近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境材料與污染控制研究部黃行九研究員團隊受邀在國際期刊ACS Sensors可穿戴傳感器件專題中撰寫研究論文。團隊結(jié)合固體接觸材料設(shè)計、微流控層封裝和信號處理顯示等模塊，研發(fā)了基于全固態(tài)離子選擇性電極的集成發(fā)帶，實現(xiàn)了對汗液中Cl^-的實時監(jiān)測。相關(guān)結(jié)果作為Supplementary Cover文章發(fā)表在ACS Sensors。

汗液作為人體健康信息的重要載體，其中的Cl^-濃度動態(tài)變化與脫水狀態(tài)評估、囊性纖維化等疾病診斷密切相關(guān)。現(xiàn)有的可穿戴傳感器雖已實現(xiàn)多指標監(jiān)測，但在Cl^-檢測領(lǐng)域仍面臨兩大技術(shù)壁壘：一是傳統(tǒng)全固態(tài)離子選擇電極（ISE）因界面電荷阻塞和水層滲透導(dǎo)致電位漂移嚴重；二是柔性器件在長期動態(tài)監(jiān)測中存在結(jié)構(gòu)損傷風險，直接影響檢測可靠性。因此，突破界面穩(wěn)定性與信號保真度的雙重限制，成為實現(xiàn)精準汗液電解質(zhì)分析的關(guān)鍵問題。

研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了基于氮摻雜碳包覆的氧缺陷型三氧化二釩（V₂O_3-x@NC）固體接觸材料的復(fù)合傳感界面：通過表面活性劑誘導(dǎo)的氮摻雜碳封裝技術(shù)，構(gòu)建139°超疏水表面阻斷水層形成；引入氧空位缺陷工程與多價釩中心（V^2+/3+/4+/5+），形成快速離子和電子傳輸雙通道，實現(xiàn)高界面電容以改善電荷阻塞；結(jié)合聚酰亞胺柔性基底與微流控層封裝設(shè)計，攻克傳感器機械損傷和離子選擇性膜潛在的生物毒性問題。該研究通過“疏水防護-電容增強”雙重協(xié)同機制，將離子選擇膜與導(dǎo)電基底的界面極化效應(yīng)顯著降低，并通過結(jié)構(gòu)封裝提升傳感性能。

基于上述基礎(chǔ)，研發(fā)的基于柔性傳感貼片的集成發(fā)帶式傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性和對汗液中常見離子以及不同光照條件的出色抗干擾性能，實現(xiàn)了對于運動過程中汗液Cl^-的監(jiān)測。該研究為慢性病監(jiān)測和運動健康管理提供了穿戴式解決方案，有望促進智慧醫(yī)療的發(fā)展。

上述研究得到了國家重點研究開發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.4c03366

圖1. 柔性傳感貼片的性能測試和實體監(jiān)測。

圖2. 封面圖。