编辑推荐：
为解决现有汗液生物标志物监测手段的不足，研究人员开展了可穿戴有机 Bio-FET 传感器研究。他们制备出三种传感器，实现汗液中葡萄糖、pH 和温度检测。结果显示传感器性能优异，该研究为实时健康监测提供了新途径。
在健康监测领域，传统的汗液生物标志物监测方法存在诸多局限。比如，目前商业上常用的基于葡萄糖氧化酶（GOx）的电化学葡萄糖传感器，虽然具有较高的选择性和灵敏度，但在极端 pH 环境（pH 低于 2 或高于 8）和高温（超过 40°C）下，其性能会大打折扣，甚至会被不可逆地损坏 。而且，现有的监测手段大多是侵入式或微创式的，给使用者带来痛苦和不便，难以满足人们对连续、实时、无创健康监测的需求。
为了攻克这些难题，来自伊朗设拉子科技大学（Shiraz University of Technology）的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种新型的可穿戴传感器，旨在实现对汗液中生物标志物的高效、无创监测，为人们的健康管理提供更便捷、准确的工具。
经过一系列的实验和探索，研究人员成功制备出了三种不同的可穿戴生物传感器，分别用于检测汗液中的葡萄糖、pH 值和温度。这些传感器基于场效应晶体管（FET）结构，具有诸多优势，如灵活性高、可弯曲、成本低、一次性使用且生物相容性良好。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域的发展带来了新的突破。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，在材料制备方面，采用原位 HF 蚀刻法合成了 Ti?C? MXene 墨水，通过超声处理等手段制备了 MWCNT 墨水、MWCNT-COOH 墨水等多种功能性墨水。其次，在传感器构建上，利用绘画刷蘸取墨水在纸上绘制电极和传感通道，制作出具有不同结构（电阻式、侧栅式和背栅式）的 Bio-FET 传感器。最后，通过集成 ESP32 微控制器等元件，设计了用于无线数据传输的印刷电路板（PCB），实现了传感器与智能手机的连接，方便数据的实时收集和处理。
研究人员对制备的传感器进行了全面的性能测试和分析。
- 电学特性研究：对制备的背栅式和侧栅式 FET 进行电学性能测试，结果表明，在一定的电压范围内，FET 的源漏电流（Ids）与漏源电压（Vds）呈现良好的线性关系，表现出欧姆行为；超过特定电压后，晶体管进入饱和区，Ids保持恒定 。同时，研究发现不同的通道材料（如Ti3C2 MXene 与 MWCNTs 的复合材料、功能化后的复合材料等）对 FET 的电学性能有显著影响，如改变跨导（gm）等参数。
- 传感器性能测试
- 葡萄糖传感器：研究设计了三种用于葡萄糖检测的可穿戴纸基 FET 传感器。实验结果显示，随着葡萄糖浓度的增加，Ids会降低；提高Vds能增加Ids和传感器灵敏度，且传感器在 0 - 2 mM 的浓度范围内具有高灵敏度和线性响应，最低检测限（LOD）为 10 nM。背栅式 FET 葡萄糖生物传感器相较于侧栅式，具有更高的灵敏度和更低的 LOD ，这得益于其更强且更均匀分布的电场，以及通道与栅极之间较低的电位降。
- 温度传感器：利用Ti3C2 MXene/rGO/MWCNT 作为温度传感器的通道材料，发现在 20 - 60°C 的生理相关温度范围内，传感器的相对电阻变化与温度呈线性关系，灵敏度为 - 11.2。提高Vds可增强传感器对温度变化的灵敏度，背栅式 FET 对温度的响应比其他结构更高。
- pH 传感器：以Ti3C2 MXene/MWCNT 为通道材料构建 pH 传感器，实验表明随着 pH 浓度的升高，Ids增加；增大Vds可提高Ids和传感器灵敏度，该传感器在 3 - 9 的 pH 范围内具有高灵敏度和线性响应 。同样，背栅式 FET 对 pH 溶液的响应优于其他结构。
- 材料表征：通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对传感器的材料进行表征，详细分析了材料的形貌、结构和化学组成，为理解传感器的性能提供了有力支持。例如，SEM 图像展示了 rGO 的片状形态、MWCNTs 的管状形态等；XRD 图谱确定了各种材料的晶体结构和成分。
- 传感器可靠性测试：对葡萄糖、温度和 pH 传感器进行重复性、稳定性和再现性测试，结果显示这些传感器具有高测量重复性（相对标准偏差 RSD 分别为 0.2%、0.15% 和 0.21%）、高稳定性（17 天后响应仅有轻微下降）和高再现性（RSD 分别为 0.11%、0.13% 和 0.18%） 。此外，通过测试传感器对常见干扰物质的响应，证实了葡萄糖传感器具有高选择性。
- 葡萄糖传感器校准及人体测试：基于同时测量的温度和 pH 对葡萄糖传感器进行校准，提高了测量的准确性。将校准后的传感器集成到无线贴片中进行人体测试，结果表明传感器能准确测量汗液中的葡萄糖浓度，且在机械弯曲等情况下仍能保持稳定性能。
研究人员成功开发出基于纸基的可穿戴有机 Bio-FET 传感器阵列，能够同时检测汗液中的葡萄糖、pH 值和温度，实现了对人体健康的实时、无创监测。这些传感器具有高灵敏度、良好的重复性、稳定性和选择性，且通过温度和 pH 校准进一步提高了葡萄糖检测的准确性。该研究成果为可穿戴传感器在健康监测领域的应用提供了新的方向，有望推动相关疾病的早期管理、控制和诊断技术的发展，为人们的健康生活提供更有效的保障。
