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张大妈

南大&东南大学·Biosens. Bioelectron.·凝胶·可穿戴传感·金属有机框架·汗液分析·耐久性

源自公众号:Gel Hub

01-26 17:41

可穿戴汗液传感器长期使用的稳定性是难题。一种新型网状导电生物凝胶界面技术应运而生,它结合了金属有机框架与导电凝胶的优势,显著提升了器件在光照、弯折和不同温湿度环境下的耐久性与稳定性,为日常健康监测提供了可靠的硬件基础。

南大&东南大学·Biosens. Bioelectron.·凝胶·可穿戴传感·金属有机框架·汗液分析·耐久性智能速览

  • 提出“MOF@酶限域+导电凝胶网络”界面,提升传感稳定性。

  • 器件在太阳直射10小时后,灵敏度仍保持95%以上。

  • 经过1000次弯折测试,器件性能保持率超过85%。

  • 该传感器在室温下可稳定贮存长达140至170天。

  • 在人体实测中,设备读数与标准方法高度相关。

南大&东南大学·Biosens. Bioelectron.·凝胶·可穿戴传感·金属有机框架·汗液分析·耐久性精华内容

这项技术的核心在于材料科学的巧妙融合,通过构建双层稳定机制,攻克了长期困扰可穿戴传感器的环境适应性与耐久性难题。

稳定之道

传统柔性可穿戴传感器在强光、反复弯折和长期储存条件下,容易出现灵敏度衰减和信号漂移。新研究通过金属有机框架(ZIF‑90)对生物酶进行限域保护,提升了催化效率与底物亲和力。同时,利用PEDOT:PSS与丙烯酰胺构筑的导电凝胶网络,在电极表面形成了一层约3.3微米厚的稳定界面,显著降低了电荷转移阻抗,从而协同保障了传感信号的长期稳定输出。

硬核性能

该传感器的耐久性表现突出。在模拟户外环境的太阳光直射10小时后,其灵敏度依旧能保持在95%以上。经过1000次60°至180°的弯折循环后,性能保持率也超过85%。此外,它还能在pH 4-8的酸碱范围和20-50℃的温度区间内稳定工作。在室温储存方面,葡萄糖和乳酸通道的响应可分别稳定维持140天和170天,表现出极佳的长期储存稳定性。

实测验证

研究人员将传感阵列与纸基汗液收集器、无线蓝牙PCB集成为一体化的贴肤设备。在12名受试者的室内跑步和日常活动中,设备能够实时监测汗液中的葡萄糖和乳酸水平。其读数与传统比色法分析结果高度一致,葡萄糖通道的相关性达到0.94,乳酸通道为0.90,充分验证了该设备在真实场景下进行连续、可靠健康监测的可行性。

应用前景

凭借高灵敏度、强环境适应性和低成本(单贴约0.37美元)的优势,该技术具有广阔的应用前景。它不仅可用于跑步等运动场景下的负荷管理,也能通过热刺激诱导出汗,用于日常代谢跟踪与饮食管理。未来,该技术平台可拓展为监测多种指标的健康管理设备,为糖脂代谢评估、肾病及痛风风险预警等提供新的工具。

这项研究不仅为日常可穿戴汗液传感器的材料设计提供了新范式,更推动了健康监测技术从实验室走向真实生活的进程。未来,这项技术将如何赋能个人健康管理?

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