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電子科技大學(xué)林媛、姚光 Adv. Fiber Mater.:溫度校準(zhǔn)的柔性無(wú)酶?jìng)鞲匈N片
2024-02-14  來(lái)源:高分子科技

  柔性可穿戴傳感貼片能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)人體物理信號(hào)和生化標(biāo)志物,在健康狀況長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和疾病及時(shí)診斷方面發(fā)揮著日益重要的作用。汗液中含有多種生物標(biāo)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(jīng)遞質(zhì)和組織氧化的關(guān)鍵生化指標(biāo)。目前,有機(jī)酶是汗液生物標(biāo)志物檢測(cè)中常用的生物識(shí)別單元,具有高靈敏度和選擇性。然而復(fù)雜環(huán)境下的不穩(wěn)定特性限制了其廣泛使用。同時(shí),為了檢測(cè)多參量物理信號(hào)和生物標(biāo)志物,需要將多種傳感單元集成到有限的區(qū)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(fù)雜性。此外,環(huán)境溫度是影響汗液生物標(biāo)志物的定量檢測(cè)的重要因素,因此建立溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)確保分析結(jié)果的精確性至關(guān)重要。



  電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院柔性電子團(tuán)隊(duì)林媛教授課題組姚光出了一種以無(wú)機(jī)Co3O4/碳纖維為傳感功能單元的柔性無(wú)酶汗液傳感貼片,利用不用的檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)了多巴胺和乳酸兩種生化信號(hào)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。此外,基于柔性溫度傳感器進(jìn)行了傳感信號(hào)校正,構(gòu)建了物理生化混合信號(hào)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。相關(guān)成果以Non-enzyme, temperature calibrating, and bioactive fiber-based flexible sensors for dopamine and lactic acid detection為題發(fā)表在國(guó)際期刊《Advanced Fiber Materials》上。電子科技大學(xué)柔性電子團(tuán)隊(duì)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(guó)家自然科學(xué)基金、四川省科技廳、西藏自治區(qū)科技廳基金等項(xiàng)目的支持。


  柔性無(wú)酶?jìng)鞲匈N片如圖1所示,Co3O4納米線/碳纖維是無(wú)酶電化學(xué)傳感器的核心部分,可同時(shí)作為多巴胺和乳酸的檢測(cè)材料,并通過電化學(xué)反應(yīng)中氧化特征峰位置差異實(shí)現(xiàn)了標(biāo)志物特異性區(qū)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(shí)具備優(yōu)越的延展特性(>40%)、檢測(cè)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(fù)性(多巴胺誤差為3.2%,乳酸誤差為5.6%)(圖2)。 


圖1. 溫度校準(zhǔn)的柔性無(wú)酶?jìng)鞲匈N片。(a)器件結(jié)構(gòu)分解圖和系統(tǒng)示意圖。(b)器件在不同狀態(tài)下的光學(xué)圖像。
 

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

  通過與微型無(wú)線電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的進(jìn)一步結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了溫度校準(zhǔn)下汗液成分實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)測(cè),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(biāo)志物濃度、溫度和電流密度之間的相關(guān)性(圖3)。溫度校準(zhǔn)的柔性無(wú)酶?jìng)鞲匈N片展現(xiàn)了在物理生化信號(hào)監(jiān)測(cè)和健康管理領(lǐng)域的巨大潛力,為皮膚傳感貼片在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用拓展了新的可能性。 


3. 溫度校準(zhǔn)的柔性無(wú)酶?jìng)鞲匈N片性能驗(yàn)證。(a)蛇形溫度校準(zhǔn)單元性能測(cè)試。(b)人體佩戴及無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。(c)多巴胺和乳酸傳感單元的溫度校正模型。

  面向國(guó)家科技發(fā)展的重大需求和人民生命健康,電子科技大學(xué)柔性電子團(tuán)隊(duì)林媛教授課題組姚光及合作者已制備多種應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)、組織修復(fù)、神經(jīng)/器官功能障礙調(diào)控的可延展柔性診療電子器件及原型系統(tǒng),近年相關(guān)成果以第一/通訊作者先后發(fā)表在Nature Communications2篇)、Science AdvancesPNAS、ACS Nano2篇)、Advanced Fiber Materials、IEEE Electron Device Letters3篇)等國(guó)際期刊上。柔性診療電子技術(shù)的快速發(fā)展為相關(guān)疾病的早期診斷和及時(shí)干預(yù)提供了新的可能性,有望顯著改變未來(lái)醫(yī)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(tuán)隊(duì)鏈接(歡迎加入)https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm

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