對于代謝性疾病的實時護理，要求具有監(jiān)測代謝物含量和診斷肌肉狀態(tài)的功能。然而，目前同時具有檢測電化學和生物電信號功能的診療一體生物傳感器很少有報道。因此，設(shè)計一種集汗液電化學檢測、電生理信號采集和電刺激治療于一體的多功能生物傳感器，以此實現(xiàn)對代謝性疾病的診斷和治療至關(guān)重要。

近日，北京師范大學化學學院劉楠教授團隊開發(fā)了一種基于導(dǎo)電MOF/MXene的多功能生物傳感器用于健康監(jiān)測，具有汗液電化學檢測、電生理信號采集和電刺激治療于一體的多重功能（圖1）。

圖1多功能集成生物傳感器示意圖

該工作是以導(dǎo)電MOF（Ni?(HITP)?）和MXene為原料，使用無紡布，通過真空輔助浸漬MXene和原位錨定MOF制備得到MOF/MXene電極（圖2）。該電極較MXene電極具有低溶液阻抗、高電荷存儲能力、高穩(wěn)定性，具有作為電生理電極的潛能（圖3）。

圖2化學結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)構(gòu)表征



圖3電化學性能

進一步將MOF/MXene電極作為表皮電極，具有低皮膚/電極界面阻抗，可記錄高保真的電生理信號，同時也可快速響應(yīng)記錄電刺激信號（圖4）。

此外，該電極基于導(dǎo)電MOF的電化學活性，對尿酸和葡萄糖均有良好的傳感性能（圖5）。基于上述三重功能，研究人員將多功能生物傳感電極與柔性電路印刷版集成，有助于實現(xiàn)實時汗液中代謝物檢測、表皮電生理信號監(jiān)測并通過電刺激緩解肌肉功能障礙。

圖4電生理信號采集與電刺激性能

圖5電化學傳感性能

圖6基于MXene和導(dǎo)電MOF的多功能可穿戴傳感器

該工作以“AMultifunctional Biosensor via MXene Assisted by Conductive Metal–Organic Framework for Healthcare Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。文章第一作者是北京師范大學碩士生林欣昀。該研究得到了東北師范大學鄒小勤老師在MOF合成和表征方面的支持與幫助。該研究還獲得了國家自然科學基金委的資助。

審核編輯：劉清