成果简介
开发能够在不限制用户行动的情况下进行连续监测的无创葡萄糖传感器至关重要，尤其是对于需要长期持续观察的糖尿病管理而言。传统的传感器往往面临精度和稳定性方面的挑战，从而限制了其实际应用。为了解决这些问题，本文，东南大学Xiao Li、 胡涛副教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表名为“Fully Integrated Biosensing System for Dynamic Monitoring of Sweat Glucose and Real-Time pH Adjustment Based on 3D Graphene MXene Aerogel”的论文，研究创新性地将由Ti3C2Tx MXene和还原氧化石墨烯（MX-rGO）组成的三维多孔气凝胶应用于电化学传感。
它大大缩短了酶的氧化还原中心与电极表面之间的电子传递距离，同时牢固地固定了酶层，有效地防止了任何泄漏。我们研究的另一项关键进展是将传感器与专为分析汗液葡萄糖而定制的实时自适应校准机制相结合。这种传感器不仅能测量葡萄糖水平，还能动态监测和调整汗液中的 pH 值波动。这些功能可确保在体育活动中精确传递生理数据，为个性化健康管理提供有力支持。
图文导读
图1.生物传感器的制造过程。
图2.3D MX-rGO 和 MX-rGO-PANI纳米结构的形态和微观结构特征。
图3.3D MX-rGO 和 MX-rGO-PANI 纳米结构的结构表征。
图4.葡萄糖传感器和 pH 传感器在各种测试条件下的性能特征。
图5.验证用于动态原位汗液监测的完全集成的双功能可穿戴传感器。
小结
尽管汗液生物传感器取得了重大进展，但仍迫切需要开展研究，重点开发能够进行可靠、长期和实时生理监测的传感器，尤其是用于临床应用的传感器。在各种生物传感器中，葡萄糖传感器因其在临床研究，尤其是糖尿病诊断中的关键作用而脱颖而出。目前，葡萄糖水平主要通过血液或尿液样本进行测量，这一过程既复杂又不方便日常使用，但对于评估治疗效果和预防糖尿病急症却至关重要。虽然人们对不影响日常活动的无创葡萄糖监测需求很大，但由于稳定性问题，此类产品相对稀缺。
在这项研究中，我们创新性地利用三维多孔 MX-rGO气凝胶作为传感器电极的基底材料。这种方法通过缩短电子传递距离和牢固固定酶层以防止泄漏，大大提高了葡萄糖检测的灵敏度、准确性和机械强度。此外，通过将 PANI 集成到MX-rGO纳米平台中，我们构建了一个三维互连电极网络，同时引入氮原子以增加电催化活性位点，从而提高了传感器的响应速度、可逆性、选择性和稳定性。此外，汗液 pH 值的实时校准为酶传感器提供了可靠的测量结果，拓展了这些多功能传感器在运动成绩监测方面的实际应用。葡萄糖传感器在20-200μM 范围内表现出较高的线性度（0.99），灵敏度为 15.5μA mM-1 cm-2，检测限为 3.69μM。此外，pH传感器在pH4-8的线性范围内具有62.96mV/pH的高灵敏度。总之，本研究开发的全集成多通道传感器为预测性临床诊断、个性化健康监测和慢性疾病管理提供了可靠的无创解决方案。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.4c13013
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