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(xué)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(xué)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(xué)化學(xué)學(xué)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(xué)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(xué)結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)構(gòu)表征



圖3電化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)碩士生林欣昀。該研究得到了東北師范大學(xué)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(xué)基金委的資助。

審核編輯：劉清