综述：纳米纤维素基水凝胶在智能传感器中的应用

这篇综述系统总结了纳米纤维素(CNF/CNC/BC)基水凝胶在智能传感器领域的最新进展，重点阐述了其可调机械性能、抗失水性和自修复特性，详细分析了在物理(应变/压力)、化学(离子/气体/pH)和生物(尿素/乳酸/葡萄糖)传感器中的创新应用，为开发高性能生物相容性传感器材料提供了重要参考。

　　

纳米纤维素基水凝胶：智能传感器的革命性材料

General properties of nanocellulose-based hydrogel sensors
纳米纤维素基水凝胶凭借其独特的纳米网络结构和丰富的表面羟基，展现出传统材料难以企及的性能优势。纤维素纳米纤维(CNF)、纤维素纳米晶体(CNC)和细菌纤维素(BC)三类纳米材料通过物理交联或化学修饰，可显著提升水凝胶的弹性模量（最高达10³ MPa）和溶胀率（超过1000%）。特别值得注意的是，经聚乙烯醇(PVA)增强的纳米复合水凝胶，其断裂伸长率可达800%，为可穿戴设备提供了理想的柔性基底。

Preparation of nanocellulose
从植物原料中提取纳米纤维素主要采用酸解法（如64%硫酸处理）和机械剥离法，而细菌纤维素则通过木醋杆菌发酵获得。最新研究表明，TEMPO氧化法能有效控制CNF的羧基含量（0.5-1.5 mmol/g），从而精确调控水凝胶的溶胀行为。值得注意的是，超声辅助酶解工艺可将纤维素聚合度(DP)控制在150-300范围内，这对保持材料的机械稳定性至关重要。

Main challenges
当前面临三大技术瓶颈：循环稳定性不足（>1000次加载后灵敏度下降30%）、环境响应迟滞（湿度变化响应时间>60s）、以及多信号串扰问题。通过引入石墨烯/纳米银线杂化体系，最新研究已将导电水凝胶的响应时间缩短至0.3秒，但长期稳定性仍是产业化的主要障碍。

Application of Nanocellulose-Based Hydrogels in Sensors
在物理传感领域，掺入碳纳米管的CNF水凝胶可实现0.1%应变检测极限；化学传感方面，苯胺改性BC对NH₃的检测下限达5 ppm；生物传感中最突出的是葡萄糖氧化酶固定化水凝胶，其线性检测范围覆盖0.1-20 mM，完美匹配人体血糖监测需求。

Conclusion and outlook
未来突破方向包括：开发光热响应型纳米纤维素复合材料，实现无线控释；构建仿生层级结构提升抗疲劳特性；探索微生物合成路径规模化生产BC。这些创新将推动该材料在闭环胰岛素递送系统和脑机接口等尖端领域的应用。