【儀表網 研發快訊】隨著老年人口數量的迅速增長、新冠后遺癥的涌現、情緒問題以及各類腦疾病的頻發，我國醫療衛生系統、家庭及個人正承受著沉重的經濟與社會負擔。因此，研發新型診療技術以保障國民生命健康顯得尤為迫切。電化學與生理信號作為反映人體生理狀況、健康水平及活動能力的重要指標，為疾病的診斷與治療提供了不可或缺的技術基礎。然而，當前面臨的一大挑戰在于缺乏高效的傳感材料以精準捕捉這些生物信號。
中國科學院深圳先進技術研究院的老年癡呆病研究團隊(吳景龍研究員、張翊正高級工程師、楊良滔助理研究員等)在《Chemical Engineering Journal》(A high-entropy electrode material for electrobiochemical and eletrophysiological signals detection,Chem. Eng. J.,(2024) 156209.)上發表了一項研究成果，首次介紹了一種新型高熵材料，該材料由常見的低成本過渡金屬元素Fe、Co、Ni、Cu和Zn構成，專用于電化學與生理信號的傳感。這種高熵生物信號傳感材料不僅能夠準確測量葡萄糖生物標志物的濃度，還能有效檢測肌電圖(EMG)、腦電圖(EEG)及心電圖(ECG)等生理電信號。其檢測葡萄糖的靈敏度高達2861 μA mM?¹ cm?²，檢測下限低至3.3 μM，且在磷酸鹽緩沖液(PBS)中展現出與葡萄糖濃度良好的線性關系。細胞實驗與皮膚評估進一步驗證了該高熵合金(HEA)電極的卓越生物相容性，預示著其在真實生物樣本中的應用潛力巨大。此外，相較于傳統干電極，該HEA電極的接觸阻抗更低，從而顯著提升了生理電信號的檢測效能。
本研究不僅拓寬了高熵材料在生物醫學工程領域的應用邊界，還為電化學與生理信號的檢測開辟了一條新路徑，如圖1所示。同時，該技術有望為腦機接口(BCI)等前沿技術的創新發展提供重要支撐與突破。
圖1：高熵電極材料用于生物電化學和EEG、ECG、EMG生物信號檢測的示意圖，展示了該材料用于電化學和電生理信號檢測的潛力。高熵材料及其用于生物信號檢測的電極示意圖(a)。電生理信號檢測示意圖(b)和HEA電極重新編碼生化葡萄糖信號示意圖(c)。
本研究受到廣東省重點領域研發計劃、深圳市科技創新局、日本JSPS、深圳未來腦律科技有限公司等研究計劃的支持。
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