蘇州納米所可穿戴汗液傳感器研究獲進展

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

　　中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張珽研究團隊前期研發(fā)了可用于皮膚水分檢測的柔性可穿戴離子型濕度傳感器（Advanced Science, 2017, 1600404,1-7, Back Cover）。進而，針對微型化全固態(tài)離子傳感器和全固態(tài)參比電極穩(wěn)定性等關鍵科學技術問題，研究團隊結合MEMS微納加工技術設計制備了具有微孔陣列為模板的電極芯片，采用一步電沉積法制備了大比表面積且可調控的三維金納米結構離子／電子傳導陣列電極，相比較基于碳納米管、石墨烯、多孔碳等材料的離子／電子傳導層，其具有制備簡單，重復性好等優(yōu)勢。通過該電極芯片構建的全固態(tài)離子選擇性電極具有穩(wěn)定的電位響應靈敏度（56.58 ± 1.02mV/decade）、快速的響應時間（<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)化參比電極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)參比電極，獲得的微型化參比電極芯片具有平衡時間短，對不同種類和不同離子強度電解質干擾響應小，對光不敏感，在pH3～10范圍內響應穩(wěn)定，具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)勢。同時，研究團隊創(chuàng)新性地設計了具有汗液采集、轉運和排出結構的可穿戴“導汗帶”汗液傳感設備，將傳感器芯片與汗液導汗帶集成封裝，可舒適便捷地佩戴與人體額頭區(qū)域，可對人體運動過程中電解質離子進行實時連續(xù)地分析監(jiān)測，對人們健身運動過程中脫水情況的監(jiān)測，尤其是對運動員、搶險急救人員、軍人在執(zhí)行高強度任務過程中的生理健康狀況具有預警和指導意義。相關研究成果發(fā)表在Analytical Chemistry上。

　　該工作得到了國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金和中國博士后科學基金資助項目等的資助。

　　圖1.（A）電沉積制備不同比表面積的三維金納米結構固體接觸傳導陣列電極；（B）全固態(tài)離子選擇性陣列電極構建的結構示意圖。

　　圖2.（A）、（B）和（C）為可穿戴“導汗帶”汗液傳感器設備的照片和示意圖；（D）汗液傳感器芯片在穿戴前和穿戴后對不同濃度標準Na＋溶液的校準曲線；（E）為汗液傳感器在人體上運動過程中實時連續(xù)監(jiān)測汗液中Na＋濃度變化的曲線圖。