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  隨著對可穿戴傳感器（精確監(jiān)測人體或周圍環(huán)境生命體征）的需求不斷增長，激發(fā)了研究人員對可生物相容和生物降解材料的不懈追求。纖維素作為地球上存量最豐富的天然高分子材料，具有良好的生物相容性和生物降解性、易于加工成多種形態(tài)的材料、可持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)以及固有的形狀各向異性、表面電荷/化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的物理機械性能等綜合優(yōu)點。在過去的幾年里，這些獨特的優(yōu)勢極大地推動了可穿戴和智能纖維素傳感器的不斷創(chuàng)新。隨著材料加工制造技術(shù)的快速發(fā)展和研究的進(jìn)步，纖維素已經(jīng)被設(shè)計成多維結(jié)構(gòu)，包括1D（納米纖維、纖維和紗線）、2D（紙張、薄膜和織物）和3D（水凝膠、氣凝膠、泡沫和海綿），可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有可定制結(jié)構(gòu)和性能的導(dǎo)電碳材料。纖維素衍生的材料憑借其獨特的優(yōu)勢，已發(fā)展成為可穿戴傳感器的柔性生物基體，傳感層，電極和活性成分。

  為此，北京林業(yè)大學(xué)楊俊課題組在Materials Chemistry Frontiers期刊發(fā)表了題為“Emerging Cellulose-Derived Materials: A Promising Platform for Design of Flexible Wearable Sensors Toward Health and Environment Monitoring”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了基于纖維素衍生材料的柔性可穿戴傳感器的最新研究進(jìn)展，并對目前面臨的關(guān)鍵問題，挑戰(zhàn)和未來的方向闡述了觀點。

圖1. 基于纖維素衍生材料的柔性可穿戴傳感器及其潛在的應(yīng)用

  該綜述首先簡要介紹了纖維素及其衍生材料的類別，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并總結(jié)了纖維素衍生材料的加工技術(shù)和形態(tài)，特別分析了纖維素衍生的碳材料形成的機理。然后重點討論了不同維度的纖維素衍生材料（1D：納米纖維、纖維和線，2D：紙，薄膜和棉布，3D：水凝膠、氣凝膠和海綿）在柔性可穿戴傳感器方面的應(yīng)用，包括生物物理傳感器、生物化學(xué)傳感器、環(huán)境傳感器以及自供電傳感器。最后該綜述對纖維素衍生材料的優(yōu)缺點及未來面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入分析，包括纖維素衍生材料的生物相容性，可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，纖維素基多功能和高性能傳感器等問題，并對纖維素衍生材料的基礎(chǔ)研究以及加工-結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用關(guān)系進(jìn)行了展望，包括基于基礎(chǔ)研究和先進(jìn)加工技術(shù)，纖維素衍生材料多尺度微觀結(jié)構(gòu)（如各向異性結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)）的構(gòu)建；基于纖維素天然屬性，類皮膚、生物相容、可植入的生物電子的制備；開發(fā)先進(jìn)的技術(shù)，制備多功能集成的電子設(shè)備，如發(fā)電，儲能，無線傳感技術(shù)；結(jié)合先進(jìn)的功能材料和材料加工技術(shù)，制備新功能和獨特結(jié)構(gòu)的纖維素水凝膠、纖維素紙和棉布，探索其在自供電傳感，柔性儲能設(shè)備，一次性護(hù)理設(shè)備等方面的應(yīng)用；將纖維素材料與3D打印技術(shù)相結(jié)合，大規(guī)模構(gòu)建形態(tài)結(jié)構(gòu)可控、理化性能可定制的纖維素基功能材料，將在傳感、能源、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用；基于可穿戴的藥物和細(xì)胞傳遞系統(tǒng)，可將生物活性成分引入到纖維素基質(zhì)用于研究藥物和細(xì)胞遞傳遞等。

  論文第一作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院博士研究生符慶金，通訊作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院楊俊副教授。

  論文鏈接 https://doi.org/10.1039/D0QM00748J

  除了總結(jié)纖維素衍生材料用于健康和環(huán)境檢測的柔性可穿戴傳感器，楊俊課題組還在ACS Applied Bio Materials (2021, 4, 85–121)上發(fā)表題為“Recent Progress in Natural Biopolymers Conductive Hydrogels for Flexible Wearable Sensors and Energy Devices: Materials, Structures, and Performance”的綜述文章，全面總結(jié)了天然高分子導(dǎo)電水凝膠在柔性可穿戴傳感器和能源設(shè)備方面的研究進(jìn)展。

  本文綜述了基于纖維素、殼聚糖、絲素蛋白、明膠的天然高分子導(dǎo)電水凝膠在柔性傳感器件方面的最新研究進(jìn)展。簡要介紹了上述四種典型天然高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，并詳細(xì)討論了它們在各種導(dǎo)電水凝膠傳感器中的應(yīng)用。此外，該綜述對基于天然高分子導(dǎo)電水凝膠傳感器的進(jìn)行了分類，并總結(jié)了其性能指標(biāo)。最后，該綜述指出制備高性能天然高分子聚合物導(dǎo)電水凝膠的機遇與挑戰(zhàn)，包括天然高分子的生物學(xué)特性和聚合物分子鏈中豐富的官能團(tuán)，柔韌性、導(dǎo)電性和源于豐富表面官能團(tuán)的自愈合性和自粘性，以及具有環(huán)境適應(yīng)性的天然高分子導(dǎo)電水凝膠的開發(fā)（如抗干、抗凍等性質(zhì)）。

  論文第一作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院研究生崔晨、符慶金、孟蕾，通訊作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院楊俊副教授。

  論文鏈接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.0c00807