近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體物理研究所環(huán)境材料與污染控制研究部黃行九研究員團(tuán)隊(duì)受邀在國(guó)際期刊ACS Sensors可穿戴傳感器件專題中撰寫研究論文。團(tuán)隊(duì)結(jié)合固體接觸材料設(shè)計(jì)、微流控層封裝和信號(hào)處理顯示等模塊，研發(fā)了基于全固態(tài)離子選擇性電極的集成發(fā)帶，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汗液中Cl-的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。相關(guān)結(jié)果以“Integrated Headband for Monitoring Chloride Anions in Sweat Using Developed Flexible Patches”為題，作為Supplementary Cover文章發(fā)表在ACS Sensors (ACS Sens.,2025,10,5,3441-3449 )。

汗液作為人體健康信息的重要載體，其中的Cl-濃度動(dòng)態(tài)變化與脫水狀態(tài)評(píng)估、囊性纖維化等疾病診斷密切相關(guān)?，F(xiàn)有的可穿戴傳感器雖已實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)監(jiān)測(cè)，但在Cl-檢測(cè)領(lǐng)域仍面臨兩大技術(shù)壁壘：一是傳統(tǒng)全固態(tài)離子選擇電極（ISE）因界面電荷阻塞和水層滲透導(dǎo)致電位漂移嚴(yán)重；二是柔性器件在長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中存在結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險(xiǎn)，直接影響檢測(cè)可靠性。因此，突破界面穩(wěn)定性與信號(hào)保真度的雙重限制，成為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)汗液電解質(zhì)分析的關(guān)鍵問題。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)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(fù)合傳感界面：通過表面活性劑誘導(dǎo)的氮摻雜碳封裝技術(shù)，構(gòu)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(jià)釩中心（V2+/3+/4+/5+），形成快速離子和電子傳輸雙通道，實(shí)現(xiàn)高界面電容以改善電荷阻塞；結(jié)合聚酰亞胺柔性基底與微流控層封裝設(shè)計(jì)，攻克傳感器機(jī)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(hù)-電容增強(qiáng)”雙重協(xié)同機(jī)制，將離子選擇膜與導(dǎo)電基底的界面極化效應(yīng)顯著降低，并通過結(jié)構(gòu)封裝提升傳感性能。

基于上述基礎(chǔ)，研發(fā)的基于柔性傳感貼片的集成發(fā)帶式傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性和對(duì)汗液中常見離子以及不同光照條件的出色抗干擾性能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于運(yùn)動(dòng)過程中汗液Cl-的監(jiān)測(cè)。該研究為慢性病監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)健康管理提供了穿戴式解決方案，有望促進(jìn)智慧醫(yī)療的發(fā)展。

上述研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研究開發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)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(cè)試和實(shí)體監(jiān)測(cè)。

圖2. ?封面圖。