北京师范大学刘楠教授团队AFM：基于导电MOF/MXene的多功能生物传感器用于健康监测

对于代谢性疾病的实时护理，要求具有监测代谢物含量和诊断肌肉状态的功能。然而，目前同时具有检测电化学和生物电信号功能的诊疗一体生物传感器很少有报道。设计一种集汗液电化学检测、电生理信号采集和电刺激治疗于一体的多功能生物传感器，以此实现对代谢性疾病的诊断和治疗。

近日，北京师范大学化学学院刘楠教授团队开发了一种基于导电MOF/MXene的多功能生物传感器用于健康监测，具有汗液电化学检测、电生理信号采集和电刺激治疗于一体的多重功能（图1）。该工作是以导电MOF(Ni3(HITP)2)和MXene为原料，使用无纺布，通过真空辅助浸渍MXene和原位锚定MOF制备得到MOF/MXene电极（图2）。该电极较MXene电极具有低溶液阻抗、高电荷存储能力、高稳定性，具有作为电生理电极的潜能（图3）。进一步将MOF/MXene电极作为表皮电极，具有低皮肤/电极界面阻抗，可记录高保真的电生理信号，同时也可快速响应记录电刺激信号（图4）。基于导电MOF的电化学活性，对尿酸和葡萄糖均有良好的传感性能（图5）。基于上述三重功能，我们将多功能生物传感电极与柔性电路印刷版集成，有助于实现实时汗液中代谢物检测、表皮电生理信号监测并通过电刺激缓解肌肉功能障碍。该工作以“A Multifunctional Biosensor via MXene Assisted by Conductive Metal–Organic Framework for Healthcare Monitoring”为题发表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者是北京师范大学硕士生林欣昀。该研究得到了东北师范大学邹小勤老师在MOF合成和表征方面的支持与帮助。该研究还获得了国家自然科学基金委的资助。

图1 多功能集成生物传感器示意图

图2 化学结构和形貌结构表征

图3 电化学性能

图4 电生理信号采集与电刺激性能

图5 电化学传感性能

图6 基于MXene和导电MOF的多功能可穿戴传感器

北京师范大学刘楠课题组长期关注电子皮肤材料的研究。在过去的两年中，团队在低维碳基高性能电子皮肤（Nat. Commun., 2021, 12, 4880; Adv. Mater. 2023, 2304956）、电极/皮肤界面耦合规律及多场景应用（ACS Nano 2022, 16, 17168; Adv. Funct. Mater. 2022, 2206424; Adv. Func. Mater. 2023, 2303990）以及光触发电子皮肤（Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107524; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111529; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2212210）等领域有了深厚的积淀。可穿戴材料实验室真诚欢迎对该领域感兴趣的同学们加入，欢迎咨询：nanliu@bnu.edu.cn

封面来源于图虫创意