基于石墨烯纤维无纺布的高灵敏度透气电极用于无创血糖监测
2022-01-06 15:12:28
近日，我院王毅研究员团队在一区Top期刊Nano Energy（IF: 17.884）上发表了学术论文，题为：“Air-permeable electrode for highly sensitive and noninvasive glucose monitoring enabled by graphene fiber fabrics”，链接为https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106904。
具有无创血糖监测功能的可穿戴式电化学传感器，对于糖尿病的诊断和管理具有重要意义。然而，汗液、泪液或电渗组织间液中低的葡萄糖浓度及平庸的电极灵敏度限制了其可靠性的提升。由融合石墨烯纤维组装而成的石墨烯纤维无纺布（GFF），兼具优异的电学、力学以及液体传输特性，在可穿戴领域具有巨大的应用前景。
实验结果表明，以GFF为导电骨架、电化学沉积普鲁士蓝纳米颗粒（PB）为信号转换层复合得到的GFF-PB，对过氧化氢具有极高的电化学响应，其灵敏度约为7298.7 μA mM-1 cm-2。得益于牢固的石墨烯纤维融合位点，GFF-PB在0到180o的弯曲范围内，其电阻基本保持不变。进一步地，经葡萄糖氧化酶（GOx）和壳聚糖（CS）修饰后，GFF-PB-GOx-CS在2-220 μM浓度范围内对葡萄糖的电化学灵敏度为1539.53 μA mM-1 cm-2、在220-650 μM浓度范围内对葡萄糖的电化学灵敏度为948.48 μA mM-1 cm-2，且其电化学响应对葡萄糖具有高度选择性。上述优异性能主要得益于：（1）GFF-PB中电子和电解质的高速传输通道；（2）亲水性普鲁士蓝沉积后GFF-PB对液体的自发吸收提高了活性材料的利用率。使用该电极结合反向离子电渗 (RI) 技术进行的无创血糖监测结果与商用指尖血糖测试仪的血糖测试结果具有良好的相关性。此外，GFF-PB还具有出色的透气性，有益于提升使用者的穿戴舒适性。
该成果得到国家重点研发计划项目(2017YFC0111300)、浙江省自然科学基金杰出青年项目（LR19H180001）、国家自然科学基金项目(52073051)、温州市龙湾区科技发展项目（2016YG15）、温州市领军型人才创新创业项目（RX2016005）和温州市基础性工业科技项目（G2020005）支持。论文第一作者为王毅课题组的博士后蔡盛赢，通讯作者为我院张庆文副研究员、东华大学李召岭研究员和王毅研究员（最后通讯）。
