基于黑磷/石墨烯氮化物异质结构的高性能可穿戴传感器用于实时汗中葡萄糖监测
医学物理
2024-12-30 v1 材料科学
应用物理
摘要
可实现精准和连续监测的可穿戴、无创葡萄糖传感器对于管理代谢性疾病至关重要，但在这些设备中实现高灵敏度和稳定性仍然具有挑战性。本文提出一种基于黑磷/石墨烯氮化物 (BP/g-CN) 异质结构的传感器，通过利用磷-氮相互作用来增强电化学葡萄糖氧化活性。与原始 g-CN 相比，BP-g-CN 异质结构显示出显著提升的电化学比表面积 (ECSA) 和近乎二分之一的电荷传递阻抗 (Rct) 降低，在生理 pH 条件下实现了惊人的葡萄糖灵敏度为 1.1 μA mM⁻¹ cm⁻²。密度泛函理论 (DFT) 计算表明，与原始 g-CN 表面相比，BP-g-CN 异质结构上葡萄糖吸附更强，电荷传递更高。这些理论见解补充了实验发现，突显了该异质结构在电催化性能方面的优势以及氧化 BP 表面的作用。此外，将 BP-g-CN 传感器集成到具有微流体层和近场通信 (NFC) 芯片的可穿戴装置平台上，形成贴合皮肤的贴片，实现实时汗中葡萄糖监测。这一基于异质结构设计的高性能、非酶型可穿戴葡萄糖传感器的演示凸显了该设备在无缝健康管理中的潜力，为面向提高个性化和持续健康监测的下一代生物传感平台铺路。
引用
@article{arxiv.2412.19633,
title = {High performance Black Phosphorus/Graphitic Carbon Nitride Heterostructure-based Wearable Sensor for Real-time Sweat Glucose Monitoring},
author = {Ecem Ezgi Ozkahraman and Zafer Eroglu and Vladimir Efremov and Arooba Maryyam and Taher Abbasiasl and Ritu Das and Hadi Mirzajani and Berna Akgenc Hanedar and Levent Beker and Onder Metin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.19633},
year = {2024}
}