呼吸作为人类必须的行为,不仅维持生命正常进行,而且可以作为评估人体健康的重要特征。严重的呼吸问题会诱发一系列疾病,例如阻塞性睡眠呼吸暂停综合征 (OSAS)、阿尔茨海默病、和心血管疾病。因此,有效监测呼吸行为对于人体健康监测和预测人类疾病至关重要。目前临床呼吸监测设备仅在医院的重症监护室可用。因此,研制具有高精度、佩戴舒适性、便携性和环境耐受性的呼吸监测系统是必要的。
最近,华南农业大学刘珍珍教授团队报告了一种具有优异综合性能的多模式纤维素水凝胶传感器,用于监测呼吸和诊断阻塞性睡眠呼吸暂停综合征,由于水凝胶网络内化学交联和多氢键之间的协同作用,这种合成的双交联纤维素水凝胶(CH-GT)在室温和极端温度条件下都表现出优异的机械性能和稳定性。所设计的水凝胶传感器具有两种传感模式,可以分别通过电容和电阻的输出信号独立监测机械变化和热变化。这个单一的CH-GT水凝胶传感器可以检测鼻息气流的温度变化以及胸部/腹部和脉搏的机械力变化。同时,制备的水凝胶传感器具有20 ms的快速响应时间、10 mg微小水滴的高灵敏度以及广的温度耐受性(-40至60℃)。该水凝胶传感器通过模拟睡眠期间的呼吸暂停状态成功应用于诊断阻塞性睡眠呼吸暂停综合征。这项工作为可穿戴电子传感器在呼吸监测和预测睡眠障碍等疾病方面提供了新方法。相关成果以“Multimodal Hydrogel-Based Respiratory Monitoring System for Diagnosing Obstructive Sleep Apnea Syndrome”为题发表在Advanced Functional Materials上。
图1 用于监测呼吸的多模式传感能力的纤维素水凝胶传感器的示意图
图2 多模式 CH-GT 水凝胶传感器的结构设计和传感机制
图3 水凝胶传感器的机械传感性能
图4 水凝胶传感器的热传感性能
图5 通过输出不同类型的电信号同时监测身体的四个不同部位来诊断OSAS
刘珍珍教授是华南农业大学生物质材料&家居工程-王清文教授团队的核心骨干成员,该工作受到了王清文教授的悉心指导和大力支持,同时该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市教育局“林业工程”重点学科等项目的资助。
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
原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202204686
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