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苏州纳米所可穿戴汗液传感器研究获进展_AG亚博

AG亚博 科技 2021年07月02日
本文摘要:人体汗液中含有大量与健康和疾病相关的潜在标志物。与传统的血液和尿液检测相比,它具有无创、动态倒计时监测等优点,因此可穿戴式汗液传感器的研究已经成为可穿戴式健康电子设备领域的重点之一。小型化、集成化的全固态离子选择电极和全固态参比电极是检测汗液中电解质离子浓度的核心传感技术。 然而,现有的固态离子传感器大多使用导电聚合物作为离子/电子的导电层材料,没有稳定性差、障碍物多、使用寿命短等缺点,这使得其可以应用于可穿戴式汗液检测领域。

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人体汗液中含有大量与健康和疾病相关的潜在标志物。与传统的血液和尿液检测相比,它具有无创、动态倒计时监测等优点,因此可穿戴式汗液传感器的研究已经成为可穿戴式健康电子设备领域的重点之一。小型化、集成化的全固态离子选择电极和全固态参比电极是检测汗液中电解质离子浓度的核心传感技术。

然而,现有的固态离子传感器大多使用导电聚合物作为离子/电子的导电层材料,没有稳定性差、障碍物多、使用寿命短等缺点,这使得其可以应用于可穿戴式汗液检测领域。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究团队张深研制了一种柔性可穿戴式离子湿度传感器(AdvancedScience,2017,1600404,1-7,BackCover)。此外,针对小型化全固态离子传感器和全固态参比电极的稳定性等关键科技问题,研究团队集成微机电系统微纳加工技术,设计制造了以微孔阵列为模板的电极芯片,并通过一步电沉积法制备了大比表面积可控的三维金纳米结构离子/电子导电阵列电极。

与基于碳纳米管、石墨烯、多孔碳等材料的离子/电子导电层相比,它具有制备非常简单、重复性好的优点。由该电极芯片构建的全固态离子选择电极,电位调用灵敏度稳定(56.581.02mV/decade),响应时间慢(10s),线性范围长(10-6 ~ 10-1 mol/L),传感器的电位漂移和水层遮挡增大。通过优化参比电极聚合物膜和盐的组成,在传感器芯片上构建了基于聚合物/氯化钾的全固态参比电极。

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所获得的小型化参比电极芯片具有均衡时间短、对不同种类和不同离子强度的电解质电阻小、不耐光、在pH 3 ~ 10范围内调用稳定、长期稳定等优点。同时,研究团队创新性地设计了一种具有汗液收集、输送和排泄结构的可穿戴式汗液传感装置,并搭建了带有传感器芯片和汗液传导带的PCB,可舒适、方便地佩戴在人体前额区域,可对人体运动过程中的电解质离子进行动态、逆向的分析和监测,对人们健身运动过程中的水解情况进行监测,特别是为运动员、急救人员和士兵在继续执行高强度任务的过程中提供预警和指导。研究结果发表在《分析化学》杂志上。这项工作得到了国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金和中国博士后科学基金的资助。


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