瑞典林雪平大学《ACS AMI》:导电聚合物增强激光辐照石墨烯作为柔性皮肤贴片生物传感器的异质结构3D传感器

成果简介

灵活的皮肤贴片生物传感器有望用于无创测定汗液中的生理参数，以进行健身和健康监测。然而，开发此类生物传感器需要满足各种先决条件，包括创建柔性导电平台、弯曲/接触稳定性、快速电化学动力学和生物分子的固定化。本文，瑞典林雪平大学Lingyin Meng,等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Conducting Polymer-Reinforced Laser-Irradiated Graphene as a Heterostructured 3D Transducer for Flexible Skin Patch Biosensors”的论文，研究将导电聚合物增强激光辐照石墨烯 (LIG) 网络，用于柔性皮肤贴片生物传感器的异质结构三维 (3D) 换能器。

具有分层互连石墨烯结构的 LIG 通过局部激光照射在聚酰亚胺上几何图案化，作为柔性导电平台，然后通过聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）（PEDOT）作为具有改进的结构/接触稳定性和电化学动力学的导电粘合剂（PEDOT/LIG）。增强型 PEDOT/LIG 的互连孔用作 3D 宿主基质，用于高负载“人工”（普鲁士蓝，PB）和天然酶（乳酸氧化酶，LOx），形成紧凑且异质结构的 3D 传感器（LOx/PB- PEDOT/LIG) 用于乳酸生物传感，具有出色的灵敏度 (11.83 μA mM–1 )。我们展示了柔性皮肤贴片生物传感器的制造，该传感器包括定制的集成三电极系统，可在 0-18 mM 的宽生理线性范围内实现人造汗液中乳酸的电流检测。折叠式3D腕带乳酸生物传感器和用于同时监测乳酸和葡萄糖的双通道生物传感器的开发进一步说明了这种简便且通用的传感器的优势。这种用于柔性生物传感器的异质结构换能器的创新设计概念与通用的制造方法相结合，可能会推动新型可穿戴和可皮肤安装的生物传感器的开发，用于监测生物体中的各种生理参数，以实现健身和健康管理。

图文导读

方案1. 柔性皮肤贴片生物传感器示意图

图2. (a) 在 LIG 上图案化 PEDOT 的示意图；(b) PEDOT/LIG和EDS映射的SEM图像；(c) PEDOT/LIG和50%的LIG在5mMFe(CN)6 3–/4– 0.1 M KCl 中的EIS ；(d) 将LIG和 PEDOT/LIG 安装到纸上的图像；(e) 结构稳定性试验示意图；（f）LIG（上）和PEDOT/LIG（下）弯曲前（左）和弯曲后（右）的SEM图像；比例尺为 20 μm，插图比例尺为 1 μm。

图3. (a) 多孔PEDOT/LIG上PB沉积和LOx负载的示意图；(b) PB-PEDOT/LIG的SEM图像，及其关键元素 C、S 和 Fe 的 EDS 映射；(c) LOx/PB-PEDOT/LIG 的 SEM 图像；(d) FITC-BSA 固定的 PB-PEDOT/LIG 的 3D（左）和正交截面（右）共焦图像。

图4. (a) 三电极系统的集成；(b) 集成三电极系统对人造汗液中乳酸浓度在 0-20 mM 范围内的电流响应；(c) 对应的校准曲线，n = 3；(d) 2D 贴片和 3D 腕带的数字图像 (i)，与电缆和微型恒电位仪 (Sensit Smart) 的连接 (ii)，以及适合佩戴的 3D 腕带 (iii)；(e) 2D 贴片和 3D 腕带用于皮肤模型人造汗液乳酸检测的比较；(f) 集成双通道电极系统，用于同时检测乳酸和葡萄糖。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.1c13164