华中科大肖菲教授《AFM》：导电酞菁基MOF/石墨烯纤维助力可穿戴传感器实现汗液连续监测

【导语】

近年来，可穿戴设备在健康管理领域备受瞩目。然而，目前的可穿戴传感器技术存在检测痕量分析物的精度低、皮肤形变导致信号失真以及生物流体补充不足等问题。基于此，华中科技大学肖菲团队最新研发的可穿戴电化学传感器，通过采用原子级精准设计的双活性位点的导电MOF与柔性石墨烯纤维微电极结合，并联合微流控技术与无线微型电化学工作站，实现了对汗液与唾液中尿酸和酪氨酸等关键生物标志物的实时、无创监测。这项研究为数字健康、个性化医疗乃至痛风管理提供了全新技术路径。该研究以题为“Wearable Sensor for Continuous Monitoring Multiple Biofluids: Improved Performances by Conductive Metal-Organic Framework with Dual-Redox Sites on Flexible Graphene Fiber Microelectrode”的论文发表于最新一期的《Advanced Functional Materials》上。

【技术亮点】

创新材料设计

研究人员将具有本征单原子活性位点的酞菁单元引入导电MOF，使其拥有高密度双氧化还原活性位点（Ni-N₄ 和 Co-O₄），能够显著加快电子传输速率，提升传感器对低浓度目标分子的检测灵敏度和选择性。

图1 双氧化还原活性位点的酞菁基金属有机框架的合成与表征

柔性石墨烯纤维微电极

采用新型绿色工艺制备的氮、硼共掺杂柔性石墨烯纤维，具备高导电性、大比表面积和卓越的机械柔性。这不仅保证了传感器在皮肤运动和变形时依然能保持稳定信号，还极大提升了实时体液监测的可靠性。

图2 双氧化还原活性位点的酞菁基金属有机框架修饰的氮硼共掺杂石墨烯纤维微电极的合成与表征

图3 双氧化还原活性位点的酞菁基金属有机框架修饰的氮硼共掺杂石墨烯纤维微电极对尿酸和酪氨酸的电化学传感以及生物相容性测试

微流控与无线集成系统

传感器采用微流控芯片设计，能够高效采集和更新汗液、唾液等生物液体样本。同时，配合定制PCB及蓝牙模块，实现数据的无线传输，用户可通过手机实时查看监测结果，操作简单便捷。

图4 基于复合微电极的可穿戴电化学传感器的设计和制备

【应用前景】

精准健康监控

实验结果显示，该传感器对尿酸和酪氨酸的检测灵敏度高，线性响应范围广，数据与传统高效液相色谱法高度吻合。这为运动健康监测、营养管理以及代谢疾病（如痛风）的早期预警提供了有力技术支持。

图5可穿戴传感器在皮肤上的汗液测试。

无创个性化管理

利用体表汗液和唾液进行生物标志物检测，不仅避免了传统血液检测的侵入性风险，还能实现连续、动态的健康数据采集，有望推动家庭自我健康管理及远程医疗的发展。

图6 无线可穿戴传感器实现潜在的无创痛风管理

【总结】

从精准的纳米材料设计到整体系统的柔性集成，这项研究展示了新型电化学传感器在数字医疗领域的巨大潜力。未来，随着材料缺陷调控和抗生物污染技术的进一步完善，类似传感器将迎来商业化应用，助力个性化健康监控和疾病预防。

来源：高分子科学前沿

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