超亲水水凝胶增强导电MOF基可穿戴汗液传感器的抗脂质生物污染性能

为解决汗液传感器中脂质污染导致的电极钝化和检测失准问题，天津大学团队开发了基于聚多巴胺-聚丙烯酰胺（PDA-PAM）水凝胶与导电Ni-HAB MOF电极的集成系统。该传感器通过超亲水水凝胶实现汗液快速采集与脂质过滤（效率达99%），结合Ni-HAB电极对多巴胺（DA）的高灵敏度检测（0.477 μA μM?1 cm?2），显著提升了可穿戴设备的长期稳定性和准确性，为无创健康监测提供了新策略。

　　

研究背景与意义
汗液作为人体重要的生物标志物载体，含有电解质、代谢物和激素等成分，但其检测面临两大挑战：一是汗液中脂质污染物易导致电极表面生物污染，二是低浓度目标物（如多巴胺DA）的灵敏检测难题。现有微流控汗液收集装置虽能避免外部污染，却无法有效过滤皮脂腺分泌的脂质，长期使用易造成通道堵塞和电极钝化。如何实现汗液高效采集、脂质过滤与精准检测的三重功能集成，成为可穿戴健康监测领域的关键瓶颈。

研究方法与技术路线
天津大学研究团队通过材料创新与系统设计，提出“水凝胶过滤层+导电MOF传感层”的协同解决方案。关键技术包括：（1）仿生合成聚多巴胺修饰的PAM/PVA水凝胶，通过接触角测试和油水分离实验筛选最优抗脂质配方；（2）构建二维导电MOF（Ni-HAB）电极，利用其高比表面积和催化活性位点提升DA检测灵敏度；（3）将PDA-PAM水凝胶与棉布（CC）复合形成PDA-PAM-CC贴片，结合Ni-HAB电极构建完整传感器；（4）通过人工汗液和脂质混合体系验证长期稳定性。

研究结果

1. 水凝胶性能优化：引入多巴胺的PDA-PAM水凝胶接触角低至11.3°，脂质扩散速率仅为0.08 mm²/s，油水分离效率达99%，显著优于传统PVA体系。
2. 传感电极特性：Ni-HAB MOF因六氨基苯（HAB）配体的π共轭结构展现高电导率（10^?3 S/cm），对DA的线性检测范围覆盖0-285 μM，抗干扰实验显示对尿酸（UA）和抗坏血酸（AA）的选择性比达5.7倍。
3. 系统集成验证：在含5%人工脂质的汗液中连续工作8小时后，传感器信号衰减<8%，重复使用10次灵敏度保持率>90%。

结论与展望
该研究通过超亲水水凝胶与导电MOF的协同设计，首次实现汗液采集-过滤-检测的全流程功能集成。PDA-PAM-CC贴片的抗脂质性能解决了传统传感器因皮脂积累导致的性能衰退问题，而Ni-HAB电极的高灵敏度检测为DA等神经递质的无创监测提供了可能。这种“仿生材料+柔性电子”的策略为下一代可穿戴医疗设备开发提供了普适性框架，未来可通过扩展MOF配体类型实现更多生物标志物的特异性检测。论文发表于《Microchemical Journal》，通讯作者为Liu Jingjuan（刘静娟）团队。