广州大学牛利&王伟Anal. Chem.：可穿戴电化学pH传感器用于实时检测汗液!

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研究内容

汗液pH值是评价人体健康状况的重要指标。随着可穿戴、柔性生物传感设备的广泛关注，人体汗液监测技术得以实现。

广州大学牛利教授和王伟教授通过在其表面使用氟烷基硅烷功能化作为疏水保护层来制备超疏水Ti3C2Tx MXene，开发了一种灵敏、微型化、柔性的电化学汗液pH传感器，用于连续实时监测人体汗液中氢离子浓度。相关工作以“Superhydrophobic Functionalized Ti3C2Tx MXene-Based Skin Attachable and Wearable Electrochemical pH Sensor for Real-Time Sweat Detection”为题发表在Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1.作者通过超声插层将聚苯胺传感器材料成功地插入到具有优异氧化稳定性和防止性的氟烷基硅烷功能化Ti3C2Tx (F-Ti3C2Tx) MXene层中，成功制备的杂化界面材料F-Ti3C2Tx/PANI。F-Ti3C2Tx/PANI可提供离子电荷传输的多层穿透结构，有助于提高电极的双层电容，提高电极的电导率，提高电化学稳定性。

要点2.研究人员将F-Ti3C2Tx/PANI作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极。通过简单、低成本的丝网印刷技术，在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜衬底上制备了柔性电极，电极具有高响应性、灵敏度和可逆性。可用于检测人体汗液中的H3O+浓度。

要点3.F-Ti3C2Tx/PANI pH传感器是一种微型、便携、可穿戴的pH传感器，可实时监测人体运动过程中的汗液pH值。与非原位分析相比，女性和男性体表汗液pH值监测具有较高的准确性和持续稳定性。

本研究为开发一种基于MXene的高可靠性微型pH传感器，为实现人体汗液pH值的在线监测提供了一种简便实用的解决方案。

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研究图文

图1. (a)基于丝网印刷工艺制备pH传感器电极的示意图。(b)制造传感器电极的结构尺寸示意图。(c)制备传感器电极在正常状态和机械弯曲条件下的照片以及电极截面的SEM。(d) PVC/DOS基Ag/AgCl参比电极的表征。(e) H3O+检测工作电极原理，电极截面SEM。

图2. (a) Ti3C2Tx和F-Ti3C2Tx滤膜的CA测量以及Ti3C2Tx和F-Ti3C2Tx粉末在DI水中的分散性。(b) F-Ti3C2Tx滤膜在强酸溶液(pH=1)、DI水(pH=6.8)和碱性溶液(pH=13)不同环境下的CAs。(c) 放置在实验室60天后，F-Ti3C2Tx滤膜的HSCAs和ASCAs。(d) Ti3AlC2、Ti3C2Tx和F-Ti3C2Tx在不同溶液中的Zeta电位值。

图3. (a) PANI、Ti3C2Tx/PANI和F-Ti3C2Tx/PANI电极在0.05 M H2SO4中的EIS。(b) PANI、Ti3C2Tx/PANI、F-Ti3C2Tx/PANI电极水层测试。(c)在0.05 M H2SO4中5 h，三个电极的电位漂移。(d-f)连续添加不同浓度的干扰离子对PANI、Ti3C2Tx/PANI和F-Ti3C2Tx/PANI电极的选择性评价。

图4. (a-c) PANI、Ti3C2Tx/PANI和F-Ti3C2Tx/PANI的电位pH可逆反应。(d-f)对应电极循环试验的线性响应曲线。

图5. (a)可穿戴pH传感装置的照片，包括锂离子电池、微型电位器、F-Ti3C2Tx/PANI pH传感器和固定装置的运动帽。(b) F-Ti3C2Tx/PANI pH传感器，用于连续实时监测汗液pH值(女性为粉色曲线，男性为蓝色曲线)。(c)比较原位电化学工作站、pH计和可穿戴F-Ti3C2Tx/PANI pH传感器测量的人体汗液pH值。(d) F-Ti3C2Tx/PANI化合物作为H3O+选择性膜和SC-ISEs中用于检测人体汗液pH值的中间固体接触层的应用示意图。

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文献详情

Superhydrophobic Functionalized Ti3C2Tx MXene-Based Skin Attachable and Wearable Electrochemical pH Sensor for Real-Time Sweat Detection

Lijuan Chen, Fan Chen, Gang Liu, Haoliang Lin, Yu Bao, Dongxue Han, Wei Wang,* Yingming Ma, Baohua Zhang, Li Niu*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c00684

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作者简介

牛利，教授，博士生导师，广州大学分析科学技术研究中心主任。国家杰出青年科学基金获得者、英国皇家化学会会士 (FRSC)、中国化学会高级会员、中国科学院“百人计划”、国家“万人计划”领军人才、国务院特殊津贴获得者、国家科技部“中青年科技创新领军人才”、中国科学院科技创新“交叉与合作团队”负责人、广州市杰出专家。

主要研究方向包括化学传感分析、材料电化学、光谱电化学及分析仪器化设计等。设计合成多种新型基于碳纳米、离子液体、金属纳米粒子及导电聚合物为主体的纳米结构复合材料，面向环境水体、土壤、海洋、食品及公共安全等领域开发多种电化学分析传感器件，结合电子工程和软件工程技术，研制多种新型分析检测/监测仪器设备。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Anal. Chem.等国内外核心刊物发表科研论文300余篇，他人引用15000余次，申请国家发明专利100余项，撰写中英文专著4部。在国内外学术会议上作大会报告和邀请报告80余次。

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