用于實時壓力健康管理的可穿戴電化學(xué)織物傳感系統(tǒng)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，近年來，抑郁癥被列為全球疾病的最大單一因素，估計有超過3億人患有抑郁癥，相當(dāng)于世界人口的4.4%?？焖贉?zhǔn)確地監(jiān)測個人心理和生理壓力狀態(tài)對于幫助預(yù)防抑郁癥至關(guān)重要。壓力還會引發(fā)各種健康問題，如免疫紊亂、心血管疾病和傳染病。直接反映應(yīng)激狀態(tài)的一種生物反應(yīng)是皮質(zhì)醇（一種糖皮質(zhì)激素類固醇激素）的水平。因此，皮質(zhì)醇監(jiān)測和分析為檢測精神和身體狀態(tài)提供了一種關(guān)鍵方法。

分子印跡聚合物，是對特定分子或化合物具有高親和力結(jié)合位點的人工受體。分子印跡聚合物被認(rèn)為是構(gòu)建具有高穩(wěn)定性和成本效益的可穿戴傳感器的最佳選擇。然而，目前基于分子印跡聚合物的皮質(zhì)醇傳感設(shè)備只能使用一次或非常有限的次數(shù)，由于去除皮質(zhì)醇的方法有限，以及去除過程中分子印跡聚合物和電極之間的界面不穩(wěn)定，導(dǎo)致成本增加和不便。此外，薄膜的使用阻礙了透氣性，其在皮膚上的使用會導(dǎo)致用戶的不適感。實現(xiàn)具有良好穩(wěn)定性、可重復(fù)使用性和透氣性的快速可靠的皮質(zhì)醇檢測仍然迫在眉睫。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）何思斯教授、復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授、南方科技大學(xué)丘龍斌助理教授等人報道了一種基于分子印跡聚合物的織物傳感系統(tǒng)，可快速可靠地檢測皮質(zhì)醇以實現(xiàn)壓力監(jiān)測。該織物傳感系統(tǒng)使用纖維作為生物傳感電極，具有高重復(fù)性、透氣性和穩(wěn)定性，可進(jìn)行個性化的壓力水平監(jiān)測。 織物中的纖維由排列的碳納米管組裝而成，并用含有氧化還原活性納米粒子的分子印跡聚合物進(jìn)行功能化。由此產(chǎn)生的織物可提供1 pM至10 μM的皮質(zhì)醇檢測能力，使其成為性能最佳的皮質(zhì)醇生物傳感器之一。

圖1 用于實時壓力健康管理的可穿戴織物傳感系統(tǒng)示意圖

圖2 用于實時壓力健康管理的織物傳感系統(tǒng)的傳感性能

與傳統(tǒng)的分子印跡聚合物傳感器相比，織物傳感系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的透氣性，并且可以在汗液中重復(fù)使用測試皮質(zhì)醇超過100次。這是通過使用乙醇洗滌的簡單程序?qū)崿F(xiàn)的。關(guān)鍵是纖維電極的活性表面積和可控設(shè)計的孔道距離，保證了聚合物和纖維電極之間的穩(wěn)定界面，賦予織物傳感器優(yōu)良性能。

圖3 織物傳感系統(tǒng)的再生機(jī)制

織物傳感系統(tǒng)可以檢測汗液中的皮質(zhì)醇，然后通過無線傳輸將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)或智能手表，以進(jìn)行無創(chuàng)壓力管理，從而評估壓力水平，以更好地了解人的情緒和健康狀況。

圖4 織物傳感系統(tǒng)對身體汗液進(jìn)行實時壓力分析

該工作以“Wearable and regenerable electrochemical fabric sensing system based on molecularly imprinted polymers for real-time stress management”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。論文通訊作者是哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）何思斯教授、復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授、南方科技大學(xué)助理教授丘龍斌。論文第一作者是胡曉康。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（52103300）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2023A1515010572）、深圳市科技計劃（JCYJ20210324132806017、GXWD20220811163904001）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）創(chuàng)新材料研究中心的儀器儀表的支持。

審核編輯：劉清