呼吸是維持人類生命的重要生理行為，通過監測呼吸行為可以有效預測、篩查和診斷阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、心血管疾病、哮喘或癲癇等各種疾病，對疾病診斷和健康管理至關重要。現有商用多導睡眠監測儀（PSG）因操作繁瑣、成本高昂且佩戴舒適性差，僅限醫院患者使用，難以滿足不同人群靈活廣泛的呼吸監測需求，開發便攜式可穿戴的呼吸監測設備迫在眉睫。柔性電子傳感器通過將壓力、溫濕度等刺激轉化為電信號，為可穿戴呼吸監測提供了新思路。但是，當前研究多集中于單一刺激響應（如胸腹運動或鼻孔氣流溫度）或單一電信號輸出，監測結果極易受環境干擾；同時因目前導電柔性載體性能不足，導致其傳感器無法對鼻息氣流中的壓力和溫度刺激進行獨立響應。因此，如何開發能夠獨立且同步感知鼻息氣流中壓力/溫度的多模態信號、兼具高靈敏度與舒適性的高性能呼吸傳感器，仍然是當前領域亟待解決的關鍵問題。

為此，在前期開發的纖維素水凝膠多模式呼吸傳感器（Advanced Functional Materials, 2022, 32, (40): 2204686）的基礎上，廣州醫科大學劉珍珍教授和華南農業大學劉濤副研究員，合作開發了一種基于共晶凝膠的多模態超靈敏呼吸傳感器（圖1），用于監測呼吸和診斷阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征。通過網絡結構調控和引入共晶溶劑，制備的ATH 共晶凝膠表現出低模量、自愈合、高離子導電性、優異的環境穩定性和細胞相容性等突出優點（圖2）。共晶凝膠與基質之間的多重強相互作用，使其對生物組織和其他基質具有優異的自粘合力，可以很好的貼合皮膚表面。

圖1 基于ATH 共晶凝膠構建的高靈敏多模呼吸傳感器的結構與性能示意圖。

圖2 ATH共晶凝膠的粘合性能、環境穩定性、細胞相容性和皮膚敏感性等測試結果

在優化共晶凝膠結構與性能的基礎上，進一步通過合理的電路設計構建了一種同時檢測溫度和壓力的多模態柔性傳感器。與其他已報道的凝膠型壓力傳感器相比，這種傳感器的壓力靈敏度要高得多，可以有效監測呼吸氣流、呼吸運動的胸腔和腹腔變化，并且能獨立地同時檢測鼻孔氣流的壓力和溫度變化（圖3和 圖4）。得益于制備的共晶凝膠呼吸傳感器對壓力和溫度的超高靈敏性和去耦效果，在連續呼吸監測中顯示出巨大優勢，例如通過同時監測呼吸時鼻息氣流和胸腹腔等五個通道，有效避免了僅檢測單一刺激時的環境干擾和運動偽影，從而顯著提高了檢測結果的準確性和可靠性，在診斷呼吸相關疾病領域具有極大的應用潛力。

圖3 基于ATH共晶凝膠構建的超靈敏呼吸傳感器對不同類型呼吸模式的監測信號

圖4 基于ATH共晶凝膠構建的超靈敏呼吸傳感器同時監測呼吸過程中的壓力和溫度信號

圖5 通過ATH共晶凝膠傳感器，實現五個通道同步監測模擬呼吸暫停綜合征的呼吸行為

相關研究成果以“A crosslinked eutectogel for ultrasensitive pressure and temperature monitoring from nostril airflow”為題發表于Nature Communications期刊上。論文第一作者為華南農業大學劉濤副研究員，已畢業碩士研究生吳啟楠為共同第一作者，通訊作者為廣州醫科大學劉珍珍教授。同時，該工作得到了華南農業大學王清文教授、易欣副教授和澳門大學周冰樸教授的大力支持和幫助，得到了廣東省杰出青年項目和面上項目、國家重點研發計劃的資助。

審核編輯 黃宇