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可穿戴汗液傳感器 可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)中電解質(zhì)離子實(shí)施監(jiān)測(cè)

作者:宋檢 時(shí)間:2022-11-30 來源:互聯(lián)網(wǎng)

人體汗液中富含大量潛在的與健康和疾病相關(guān)的標(biāo)志物,相比較常規(guī)的血液和尿液檢測(cè),其具有非侵入(Non-invasive)和實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì),因此可穿戴汗液傳感器的研究成為可穿戴健康電子設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)之一。微型化、集成化的全固態(tài)離子選擇性電*和全固態(tài)參比電*,是檢測(cè)汗液中電解質(zhì)離子濃度的核心傳感技術(shù)。然而,現(xiàn)有的大部分固態(tài)離子傳感器多采用導(dǎo)電聚合物作為離子/電子的傳導(dǎo)層材料,存在穩(wěn)定性差、干擾因素多、使用壽命短等缺點(diǎn),限制了其在可穿戴汗液檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張珽研究團(tuán)隊(duì)前期研發(fā)了可用于皮膚水分檢測(cè)的柔性可穿戴離子型濕度傳感器(Advanced Science, 2017, 1600404,1-7, Back Cover)。進(jìn)而,針對(duì)微型化全固態(tài)離子傳感器和全固態(tài)參比電*穩(wěn)定性等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題,研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合MEMS微納加工技術(shù)設(shè)計(jì)制備了具有微孔陣列為模板的電*芯片,采用一步電沉積法制備了大比表面積且可調(diào)控的三維金納米結(jié)構(gòu)離子/電子傳導(dǎo)陣列電*,相比較基于碳納米管、石墨烯、多孔碳等材料的離子/電子傳導(dǎo)層,其具有制備簡(jiǎn)單,重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)。通過該電*芯片構(gòu)建的全固態(tài)離子選擇性電**有穩(wěn)定的電位響應(yīng)靈敏度(56.58 ± 1.02mV/decade)、快速的響應(yīng)時(shí)間(<10s)和寬線性范圍(10-6~10-1mol/L),傳感器的電位漂移和水層干擾影響減小。通過優(yōu)化參比電*聚合物膜和鹽的組分,在傳感器芯片上集成了基于聚合物/氯化鉀的全固態(tài)參比電*,獲得的微型化參比電*芯片具有平衡時(shí)間短,對(duì)不同種類和不同離子強(qiáng)度電解質(zhì)干擾響應(yīng)小,對(duì)光不敏感,在pH3~10范圍內(nèi)響應(yīng)穩(wěn)定,具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了具有汗液采集、轉(zhuǎn)運(yùn)和排出結(jié)構(gòu)的可穿戴“導(dǎo)汗帶”汗液傳感設(shè)備,將傳感器芯片與汗液導(dǎo)汗帶集成封裝,可舒適便捷地佩戴與人體額頭區(qū)域,可對(duì)人體運(yùn)動(dòng)過程中電解質(zhì)離子進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)地分析監(jiān)測(cè),對(duì)人們健身運(yùn)動(dòng)過程中脫水情況的監(jiān)測(cè),尤其是對(duì)運(yùn)動(dòng)員、搶險(xiǎn)急救人員、軍人在執(zhí)行高強(qiáng)度任務(wù)過程中的生理健康狀況具有預(yù)警和指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在Analytical Chemistry上。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目等的資助。

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