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電子科技大學林媛、姚光 Adv. Fiber Mater.:溫度校準的柔性無酶傳感貼片
2024-02-14  來源:高分子科技

  柔性可穿戴傳感貼片能夠連續監測人體物理信號和生化標志物,在健康狀況長期監測和疾病及時診斷方面發揮著日益重要的作用。汗液中含有多種生物標志物,可直接或間接反映人體健康狀況。例如,汗液中的多巴胺和乳酸是神經遞質和組織氧化的關鍵生化指標。目前,有機酶是汗液生物標志物檢測中常用的生物識別單元,具有高靈敏度和選擇性。然而復雜環境下的不穩定特性限制了其廣泛使用。同時,為了檢測多參量物理信號和生物標志物,需要將多種傳感單元集成到有限的區域中,這不可避免地增加了柔性傳感貼片的整體模量和傳感單元復雜性。此外,環境溫度是影響汗液生物標志物的定量檢測的重要因素,因此建立溫度校準系統對確保分析結果的精確性至關重要。



  電子科技大學材料與能源學院柔性電子團隊林媛教授課題組姚光出了一種以無機Co3O4/碳纖維為傳感功能單元的柔性無酶汗液傳感貼片,利用不用的檢測手段實現了多巴胺和乳酸兩種生化信號的同時監測。此外,基于柔性溫度傳感器進行了傳感信號校正,構建了物理生化混合信號無線監測系統。相關成果以Non-enzyme, temperature calibrating, and bioactive fiber-based flexible sensors for dopamine and lactic acid detection為題發表在國際期刊《Advanced Fiber Materials》上。電子科技大學柔性電子團隊博士生謝茂雯為第一作者,林媛、姚光、潘泰松為共同通訊作者,該工作得到了國家自然科學基金、四川省科技廳、西藏自治區科技廳基金等項目的支持。


  柔性無酶傳感貼片如圖1所示,Co3O4納米線/碳纖維是無酶電化學傳感器的核心部分,可同時作為多巴胺和乳酸的檢測材料,并通過電化學反應中氧化特征峰位置差異實現了標志物特異性區分(多巴胺~0.2 V、乳酸~1.1V)。集成器件的整體尺寸為3 × 2 × 0.06 cm3,同時具備優越的延展特性(>40%)、檢測線性范圍(多巴胺為0.001 - 1.100 mM,乳酸為2 - 35 mM)、選擇性和可重復性(多巴胺誤差為3.2%,乳酸誤差為5.6%)(圖2)。 


圖1. 溫度校準的柔性無酶傳感貼片。(a)器件結構分解圖和系統示意圖。(b)器件在不同狀態下的光學圖像。
 

2. Co3O4納米線/碳纖維傳感單元的性能測試。(a)多巴胺傳感性能測試。(b)乳酸傳感性能測試。

  通過與微型無線電化學測試系統的進一步結合,實現了溫度校準下汗液成分實時無線監測,建立了多巴胺和乳酸傳感器的溫度(25-45℃)校正模型,揭示了生物標志物濃度、溫度和電流密度之間的相關性(圖3)。溫度校準的柔性無酶傳感貼片展現了在物理生化信號監測和健康管理領域的巨大潛力,為皮膚傳感貼片在復雜環境中的應用拓展了新的可能性。 


3. 溫度校準的柔性無酶傳感貼片性能驗證。(a)蛇形溫度校準單元性能測試。(b)人體佩戴及無線監測系統。(c)多巴胺和乳酸傳感單元的溫度校正模型。

  面向國家科技發展的重大需求和人民生命健康,電子科技大學柔性電子團隊林媛教授課題組姚光及合作者已制備多種應用于健康監測、組織修復、神經/器官功能障礙調控的可延展柔性診療電子器件及原型系統近年相關成果以第一/通訊作者先后發表在Nature Communications2篇)、Science AdvancesPNASACS Nano2篇)、Advanced Fiber MaterialsIEEE Electron Device Letters3篇)等國際期刊上。柔性診療電子技術的快速發展為相關疾病的早期診斷和及時干預提供了新的可能性,有望顯著改變未來醫療保健的方式,為健康管理提供更為全面和有效的解決方案。


  論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s42765-023-00351-y#Sec15


  團隊鏈接(歡迎加入)https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm

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(責任編輯:xu)
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