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  目前電化學(xué)傳感器多數(shù)以薄膜、單根纖維或紗線等作為傳感單元，在可編織、大面積檢測、快速響應(yīng)、長期穩(wěn)定監(jiān)測等方面依然存在著挑戰(zhàn)。近日，五邑大學(xué)于暉教授課題組通過簡便新穎的電輔助芯紡技術(shù)（EACST）研發(fā)了一種基于皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維感應(yīng)紗的電化學(xué)織物傳感器，用于原位監(jiān)測人體汗液中的 K⁺ 濃度。該傳感器舒適性、透氣性，對 K⁺ 的監(jiān)測僅需 2.1 s 即可做出響應(yīng)并穩(wěn)定傳感，具有高度選擇性、低噪聲和信號漂移、良好的長期監(jiān)測穩(wěn)定性以及再現(xiàn)性，可實現(xiàn)實時原位監(jiān)測人體汗液中鉀離子的生理信號。該研究工作以題目為“Weavable, large-scaled, rapid response, long-term stable electrochemical fabric sensor integrated into clothing for monitoring potassium ions in sweat”發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》期刊。

本文亮點

• 采用EACST可連續(xù)生產(chǎn)皮芯結(jié)構(gòu)PPVN yarn，以制備PPVN-EFS（55 cm×35 cm），可監(jiān)測大規(guī)模汗鉀整合到服裝中。
  
• PPVN-EFS的經(jīng)緯紗之間顯著的親疏水性差異，能夠實現(xiàn)汗液在皮層傳感區(qū)域限域吸收；皮層納米纖維具有大量相互連通的納米孔結(jié)構(gòu)以及高比表面積，可為汗液的吸收提供快速滲透和擴散通道。
  
• 傳感器對 K⁺ 的監(jiān)測不但表現(xiàn)出了極強的抗干擾性、迅速的響應(yīng)時間（2.1 s）和優(yōu)異的低噪聲和信號漂移（3.6×10^-2 mV/s），而且具有良好的長期監(jiān)測穩(wěn)定性（6000 s以上）與再現(xiàn)性。

  PPVN yarn 界面皮層納米纖維均勻有序，具有良好的取向性；相互連通的納米孔和高比表面積，為汗液的吸收提供了滲透和擴散通道。 EACST 為 PPVN yarn 保留了芯紗的力學(xué)性能，賦予了 PPVN yarn 可編織成織物的特性以及應(yīng)用于可穿戴傳感器領(lǐng)域的可能性。

  PPVN-EFS 經(jīng)緯紗之間表現(xiàn)出顯著的親疏水性差異，汗液被限域富集在感應(yīng)紗上，被其皮層親水性納米纖維吸收，實現(xiàn)了 PPVN-EFS 在皮層傳感區(qū)域限域吸汗的能力，有助于獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的傳感信號。

  PPVN-EFS獨特的限域吸汗能力以及納米孔結(jié)構(gòu)，既保障了快速吸汗又提供了鎖汗保濕作用，減小檢測誤差，從而對K⁺具有良好的快速響應(yīng)性、選擇性、低噪聲和信號漂移抑制特性，實現(xiàn)傳感器長時間的穩(wěn)定傳感。

  該傳感器可裁縫成背心服裝集成在人體上，通過檢測峰值電流作為傳感信號，為用戶提供實時監(jiān)測汗液鉀離子生理信息。這項工作有望為開發(fā)大面積制備汗液可穿戴傳感智能紡織品提供一個新思路。

  論文第一作者是五邑大學(xué)碩士研究生莫莉莉，通訊作者為五邑大學(xué)于暉教授。本項工作得到香港理工大學(xué)忻浩忠教授的指導(dǎo)。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140473

  詳見課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/yu_hui

  下載：Weavable, large-scaled, rapid response, long-term stable electrochemical fabric sensor integrated into clothing for monitoring potassium ions in sweat