸監測系統是必要的。
最近，華南農業大學劉珍珍教授團隊報告了一種具有優異綜合性能的多模式纖維素水凝膠傳感器，用于監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和多氫鍵之間的協同作用，這種合成的雙交聯纖維素水凝膠(CH-GT)在室溫和極端溫度條件下都表現出優異的機械性能和穩定性。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”為題發表在Advanced Functional Materials上。
圖1 用于監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測身體的四個不同部位來診斷OSAS
劉珍珍教授是華南農業大學生物質材料&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
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