王毅研究员团队电化学生物传感器用于穿戴式无创血糖的监测

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近日，我院王毅研究员团队开发了一种基于PEDOT:PSS导电水凝胶与普鲁士蓝纳米颗粒结合的电化学生物传感器，利用反离子电渗的原理将组织液中的葡萄糖电渗到皮肤表面，将传感芯片贴敷于人体皮肤表面进行无创连续监测葡萄糖（图1）。糖尿病是一种以多种病因诱发，以高血糖为特征的代谢紊乱综合症。据报告称，到2030年总人数将达到5.78亿。糖尿病是不能完全治愈的疾病，只能通过控制血糖水平以减缓病情发展，减少并发症的发生。而可穿戴式非侵入性葡萄糖传感器可以为人类提供一种无痛且便携式的方式来监测其血糖并管理其健康状况，因此引起了人们的极大关注。通过检测反向离子电渗法（RI）提取的组织液（ISF）中的葡萄糖，非侵入性人体葡萄糖传感器已得到广泛关注，但是当前的挑战是其结构的复杂性和连续监测的不稳定性。

　　图 1 PEDOT:PSS/DF/PB/GOX传感器的制备；利用反离子电渗的原理在人体皮肤表面进行无创穿戴式血糖监测的示意图，监测结果与商用血糖仪的结果进行比对。
　　我们开发了基于PEDOT:PSS导电水凝胶与普鲁士蓝纳米颗粒结合的电化学生物传感器，证明了在导电水凝胶PEDOT:PSS中加入二甲亚砜(DMSO)、Zonyl FS-300，有效地扩展PEDOT:PSS聚合物链，提高了电子传递速率，改善了普鲁士蓝纳米颗粒（PBNPs）在水凝胶中的均匀分布。实现了基于PEDOT:PSS导电水凝胶与普鲁士蓝纳米颗粒结合的电化学生物传感器传感线性范围为1~243 μM (340.1 μA mM-1 cm-2 ，R2 = 0.985)，243~3243 μM (184.3 μA mM-1 cm-2，R2 = 0.996)，LOD为0.85 μM。同时，该PEDOT:PSS导电水凝胶与普鲁士蓝纳米颗粒结合的电化学生物传感器展现了很好的特异性，在血清中表现出优良的电化学行为，检测结果与商业血糖仪相当。最后，利用基于PEDOT:PSS导电水凝胶与普鲁士蓝纳米颗粒结合的电化学生物传感器进行体表葡萄糖测试（图7）。结果显示：与指尖静脉血糖结果对比，具有很好的相关性。

　　图7 a-b) 穿戴式无创监测葡萄糖和c) 商用指尖扎血的血糖仪检测葡萄糖的示意图。d) 利用此传感器实时无创监测葡萄糖。e-f）对两位志愿者，每隔1小时进行一次无创组织液葡萄糖的电流监测，同时在提取组织液葡萄糖前15min测量血糖。g) 根据f图得到电流响应与血糖浓度的关系曲线。
　　以上结果发表在Chemical Engineering Journal（IF: 13.2, 2022，431，134109）。论文的第一作者为徐长顺和姜丹锋，通讯作者为张庆文副研究员和王毅研究员。该论文获浙江省自然科学基金杰出青年基金（LR19H180001）等基金的资助。
　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134109


       文章来源：国科大温州研究院
       王毅研究员。2010年于德国马普高分子研究所、德国美因茨大学获得理学博士学位。先后在奥地利国家技术研究院、新加坡南洋理工大学从事科研工作。于2015年8月，受聘于中科院温州生物材料与工程研究所研究员。近年来主要研究方向为表面等离子体材料、生物和纳米复合材料等在生物化学传感器方面的应用研究，以及可穿戴传感器、光电传感器和成像设备的开发研究。现主持国家重点研发计划项目（课题）、国家自然科学基金、浙江省杰出青年科学基金、浙江省公益、温州市领军型人才创新创业项目等。2017年入选浙江省“千人计划”，浙江省领军型创新创业团队，2018年浙江省杰出青年基金获得者。截止目前在Material Today, Chemical Science, Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics, Nanoscale等刊发表SCI论文50篇，英文著作3部，发明专利6项。