【科研成果篇】解码健康新科技 丝韵传感器引领未来
离子导电水凝胶（ICHs）因其良好的透明度、柔韧性、可拉伸性、组织粘附性、自愈性和仿生离子传输性，在柔性生物电子领域引起了极大的关注。然而，如何将出色的材料特性和生物特性集成到基于ICHs的智能可穿戴设备中，以实现复杂的生物医学应用仍然是一个挑战。
近期，浙江理工大学韩兵男教授团队合成了一种具有拉伸性、抗冻性、自愈性、抗菌性、抗氧化性和生物相容性的多功能导电C-CST/PMC有机水凝胶。该研究成果于2024年4月18日被Chemical Engineering Journal在线报道。我校生命科学与医药学院（浙理工—杭州浙大迪讯生物基因工程有限公司抗过敏联合研究中心），韩兵男教授为通讯作者，材料科学与工程学院2020级博士研究生司冉冉为第一作者，我校为第一完成单位。
卓越的传感平台，材料生物两手抓
在保证ICHs优异材料性能的前提下，大多数研究人员忽略了其生物相容性、低成本和生态友好性。迫切需要集成促创伤伤口愈合和实时健康监测的ICHs基多功能可穿戴柔性传感器，这将推动进一步的研究和创新。针对上述问题，本研究通过一锅法制备了一种多功能导电有机水凝胶C-CST/PMC，使用EG/H2O二元溶剂体系赋予该有机水凝胶出色的抗冻和保湿性能，使其即使在-18°C下也能保持一定的柔韧性和稳定的导电性，提高了其抗菌性能， 协同促进伤口愈合。此外，研究还通过各种人体运动检测了该有机水凝胶的传感性能，并通过糖尿病大鼠模型探讨了其在体内促进伤口愈合的能力（图1）。总的来说，这项研究为集成材料和生物特性的多功能柔性传感器的设计和制造提供了宝贵的见解， 作为可穿戴电子设备， 该传感器具有实时监测人体伤口的健康状况并同时促进伤口愈合的潜力。
图1. 多功能C-CST/PMC有机水凝胶同步实时监测创伤及促愈合过程的设计与应用
深入传感监测，明晰愈合机制
鉴于其优异的灵敏度、抗疲劳性和稳定的传感性能，C-CST/PMC有机水凝胶作为监测人体运动的可穿戴传感器显示出巨大的前景。有机水凝胶可以对不同程度的形变进行准确识别，并且具有稳定和可重复的传感能力。该传感器不仅可以清晰地捕捉到细微的面部变化，还显示出监测复杂肌肉运动的能力。当志愿者周期性地皱眉、吞咽和伸展/弯曲运动时，电信号通常是可重复的和稳定的，且不同运动的电信号波形和ΔR/R0表现出很大的差异。这说明了该柔性应变传感器的灵敏度和准确性，明其在实时监测人类健康方面的潜力（图2）。
研究通过I型糖尿病SD大鼠全层皮肤创面模型进一步探讨了有机水凝胶的创面愈合能力。伤口感染、ROS累积过多、炎症和血管生成不足是阻碍慢性糖尿病伤口愈合的主要因素。
图2. C-CST/PMC有机水凝胶的体内糖尿病伤口愈合试验
可穿戴柔性传感器的新方向
通过在医用硅胶臂上创建一个长12 mm、深4 mm的伤口区域，展示了这种柔性传感器在人体健康监测中的实际应用潜能。志愿者在佩戴仿生硅胶手臂前后的手臂摆动ΔR/R0没有观察到显著差异，证实了本实验设计的可靠性。在模拟受伤后，志愿者重复同样测摆臂运动ΔR/R0的变化幅值显著增加，但在医用透明胶贴附模拟伤口愈合后，ΔR/R0的变化幅值又大幅下降。这些结果表明，C-CST/PMC 有机水凝胶有望成为一种可穿戴的柔性传感器，用于实时健康监测和促进糖尿病伤口愈合（图3）。
图3. 柔性传感器作为可穿戴电子设备在人体伤口健康监测中的应用
论文获得了浙江理工大学与杭州浙大迪讯生物基因工程有限公司抗过敏功能分子实验室合作协议（21040692-J）、浙江省重点研发计划（2021C02062）、和滩涂贝类苗种新型抗菌材料的开发与应用（23040034-M）等项目的支持。
作者简介
韩兵男，教授，博导，浙江省特聘专家。历任中国海洋湖沼学会海洋生物技术分会常务理事、中国生物化学与分子生物学会生物技术专委会委员、浙江省药学会海洋药物专委会委员、TOXINS等国际期刊编委。研究方向聚焦于天然药物和生物医学材料，作为第一或通讯作者在Materials & Design、International Journal of Biological Macromolecules、Organic letters、European Journal of Medicinal Chemistry、Journal of Organic Chemistry、Analytical Chemistry等重要期刊发表多篇学术论文。本课题组国际上首次发现海洋蓝细菌次生代谢物Aplysiatoxin具有钾离子通道选择性抑制作用，该工作近期被国际著名期刊Natural Product Reports （Issue 2, 2023）选为32篇国际天然产物热点文章之一（Hot off the press）。团队于2021年与国家级专精特新“小巨人”企业浙大迪迅生物基因工程有限公司成立了浙江理工-迪迅抗过敏联合研究中心。主持完成多项863计划、国家自然科学基金和浙江省自然科学基金项目。获得了2021年度浙江省海洋科学技术进步奖三等奖。
课题组网站：
https://www.xmol.com/groups/han_bingnan
司冉冉，浙江理工大学材料科学与工程学院20级博士研究生，本硕毕业于温州医科大学。主要研究方向为生物医用材料。近年来，以第一作者在Materials & Design、Materials today chemistry、Carbon等学术期刊上发表论文3篇。
