哈工大深圳何思斯教授课题组AFM：用于长期监测汗液乳酸的大规模柔性织物生物传感器
发布日期： 2024-11-26 | 作者：新闻中心
可穿戴生物传感器在医疗保健和个人健康监测领域扮演着重要的角色，基于汗液检测的生物传感器，与传统的血液检测相比，具有实时、无创等特点，从而得到普遍关注与研究。乳酸是汗液中重要的生物标志物之一，其在组织微环境中的积累与炎症性疾病和癌症诊断紧密关联，在剧烈运动时肌肉中过多的乳酸堆积会导致肌肉的酸痛和疲劳。将汗液生物传感器融入到日常穿戴中，有望实现个体乳酸水平的有效监测 目前，大多数基于纤维形状或纺织品的电化学汗液生物传感器都依赖于酶类传感器。尽管这些酶类传感器具有一定的可重复性，但通常在稳定性方面表现不佳，同时不具有较好的可水洗性。分子印迹聚合物是对目标物质具有特定识别位点的人工受体，从而赋予分子印迹聚合物对目标物质的选择性。分子印迹聚合物具有可逆地结合目标分析物的能力，使其适用于开发具有长期重复检测性能的传感技术。然而，目前基于分子印迹聚合物的生物传感器由于与电极材料间的界面稳定性较差，在长期可重复检测和可水洗方面存在局限性。因此，解决现有的电化学生物传感器在长期可重复性和可水洗性方面的困难迫在眉睫。
近日，哈尔滨工业大学（深圳）何思斯教授报道了一种具有多级排列通道的纤维电极和长期可重复检测和可清洗的电化学织物生物传感器，用于实现对汗液中的乳酸水平的多点位监测。该织物生物传感器具有令人印象非常深刻的超过400次的长期原位可重复检测性能、优异的可水洗性能和变形稳定性。多级通道有助于实现电场在纤维电极中的理想分布，来提升聚合物和纤维电极表面之间的界面稳定性。通过采用工业缝纫技术，进一步生产出20米（长）×0.5米（宽）的传感织物，展现出大规模应用的潜力。
电极由具有纳米和微米级多级排列通道的碳纳米管纤维制备而成，通过覆盖功能化的分子印迹聚合物，制备出具有高界面稳定性的电化学织物生物传感器。以乳酸为例，电化学织物生物传感器可以对10 mM至25 mM范围内的乳酸浓度实现 精准检测。与传统的汗液乳酸实时分析传感器相比，该织物生物传感器因其长期的原位可重复检测性能脱颖而出。（图1、图2）
该织物生物传感器在汗液中表现出了出色的长期的原位可重复检测性能，在进行超过400次乳酸检测后依然表现出良好的稳定性。相较于传统的分子印迹聚合物传感器，该传感器取得了显著的改进。同时，该织物传感器展现出超过70次的优异可水洗性能和良好的抗弯折能力。这种良好的稳定性得益于纤维电极内部的多尺度通道，保证了聚合物和纤维电极之间的界面稳定性，赋予织物生物传感器优异的性能。（图3）
该织物传感系统可实现对人体不一样的部位汗液的多点检测，与传统的单点检测相比，多点检测更加准确和多样化。织物传感系统能检测汗液中的乳酸，然后通过无线传输将数据传输到手机或智能手表，准确监测乳酸检测的实时变化，以此来实现有效的个性化检测。同时，利用工业缝纫技术，生产出20米（长）×0.5米（宽）的感应织物，展现出大规模应用的潜力。（图4）
何思斯，哈尔滨工业大学（深圳）教授。2017年复旦大学高分子物理与化学专业博士毕业（导师：彭慧胜教授），毕业后先于日本冲绳科学与技术大学（合作导师：戚亚冰教授）开展博士后工作，后作为加拿大麦克马斯特大学Michael G. DeGroote 国际人才重点专项基金特聘博士后研究员（合作导师：李应福教授）在健康科学系开展工作，2021年1月加入哈尔滨工业大学（深圳）理学院，博导。以合作作者身份在国际专业类知名杂志上发表SCI论文共60余篇，Google Scholar引用5000余次，H指数35，其中以第一/共通通讯作者或一作身份发表论文30余篇，包括Nature Protocol, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition和ACS Nano等杂志。课题组常年招聘博士后，同时也欢迎博士研究生招生优秀生源快响行动每月均可报名。
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