Schweißsensor-Armbanduhr bietet Echtzeitüberwachung der Körperchemie

Die langfristige Zuverlässigkeit dieser Uhr ist bemerkenswert

30.05.2024

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Laut einer in ACS Nano veröffentlichten Studie hat ein Team unter der Leitung von Prof. HUANG Xingjiu vom Institut für Festkörperphysik des Hefei Institutes of Physical Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine einzigartige Armbanduhr entwickelt. Mehrere Module, darunter ein Sensor-Array, ein mikrofluidischer Chip, Signalverarbeitung und ein Datenanzeigesystem wurden in diese fortschrittliche Uhr gepackt, um Chemikalien im menschlichen Schweiß zu überwachen.

"Sie kann den Gehalt an Kalium- (K+), Natrium- (Na+) und Kalzium- (Ca2+) Ionen kontinuierlich und genau überwachen", so Prof. HUANG, "und bietet sowohl Echtzeit- als auch Langzeitverfolgungsmöglichkeiten."

Bei Schweißsensoren, die auf elektrochemischen Methoden beruhen, wurden enorme Fortschritte erzielt, so dass es einfacher ist, Veränderungen im Körper zu verfolgen. Die Stabilität des Sensorchips ist ausschlaggebend für die Anwendungswirkung und die Lebensdauer, was der Schlüssel zur Gewährleistung eines langfristig zuverlässigen Betriebs des Sensors ist. Daher konzentrierten sich die Forscher auf die Entwicklung einer stabilen SC-Schnittstelle als Kernkomponente, während mehrere Module des Schweißsensors vollständig integriert wurden, um eine gleichzeitige und zuverlässige Überwachung mehrerer Zielionen zu ermöglichen.

In dieser Studie entwickelten die Forscher massengefertigte Sensorarrays auf der Grundlage von hierarchischen, mehrschichtigen, porenvernetzten, N-dotierten, porösen Kohlenstoffkugeln, die mit reduziertem Graphenoxid (NPCs@rGO-950) beschichtet sind und eine hohe Hydrophobizität als Kern-SC aufweisen. Dies ermöglichte die hochselektive Überwachung von K+-, Na+- und Ca2+-Ionen im menschlichen Schweiß.

Mit Hilfe der Computertomographie und der Simulation der Potentialdiffusion an Festkörper-Grenzflächen stellten sie fest, dass die Diffusion von Substanzen zwischen Festkörper-Grenzflächen sehr gering und die Fähigkeit, elektrische Ladung an diesen Grenzflächen zu speichern, hoch ist. Dies gewährleistet eine hervorragende Potenzialstabilität, Reversibilität, Wiederholbarkeit und Selektivität der Sensorarrays.

Die langfristige Zuverlässigkeit dieser Uhr ist bemerkenswert. Sie kann die drei Ionen im menschlichen Schweiß über 6 Monate lang konstant überwachen und übertrifft damit die Stabilität vieler anderer Sensoren, über die bereits berichtet wurde.

Diese Studie stellt einen umfassenden Ansatz für das Materialdesign, die Erforschung der Schnittstellenmechanismen, die Massenproduktion von Sensorchips und die modulare Vollintegration dar, der mehr Möglichkeiten für tragbare elektrochemische Schweißsensoren bietet, so das Team.

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