浙江
呼吸是维持人类生命的重要生理行为，通过监测呼吸行为可以有效预测、筛查和诊断阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、心血管疾病、哮喘或癫痫等各种疾病，对疾病诊断和健康管理至关重要。现有商用多导睡眠监测仪（PSG）因操作繁琐、成本高昂且佩戴舒适性差，仅限医院患者使用，难以满足不同人群灵活广泛的呼吸监测需求，开发便携式可穿戴的呼吸监测设备迫在眉睫。柔性电子传感器通过将压力、温湿度等刺激转化为电信号，为可穿戴呼吸监测提供了新思路。但是，当前研究多集中于单一刺激响应（如胸腹运动或鼻孔气流温度）或单一电信号输出，监测结果极易受环境干扰；同时因目前导电柔性载体性能不足，导致其传感器无法对鼻息气流中的压力和温度刺激进行独立响应。因此，如何开发能够独立且同步感知鼻息气流中压力/温度的多模态信号、兼具高灵敏度与舒适性的高性能呼吸传感器，仍然是当前领域亟待解决的关键问题。
为此，在前期开发的纤维素水凝胶多模式呼吸传感器（Advanced Functional Materials, 2022, 32, (40): 2204686）的基础上，广州医科大学刘珍珍教授和华南农业大学刘涛副研究员，合作开发了一种基于共晶凝胶的多模态超灵敏呼吸传感器（图1），用于监测呼吸和诊断阻塞性睡眠呼吸暂停综合征。通过网络结构调控和引入共晶溶剂，制备的ATH 共晶凝胶表现出低模量、自愈合、高离子导电性、优异的环境稳定性和细胞相容性等突出优点（图2）。共晶凝胶与基质之间的多重强相互作用，使其对生物组织和其他基质具有优异的自粘合力，可以很好的贴合皮肤表面。
图1 基于ATH 共晶凝胶构建的高灵敏多模呼吸传感器的结构与性能示意图。
图2 ATH共晶凝胶的粘合性能、环境稳定性、细胞相容性和皮肤敏感性等测试结果
在优化共晶凝胶结构与性能的基础上，进一步通过合理的电路设计构建了一种同时检测温度和压力的多模态柔性传感器。与其他已报道的凝胶型压力传感器相比，这种传感器的压力灵敏度要高得多，可以有效监测呼吸气流、呼吸运动的胸腔和腹腔变化，并且能独立地同时检测鼻孔气流的压力和温度变化（图3和 图4）。得益于制备的共晶凝胶呼吸传感器对压力和温度的超高灵敏性和去耦效果，在连续呼吸监测中显示出巨大优势，例如通过同时监测呼吸时鼻息气流和胸腹腔等五个通道，有效避免了仅检测单一刺激时的环境干扰和运动伪影，从而显著提高了检测结果的准确性和可靠性，在诊断呼吸相关疾病领域具有极大的应用潜力。
图3 基于ATH共晶凝胶构建的超灵敏呼吸传感器对不同类型呼吸模式的监测信号
图4 基于ATH共晶凝胶构建的超灵敏呼吸传感器同时监测呼吸过程中的压力和温度信号
图5 通过ATH共晶凝胶传感器，实现五个通道同步监测模拟呼吸暂停综合征的呼吸行为
相关研究成果以“A crosslinked eutectogel for ultrasensitive pressure and temperature monitoring from nostril airflow”为题发表于Nature Communications期刊上。论文第一作者为华南农业大学刘涛副研究员，已毕业硕士研究生吴启楠为共同第一作者，通讯作者为广州医科大学刘珍珍教授。同时，该工作得到了华南农业大学王清文教授、易欣副教授和澳门大学周冰朴教授的大力支持和帮助，得到了广东省杰出青年项目和面上项目、国家重点研发计划的资助。
注：刘珍珍教授课题组常年招聘博士后，待遇优厚，欢迎联系 liuzz@gzhmu.edu.cn。
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58631-7
来源：高分子科学前沿
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