近期，中國科學院合肥物質院固體所環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，研發了基于全固態離子選擇性電極的集成發帶，實現了對汗液中Cl-的實時監測。相關結果作為Supplementary Cover文章發表在ACS Sensors。
汗液作為人體健康信息的重要載體，其中的Cl-濃度動態變化與脫水狀態評估、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測，但在Cl-檢測領域仍面臨兩大技術壁壘：一是傳統全固態離子選擇電極（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監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。
研究團隊創新性地開發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，研發的基于柔性傳感貼片的集成發帶式傳感器展現出優異穩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-的監測。該研究為慢性病監測和運動健康管理提供了穿戴式解決方案，有望促進智慧醫療的發展。
上述研究得到了國家重點研究開發計劃、中國科學院青年創新促進會、國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.4c03366
圖1. 柔性傳感貼片的性能測試和實體監測。
圖2. 封面圖。
