近日，山东大学第二医院基础医学研究所、山东大学骨科医学研究中心研究员陈静和清华大学教授危岩等人在国际化学领域顶级学术期刊Chemical Society Reviews(中科院1区，IF=60.615）发表题为“Naturally sourced hydrogels: emerging fundamental materials for next-generation healthcare sensing”的长篇综述文章。陈静研究员和危岩教授是论文的通讯作者，山东大学是论文的第一完成单位。
论文系统总结了天然水凝胶材料在构建医用智能柔性传感器领域的最新进展，详细梳理了多糖、蛋白质、多酚、多肽等典型天然来源的生物大分子独特的物理化学特性，全面阐述了基于天然高分子水凝胶的柔性传感器设计原则和制备策略，重点展示了其用于压力、应变、温度以及生物标志物等多重信号传感的健康监护器件和系统，针对临床应用需求系统总结了下一代健康监护传感器及其系统开发所面临的挑战，并展望了该领域的未来发展方向。
下一代智能健康监护设备可以实时监测人体多种生理信号，评估其健康状况，并将分析数据及时地反馈给医生，帮助医生及时制定治疗方案。由于它可以对患者的健康状况进行远程实时评估，极大地摆脱了传统院内临床诊疗的时间和空间限制，是未来精准化、个性化医学诊断和治疗的前沿发展方向。新兴的柔性电子材料因其独特的柔顺性、穿戴舒适性、紧密的人机界面集成和丰富的信号传导功能，可以与人体组织器官直接接触，为各类信号采集提供界面稳定的传导介质，是公认的下一代智能监护传感设备最重要的关键材料。
源于自然资源的天然高分子水凝胶具有与生俱来的优异生物相容性，可以缓解因人体长时间佩戴外来设备或植入体内而造成的不适，满足下一代智能监护系统需实现连续和长期监测的基本要求。与合成高分子相比，天然高分子包含丰富的活性基团，如羟基、羧基、羧酸和氨基等，提供了足够的分子修饰和改造空间来设计和构建三维交联网络，从而赋予所得水凝胶多种可调节功能，包括与人体组织顺应的机械性能、增强的导电性和灵敏度、自粘附、自愈合以及可三维打印等，满足了柔性传感材料的多功能集成和器件加工工艺需求。其次，生物相容的天然材料允许电子设备直接接触人体皮肤，甚至可以安全地植入体内长时间使用，对宿主组织的炎症或免疫反应最小。此外，天然来源的植入式电子设备最终可以在体内环境中被吸收或降解，降低了临床应用中需移除器械的二次手术风险。同时，可生物降解和可再生的天然材料最终可以在它们服役后回归自然，避免了因柔性电子大量应用而产生电子垃圾堆积的环境问题。
源自各种天然高分子的功能水凝胶、传感器件以及多功能监护应用示意图
在综述论文中，作者结合自身在天然水凝胶材料方面的创新研究成果和体会，从分子结构设计、性能调控、智能传感应用等多个维度，全面介绍了天然来源的水凝胶作为下一代智能监护传感设备的关键基础材料的多用途应用场景，总结并提出了下一代智能监护柔性生物电子学的材料设计准则（如图）。作者进而探讨了天然水凝胶传感材料在当前应用中所面临的主要挑战，并提出了一些建设性的解决方案。最后，作者对该领域进行了全面展望，认为医工结合的多学科交叉研究是发展下一代智能监护系统的必由之路，为该领域从业者提供了一些具有重要研究价值的前瞻性探索方向。
陈静研究员课题组长期致力于生物医用水凝胶材料前沿和临床转化研究，围绕“含糖生物大分子多尺度结构精准构建与性能调控”所涉及的重要科学问题开展工作，在多糖水凝胶动态性网络结构调控、糖脂超分子水凝胶可控制备以及这些材料在（皮肤、骨、软骨）组织再生修复和柔性传感等领域的应用方面取得了一系列原创性成果。相关工作发表于Green Chemistry(2023)、Carbohydrate Polymers(2023)、Journal of Nanobiotechnology(2023)、Sensors and Actuators B: Chemical(2022)、European Polymer Journal(2022)、IEEE Sensors Journal(2022)、Biomacromolecules(2022, 2017)、Chemistry-A European Journal(2021)、Chemistry of Materials(2021)、J. Mater.Chem. C(2020)、J. Mater. Chem. B(2020)等期刊。
全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cs/d2cs00813k
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