扬州大学电化学传感器最新进展：可穿戴汗液葡萄糖连续检测

通讯作者：舒韵；徐琴；胡效亚

通讯单位：扬州大学

一种基于无创纤维材料的可穿戴电化学传感器，用于持续监测汗水中的葡萄糖水平，是个人糖尿病管理的智能织物非常可取的。

 

为了实现这一目标，主要的挑战是构建具有高拉伸性能和优良电化学性能的纤维。扬州大学胡效亚教授、徐琴教授和舒韵制备了一种高拉伸Ni-Co金属-有机框架/Ag/还原氧化石墨烯/聚氨酯(Ni-Co MOF/Ag/rGO/PU)纤维基可穿戴电化学传感器，用于连续监测汗液中的葡萄糖水平，具有高灵敏度和准确性。

 

相关工作以“Highly Stretchable Wearable Electrochemical Sensor Based on Ni-Co MOF Nanosheet-Decorated Ag/rGO/PU Fiber for Continuous Sweat Glucose Detection”为题发表在Analytical Chemistry上。

 

图1. (A)改进湿法纺丝工艺生产rGO/PU纤维的流程图，(B) NCGP工作电极和Ag/AgCl纤维参比电极的制造过程示意图，(C)集成在弹性织物中的NCGP葡萄糖传感器示意图，(D)附加在志愿者手臂上的设备的物理图像。

 

研究人员采用改进的湿法纺丝技术，通过使用毛细管模板，简单地制备了还原氧化石墨烯/聚氨酯纤维(rGO/PU)，并在其表面涂覆导电银胶和合成的Ni - Co MOF纳米片，制备了Ni-Co MOF/Ag/rGO/PU(NCGP)纤维电极。

 

由于Ni-Co具有较大的比表面积和较高的催化活性，与rGO/PU和Ag/rGO/PU纤维电极相比，Ni-Co MOF/Ag/rGO/PU(NCGP)纤维电极具有优异的电催化活性，大大提高了其对葡萄糖检测的电化学性能。灵敏度为425.9 μA·mM−1·cm−2，线性范围为10 μM−0.66 mM。

 

NCGP纤维电极在机械变形下也表现出极高的拉伸和弯曲稳定性以及较高的电化学性能。此外，NCGP纤维电极具有高选择性和长时间存储稳定性。

 

将NCGP纤维工作电极、Ag/AgCl纤维参比电极和Pt丝对电极与吸水织物缝合，并固定在可伸缩的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜衬底上，形成可穿戴的非酶汗葡萄糖传感器，实现了对人体汗液中葡萄糖的高精度实时监测。设计的NCGP纤维可作为可穿戴电化学传感器用于人体汗液的生物诊断。

图2. (A) Ni-Co MOF纳米片的TEM。(B) Ni-Co MOF的XRD。(C) Ni-Co MOFs的XPS。对应的(D) Ni 2p和(E) Co 2p的光谱。(F) Ni-Co MOF的EDX。(G)Ni-Co MOF的元素分布图。(H,I)还原氧化石墨烯/PU纤维的SEM。(J,K) NCGP纤维的SEM。

图3. (A)不同纤维电极在无葡萄糖0.1M NaOH(扫描速率为100 mV·s-1)下的CV曲线。(B)不同纤维电极在0.1 MNaOH和0.1 mM葡萄糖下的CV曲线(扫描速率为100 mV·s-1)。(C)在1 mM葡萄糖存在下，单涂层和双涂层Ni-Co MOF纳米材料基纤维电极的CV曲线。(D)NCGP纤维电极在0~1 mM不同浓度葡萄糖存在下的CV曲线。

图4. (A)记录NCGP纤维电极对一系列葡萄糖浓度的电流响应的安培曲线。(B) NCGP纤维电极对不同浓度葡萄糖电流响应的校准曲线。(C) NCGP纤维电极分别加入葡萄糖、各种干扰物和葡萄糖后的安培响应。(D)添加不同浓度葡萄糖后，NCGP光纤传感器在24、30、38℃不同温度下的电流响应。

 

图5. (A) NCGP可穿戴电化学传感器在不同时间点连续监测汗液葡萄糖1天。(B)用NCGP可穿戴电化学传感器测量汗液葡萄糖浓度，持续1天。(C)用NCGP可穿戴传感器贴片和商用血糖仪测量汗液中的葡萄糖含量，商用血糖仪测得的血糖。

 

链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04106