【PalmSens4电化学应用】微型超声电化学传感平台：能够有效去除电化学传感器表面生物结垢实现汗液连续检测

亮点：

1. 集成吉赫兹声学谐振器的微型超声电化学传感器；

2.超声驱动原位释放生物结垢电化学电极的传感活性；

3.该方案对电极本身以及其表面修饰的纳米粒子不具有物理破坏性；

4.该方案能够实现连续和可重复的人体汗液电化学检测。

背景：移动医疗检测仪旨在实时检测人体健康状态，其发展受到学术界和产业界的广泛关注。针对物理指标的检测技术发展时间较长、方案较成熟。然而关于从分子层面上反映人体健康状况的化学指标量的测量技术还处于起步阶段，面临诸多技术难题。通过电化学传感技术检测汗液中的生化组分具有连续无创等优势，成为科研关注的焦点，然而生物样品中的大分子（如蛋白质等）能够在传感器表面结垢，阻碍了待分析物向传感器的接近，导致传感器灵敏度降低甚至失效，因此需要高效的生物污垢去除策略，以利于基于电化学的微型智能健康诊断平台的发展。

图1. 微型吉赫兹声学谐振器用于清洁电化学传感器的表面生物污垢实现连续传感示意图。

我们工作：天津大学精仪学院牛鹏飞老师等提出了一种基于吉赫兹声学谐振器的微型超声电化学传感平台（如图1所示），通过亚毫米尺度声学谐振器在微腔室内产生强声流作用，对电化学传感器表面产生强剪切作用，进而有效移除电化学传感器表面的生物污垢并释放其固有的传感活性。研究发现，吉赫兹薄膜体声波谐振器在液体中诱导的超强流体流动能够完全且反复地去除电化学电极表面的汗液生物污垢，使传感器的活性得到100%恢复，实现连续可靠的汗液测量。我们研究了谐振器上施加的功率、清洁时间、清洁液、微腔室的尺寸结构等对结垢的电化学电极表面清洁效果的影响，获得了优化的清洁方案。另外对传感器表面修饰纳米粒子旨在提高检测灵敏度，我们发现在适当的条件下，吉赫兹超声移除生物结垢电极表面的大分子污染物时，不会引起修饰在电极表面的纳米粒子的脱落，也不会对电极本身造成物理损伤。与常见的传感器污垢清除策略相比（如酸性或碱性溶液清洗、机械抛光、传统低频超声处理），该传感器更新方案有效且稳定可靠，同时其温和且可理论预测，对传感器本身不具有破坏性，因此在更新的传感器上获得的信号与新电极上检测到的信号具有可比性，基本不存在不可预料的偏差。

该工作于2022年1月6日发表于ChemicalEngineering Journal 期刊上(TOP, 2021 IF=13.3). 详情请参阅：XiangShe, Xiaohe Wang, Pengfei Niu et al., Miniature sono-electrochemicalplatform enabling effective and gentle electrode biofouling removal for continuoussweat measurements, Chemical Engineering Journal, 2022, 431, 133354,https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133354.