集成自供电安培法与直接电感耦合的微型一次性无线电化学传感器

本综述提出了一种极简且可抛式的无线电化学传感器设计，仅利用单个LED元件实现自供电安培检测与芯片游离感耦合传输。该设计通过原电池（Galvanic Cell）激活传感系统，利用LED-光敏电阻（LDR）对将电化学电流转换为电阻信号，解决了传统RFID/蓝牙方案在功耗、尺寸与成本上的局限，为便携式诊断（PoC）提供了可嵌入日常用品（如尿布、口罩）的低成本传感平台。

　　

LED与LDR特性表征：从电化学电流到电阻转换

LED-LDR对可将电化学电流转化为电阻信号（图2A）。图2B展示了低电流红色LED在不同输入电压下于黑暗环境及环境光中的显微图像，另附手机实拍图像见图S1A以反映实际可见度。LED的电流-电压特性曲线（图2C）显示电流随电压增加呈指数增长，与肖克利二极管方程一致（Han等，2019；Neamen，2005）（图S1B）。

讨论

我们提出了一种无需芯片的方案，将自供电安培法与无线电感耦合技术相结合。通过摒弃无线芯片和多个有源组件，显著降低了传感器复杂度，为无线电化学传感及即时诊断（PoC）提供了新平台。我们的设计利用原电池为电化学传感、信号转导和无线传输供电，仅需被动元件与单个有源组件（LED）。

在能量采集方面，原电池通过一对电极在接触体液时激活，利用金属间的化学电位差自发产生电子流，且不依赖目标分子。这一特性使传感器可适用于尿液、泪液、唾液及血液等多种体液环境。原电池的输出电位驱动电化学反应处于扩散控制区，确保产生可重复的浓度依赖性电流输出。

结论

本研究开发并验证了一种极简的无线电化学传感框架，无需芯片、电池或复杂电路。通过利用原电池作为自激活电源，并采用LED-LDR对实现高效的电流-电阻转换，我们展示了将安培法应用于全被动无线形式的可行路径。该设计克服了传统RFID、NFC或蓝牙系统的关键限制，为低成本、可抛型生物传感开辟了新方向。