近日，我校生物質(zhì)工程研究院、材料與能源學(xué)院生物基材料與能源教育部重點實驗室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室王清文教授帶領(lǐng)的生物質(zhì)材料·家居工程團隊在纖維素基功能水凝膠研究領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)研究結(jié)果以“Multimodal Hydrogel-based Respiratory Monitoring System for Diagnosing Obstructive Sleep Apnea Syndrome”（論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204686）為題發(fā)表在材料領(lǐng)域國際頂級期刊Advanced Functional Materials（Top一區(qū)，影響因子19.924）上。

　　該研究論文的第一作者為我校2021級博士研究生劉菁，通訊作者為劉珍珍教授，劉濤副教授為共同通訊作者。該工作受到了王清文教授的悉心指導(dǎo)和大力支持，并且得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市教育局“林業(yè)工程”重點學(xué)科等項目的資助。

　　呼吸作為人類必須的行為，不僅用于維持生命，而且可以作為評估人體健康的重要指標(biāo)。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 (OSAHS)、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(yù)測人類疾病至關(guān)重要。目前，臨床呼吸監(jiān)測設(shè)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。

　　針對以上需求，該工作通過解析纖維素分子結(jié)構(gòu)與水凝膠中自由水的捕獲機制，利用樹木提取物-單寧酸分子結(jié)構(gòu)中富含的酚羥基，與纖維素交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的極性基團形成多重物理氫鍵作用，構(gòu)建了一種高強韌、耐高低溫、保濕的纖維素基導(dǎo)電水凝膠，并通過進一步優(yōu)化傳感器傳感通道，使該水凝膠傳感器不僅具備力/溫度雙重響應(yīng)，而且實現(xiàn)了電容/電阻信號的雙模傳感。該水凝膠傳感器具有響應(yīng)時間短（20 ms），能夠?qū)ξ⑿∷巍⒚}搏和呼吸時的溫度差產(chǎn)生高靈敏響應(yīng)，并且在-40℃或60℃極端的溫度環(huán)境中仍然具備高傳感靈敏度和使用性。更重要的是，該纖維素水凝膠傳感器解決了機械刺激和熱刺激難以區(qū)分的難題，利用所制備的單一水凝膠傳感器即可同時實現(xiàn)睡眠過程中的鼻息氣流、胸腹、脈搏的實時監(jiān)測，可用于阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征的檢測。與已報道的呼吸監(jiān)測傳感器相比，該方法可以排除因監(jiān)測單個身體部位或輸出單一電信號產(chǎn)生的干擾問題，監(jiān)測結(jié)果具有更高的準確度和可信度。該工作為可穿戴式柔性傳感器在呼吸監(jiān)測和睡眠障礙疾病預(yù)防中的實際應(yīng)用提供了新思路，并為纖維素的高值化利用開拓了新途徑。

　　劉珍珍教授作為王清文教授團隊的青年研究骨干成員，自入職華南農(nóng)業(yè)大學(xué)以來，積極開展林業(yè)生物質(zhì)相關(guān)生物基水凝膠及樹脂的高效構(gòu)建及其功能化應(yīng)用研究，研究成果已發(fā)表多篇高水平SCI期刊論文，構(gòu)建了一系列單寧酸增強的天然大分子水凝膠用于柔性傳感（Chemical Engineering Journal 2021, 426: 130722； Materials Chemistry Frontiers 2020, 4, (11): 3319）、木質(zhì)素基導(dǎo)電水凝膠用于柔性超級電容器（Journal of Materials Chemistry A 2020, 8, (13): 6219（封面論文）, Journal of Power Sources 2020, 449: 227532.）、木質(zhì)素基可回收/阻燃熱固性樹脂用于碳纖維增強復(fù)合材料及木材涂層（Chemical Engineering Journal 2019, 368: 359, Composites Part B: Engineering 2022, 242: 110109, Composites Part B: Engineering 2021, 224: 109188, Composites Part B: Engineering 2020, 200: 108295, ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2022, 10, (20): 6675）等。其研究工作為綠色、可持續(xù)、高性能生物基功能材料的設(shè)計與應(yīng)用奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

文圖/生物質(zhì)工程研究院 劉珍珍