【儀表網 研發(fā)快訊】近期，中國科學院合肥物質院固體所環(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。團隊結合固體接觸材料設計、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，實現了對汗液中Cl-的實時監(jiān)測。相關結果作為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。現有的可穿戴傳感器雖已實現多指標監(jiān)測，但在Cl-檢測領域仍面臨兩大技術壁壘：一是傳統全固態(tài)離子選擇電極(ISE)因界面電荷阻塞和水層滲透導致電位漂移嚴重；二是柔性器件在長期動態(tài)監(jiān)測中存在結構損傷風險，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，成為實現精準汗液電解質分析的關鍵問題。
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(V2O3-x@NC)固體接觸材料的復合傳感界面：通過表面活性劑誘導的氮摻雜碳封裝技術，構建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(V2+/3+/4+/5+)，形成快速離子和電子傳輸雙通道，實現高界面電容以改善電荷阻塞；結合聚酰亞胺柔性基底與微流控層封裝設計，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”雙重協同機制，將離子選擇膜與導電基底的界面極化效應顯著降低，并通過結構封裝提升傳感性能。
基于上述基礎，研發(fā)的基于柔性傳感貼片的集成發(fā)帶式傳感器展現出優(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、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學基金等項目的資助。
圖1. 柔性傳感貼片的性能測試和實體監(jiān)測。
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