von Cai Xin und Zhao Weiwei, Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften
Forscher haben eine einzigartige Armbanduhr entwickelt, die mehrere Module enthält, darunter ein Sensorarray, einen Mikrofluidchip, Signalverarbeitung und ein Datenanzeigesystem zur Überwachung chemischer Stoffe im menschlichen Schweiß. Ihre Studie ist veröffentlicht im Journal ACS Nano.
„Es kann die Konzentration von Kalium- (K+), Natrium- (Na+) und Kalzium- (Ca2+) Ionen kontinuierlich und genau überwachen und bietet sowohl Echtzeit- als auch Langzeit-Tracking-Funktionen“, sagte der leitende Forscher Prof. Huang Xingjiu vom Institut für Festkörperphysik an den Hefei Institutes of Physical Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Bei Schweißsensoren auf Basis elektrochemischer Methoden wurden enorme Fortschritte erzielt, wodurch sich Körperveränderungen leichter verfolgen lassen. Die Stabilität des Sensorchips ist entscheidend für seine Anwendungswirkung und Lebensdauer, was der Schlüssel zur Gewährleistung eines langfristig zuverlässigen Betriebs des Sensors ist.
Daher konzentrierten sich die Forscher auf die Entwicklung einer stabilen SC-Schnittstelle als Kernkomponente und integrierten gleichzeitig mehrere Module des Schweißsensors vollständig, um eine gleichzeitige und zuverlässige Überwachung mehrerer Zielionen zu ermöglichen.
In dieser Studie entwickelten die Forscher massenproduzierte Sensorarrays auf der Basis von hierarchisch mehrschichtig vernetztem, N-dotiertem porösem Kohlenstoff, der mit Mikrokugeln aus reduziertem Graphenoxid (NPCs@rGO-950) mit hoher Hydrophobie als Kern-SC beschichtet ist. Dies ermöglichte eine hochselektive Überwachung von K+-, Na+- und Ca2+-Ionen im menschlichen Schweiß.
Mithilfe von Computertomografie und Simulation der Potentialdiffusion an Festkörper-Grenzflächen fanden sie heraus, dass die Diffusion von Substanzen zwischen Festkörper-Grenzflächen sehr gering ist und die Fähigkeit, elektrische Ladung an diesen Grenzflächen zu speichern, hoch ist. Dies gewährleistet die hervorragende Potentialstabilität, Reversibilität, Wiederholbarkeit und Selektivität von Sensorarrays.
Die langfristige Zuverlässigkeit dieser Uhr ist vielversprechend. Sie kann die drei Ionen im menschlichen Schweiß über 6 Monate hinweg kontinuierlich überwachen und übertrifft damit die Stabilität vieler anderer bisher bekannter Sensoren.
Diese Studie stelle einen umfassenden Ansatz für Materialdesign, Schnittstellenmechanismusforschung, Massenproduktion von Sensorchips und modulare Vollintegration dar und biete laut Angaben des Teams mehr Möglichkeiten für tragbare elektrochemische Schweißsensoren.
Mehr Informationen:
Xin Cai et al, Vollständig integrierte Multiplex-Armbanduhr zur Echtzeitüberwachung von Elektrolytionen im Schweiß, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c13035
Zur Verfügung gestellt von Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften