中山大学吴进Nature子刊：可拉伸自供电传感检测痕量生物标志物！|中山大学|传感器|化学|吴进|水凝胶

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研究内容

及时和远程的生物标志物检测在个性化医疗和健康保护中是非常需要的，但在迄今为止报道的设备中存在巨大挑战。

中山大学吴进提出了一种基于原电池结构的成本效益高、灵活且自供电的传感设备，用于各种应用场景中的H2S生物标志物分析。传感机制归因于气体分子在电极表面的化学吸附引起的电极电势的变化。可拉伸有机水凝胶被用作固态电解质，使器件在拉伸变形或各种环境中能够稳定和长期运行。该传感装置对H2S表现出高灵敏度、低检测极限和优异的选择性。相关工作以“Design of stretchable and self-powered sensing device for portable and remote trace biomarkers detection”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

研究要点

要点1.该自供电和可拉伸的H2S传感器具有由两个不同的金属电极和聚丙烯酰胺(PAM)/藻酸钙(CA)双网络(DN)水凝胶组成的类原电池结构。其中，富含水且具有离子导电性的PAM/CA水凝胶作为系统中的固态可拉伸电解质，赋予传感器高柔性和可拉伸性。当暴露于H2S时，金属电极中的一个用作活性电极以与目标气体相互作用，而另一个金属电极用作参比。该装置的OCV被监测以表示水凝胶表面上两个金属电极之间的电极电势差，不需要外部电源，也不发生快速电极腐蚀。

要点2.H2S在各种金属电极上的作用表现出明显的差异，其在Ag电极上的化学吸附最强，在去除H2S时具有良好的可逆性。制造的气体传感器在RT(25°C)下表现出优异的灵敏度、重复性和优异的选择性，能够在严重的机械变形或需氧/厌氧环境中工作，有利于实际应用的发展。

要点3.在水凝胶中用甘油(Gly)代替溶剂后，传感装置的稳定性和环境耐受性相应地大大提高。此外，H2S传感器的LOD计算为0.79 ppb，低于最先进的H2S传感器，因此可以检测细菌释放的H2S生物标志物。作者进一步通过使用开发的H2S传感器进行口臭诊断和肉类变质监测，能够实时识别口臭患者和变质猪肉。最后，还开发了一种无线H2S报警系统，该系统可以通过蓝牙或数据云共享实时远程识别H2S泄漏，说明了其在健康安全保护和物联网方面的应用潜力。

该工作突破了传统化学电阻传感器的缺点，为设计满足其他刺激检测要求的可穿戴传感器提供了方向和理论基础。

研究图文

图1. Zn/Ag/DNH传感器的制备和应用示意图。

图2. Zn/Ag/DNO的H2S传感性能。

图4. Zn/Ag/DNO的传感机理。

图5. H2S检测应用场景。

文献详情

Design of stretchable and self-powered sensing device for portable and remote trace biomarkers detection

Wenxi Huang, Qiongling Ding, Hao Wang, Zixuan Wu, Yibing Luo, Wenxiong Shi, Le Yang, Yujie Liang, Chuan Liu, Jin Wu*

Nat. Commun.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40953-z

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