在復雜的生物流體中進行電位檢測，實現對個人健康的連續電解質監測；然而，由于電極表面失活和生物污垢導致電位穩定性的快速喪失，離子選擇性電極器件的商業化受到了限制。在這里，研究描述了一種簡單的多功能混合貼片，該貼片結合了Au納米顆粒/硅氧烷基固體接觸（SC），由激光內切石墨烯制成的基底支撐在聚（二甲基硅氧烷）上，用于非侵入性檢測汗液Na
+和K
+。這些SC納米復合材料在離子到電子轉移過程中防止了水層的形成，在暴露13小時后，Na
+和K
+離子選擇電極分別保持了3和5μV/h的電位漂移。硅氧烷片的層狀結構增加了SC面積。此外，具有大表面積和優異導電性的電鍍Au納米顆粒進一步增加了離子選擇性膜與固態觸點之間界面的雙電層電容，從而促進了離子到電子的轉換，最終提高了Na
+和K
+的檢測穩定性。此外，柔性貼片中的集成溫度和心電圖傳感器分別有助于監測體溫和心電圖信號。該貼片同時具有電化學離子選擇性和物理傳感器，為自我監測健康提供了巨大的潛力。
圖1. （a） 基于LIG的電極的制造和硅氧烷合成的示意圖。（b） 混合貼片的傳感電極的功能化和最終貼片的應用圖。
圖2. （a） FE-SEM圖像顯示了LIG/PDMS的表面形態。（b） 硅氧烷片在LIG/PDMS上分布的FE-SEM圖像。（c） 具有多層結構的硅氧烷的局部放大的FE-SEM圖像。（d） 在工作電極上改性的AuNP/硅氧烷的局部放大的FE-SEM圖像。
圖3. （a） LIG和AuNP/硅氧烷/LIG的XRD分析光譜。氧化石墨烯和石墨的（001）和（002）晶面（黑色）分別證實了通過激光燒蝕裸LIG將PI膜有效轉化為石墨烯。對于AuNP/硅氧烷/LIG，AuNPs的（111）、（200）和（220）指數（紅色）。此外，歸屬于（001）、（100）和（111）平面（青色）的峰歸因于從CaSi
2蝕刻的硅氧烷相。（b） LIG和AuNP/硅氧烷/LIG的XPS測量光譜。（c） AuNP/siloxene/LIG的高分辨率Si2p光譜。（d） 高分辨率Au 4f光譜AuNP/硅氧烷/LIG。
圖4. （a） 說明Na
+和K
+傳感器工作機制的示意圖。（b） 在0.5 mM–636.5 mM的濃度范圍內，OCP對Na
+的線性響應。（c）Na
+對數濃度和OCP測量值之間的線性校準圖。（d） 在0.1至156.6mM的濃度范圍內，對K+的線性OCP響應。（e）K
+對數濃度和OCP測量值之間的線性校準圖。（f） Na
+傳感器在其他離子組合物如K
+、Ca
2+、NH
4+、葡萄糖、乳酸和抗壞血酸干擾存在下的選擇性測試結果。（g） K
+傳感器在其他離子組合物（包括Na
+、Ca
2+、NH
4+、葡萄糖、乳酸和抗壞血酸干擾）存在下的選擇性測試結果。
圖5. （a） 四種不同Na
+傳感器的再現性測試。（b） Na
+傳感器連續三次檢測到的不同濃度Na+傳感器的重復性測試結果。（c） 四種不同K
+傳感器的再現性測試。（d） K
+傳感器連續三次檢測到的不同濃度K
+傳感器的重復性測試結果。
圖6.（a） 當溫度從26°C上升到55°C時，溫度傳感器對電阻變化的響應。（b） 隨著溫度從26°C升高到55°C，溫度傳感器的相對正電阻變化。（c） 溫度傳感器對27.5至47.3°c的增量溫度的動態電阻響應。（d） 通過在20°C和60°C之間重復加熱-冷卻測試，溫度傳感器的可恢復性。（e） 通過商用ECG傳感器（濕）和基于LIG/PDMS的ECG傳感器（干）測量ECG信號。（f） 通過基于LIG/PDMS的ECG傳感器測量胸部的ECG信號。
圖7.當志愿者騎自行車進行身體汗液測試時，安裝在志愿者胸部的集成心電圖傳感器、溫度傳感器和K
+ISE和Na
+ISE的貼片的實時響應。
相關研究成果由光云大學Jae Yeong Park等人2024年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c16676)上。原文：Multifunctional Siloxene-Decorated Laser-Inscribed Graphene Patch for Sweat Ion Analysis and Electrocardiogram Monitoring
轉自《石墨烯研究》公眾號
