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當(dāng)您達(dá)到極限時(shí),健身傳感器會(huì)發(fā)出警告
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2022/1/10

圖1。a) 基于 Ti 3 C 2 T x MXene-PVA/PAA 水凝膠(M-水凝膠)的肌肉疲勞傳感器設(shè)計(jì)示意圖。b) 施加的軸向應(yīng)變對(duì) M-水凝膠電阻的影響 (ΔR/R 0)。c) M-水凝膠的電阻隨 pH 值的變化;通過改變 PBS 溶液的組成來控制 pH 值。d) M-水凝膠電阻隨環(huán)境 pH 變化的時(shí)間依賴性變化。滴入具有不同 pH 值的 PBS 溶液時(shí),觀察到 M-水凝膠電阻的突然變化。e) 照片圖像顯示了在不同 pH 條件下測量 M-水凝膠在施加應(yīng)變下的電阻的實(shí)驗(yàn)裝置。f) 在低 pH 條件下施加應(yīng)變下 M-水凝膠電阻的非線性變化。當(dāng)離子電流占主導(dǎo)地位時(shí),我們得到 ΔR 與應(yīng)變的非線性關(guān)系。

被稱為 MXenes 的超薄納米材料有望通過分析一個(gè)人的汗水來更容易地監(jiān)測他們的健康狀況。


雖然它們與石墨烯具有相似的二維性質(zhì),但 MXenes 由無毒金屬(如鈦)與碳或氮原子組合而成。MXenes 具有天然的高電導(dǎo)率和強(qiáng)表面電荷,是可檢測化學(xué)濃度微小變化的生物傳感器的有吸引力的候選者。


2019 年,Husam Alshareef 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種 MXene 復(fù)合電極,并將其封裝在可穿戴臂帶傳感器中。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì),使用裝有適當(dāng)酶的 MXene 插件,可以吸收汗水并檢測人體汗液中的多種分析物,包括葡萄糖和乳酸。


Alshareef 和他的同事與 Sahika Inal 的研究團(tuán)隊(duì)合作,最近嘗試將 MXene 片材與水凝膠結(jié)合起來——水凝膠與人體組織相容,因?yàn)樗鼈兡軌蚶臁S腥さ氖,研究小組發(fā)現(xiàn)水凝膠中高水平的移動(dòng)離子對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生的機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生了強(qiáng)烈的敏感性。


“最初,MXene 薄片在水凝膠中隨機(jī)排列,但一旦你對(duì)它們施加壓力,薄片就會(huì)變得更加水平定向,”Alshareef 解釋說。“由于 MXene 在其表面上具有高濃度的負(fù)電荷,因此水平排列會(huì)強(qiáng)烈影響水凝膠內(nèi)的離子運(yùn)動(dòng),因此我們可以測量不同程度的壓力變化!


使用新型 MXene水凝膠化合物開發(fā)的原型可穿戴傳感器能夠通過隨著機(jī)械應(yīng)力的增加產(chǎn)生不同的電阻模式來跟蹤肌肉運(yùn)動(dòng)。當(dāng)傳感器暴露于酸性或堿性溶液形式的額外離子時(shí),這些模式會(huì)立即發(fā)生變化。


這導(dǎo)致 KAUST 團(tuán)隊(duì)意識(shí)到他們的設(shè)備可用于將汗液中的 pH 值變化與肌肉細(xì)胞中引起疲勞的酸積聚相關(guān)聯(lián)。


“當(dāng)我們鍛煉并且我們的肌肉感到疲倦時(shí),傳感器會(huì)看到新的化學(xué)環(huán)境并產(chǎn)生不同的電阻與應(yīng)力曲線,”前 KAUST 博士后和該研究的主要作者 Kang Lee 說!巴ㄟ^將這些曲線與給定傳感器的參考曲線進(jìn)行比較,我們可以確定汗液的 pH 值以及肌肉的疲勞程度!


通過藍(lán)牙連接到附近的數(shù)字設(shè)備,一旦技術(shù)得到優(yōu)化,基于 MXene 的傳感器可能對(duì)尋求實(shí)時(shí)性能測量的運(yùn)動(dòng)員很有價(jià)值!白顕(yán)峻的挑戰(zhàn)是傳感器的長期穩(wěn)定性,因此我們正在考慮在未來的實(shí)驗(yàn)中改變成分和設(shè)計(jì),”Alshareef 說。


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