人体生物分子和生物标志物的可穿戴智能检测具有重要的实际意义,其可以实时快速的反映人体健康状况。基于对酶催化生物分子反应产物过氧化氢的检测可间接反映酶反应底物(如葡萄糖、乳酸、氨基酸)的浓度信息。多数的过氧化氢检测方法是复杂、昂贵且耗时的;同时其生物相容性较差。电化学传感具有设备简单、分析成本低、响应快和灵敏度高等优点,因此,电化学生物传感器具有极大发展潜力和前景。
朱楠课题组成功开发了基于新颖丝网印刷阵列的可穿戴传感器,并通过智能手机对过氧化氢和酶反应底物进行实时远程监测(上图)。与其他检测方法相比,该传感器便携式可穿戴,可移动,灵活和生物相容的,并可用于监测以过氧化氢为酶反应副产物的生物分子。此项工作对于开发一种直接,高效且低成本的方法来实现对于反映人体健康状况的生物分子检测具有重要意义,并将有可能应用于人工智能(AI)领域。相关研究成果发表于分析化学类国际权威期刊 “Biosensors and Bioelectronics”(2019, 144, 111637-111643),论文第一作者是博士生马俊林同学。
甲醇作为一种基础化工原料,是生产的常用溶剂,也是醇类燃料电池的常用燃料之一。虽然甲醇的应用范围广泛,但其作为一种挥发性有机物,会对人体的神经系统产生毒化作用,因此,实时监测环境中的甲醇蒸汽浓度对于生产安全保证具有重要意义。此外,对于甲醇燃料电池而言,实时获取甲醇的浓度信息有助于保证燃料电池稳定的输出功率。目前,科学家们发展了一系列物理和化学传感器用于甲醇检测,然而,现有的甲醇传感器一般存在选择性差,操作温度高,线性范围窄等问题,且无法实现气液两用及实时检测。
朱楠课题组发展了可穿戴气液双功能甲醇传感器。通过将甲醇电化学氧化机理、丝网印刷技术与传统的电化学检测过程相结合,创造性地发展了气液双功能甲醇传感器,实现了高性能可穿戴传感器件的制备,且拉伸及弯曲测试均表现出优异性能(上图a)。相关研究成果以封面文章形式发表于分析化学和传感领域权威期刊“ACS Sensors”(2019, 4, 152),论文第一作者是博士生江禹同学。
在此基础上,课题组进一步报道了可穿戴气液双功能醇类传感平台的升级改造,通过新材料及工艺改进极大提高传感设备的选择性和灵敏度,并结合智能App技术实现其远程精准检测,推动可穿戴醇类传感设备向实用化进一步迈进(上图b)(Analytical Chemistry, 2020, 92, 5897-5903),论文第一作者是博士生马鸿婷同学。可穿戴醇类传感设备将为交警便携式酒驾检测和加油站泄露报警有着潜在的应用价值。
上述工作通讯作者朱楠特聘研究员,于2017年起加入大连理工大学张大煜学院组建“可穿戴电化学传感及纳米能源器件”课题组。2013-2017年曾分别在美国加州大学圣地亚哥分校和丹麦哥本哈根大学从事博士后研究工作;2013年博士毕业于丹麦技术大学。曾获“第63届国际电化学年会最佳墙展奖”(捷克);2019年“中国青年化学家元素周期表”代言人(全国118人)。以上研究工作得到了国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、大连市科技创新基金、中央高校基本科研业务费和大连理工大学的大力支持。