Блог

Jun 23, 2023

Гибкая батарея

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12356 (2022) Цитировать эту статью

2380 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

В этой работе маломощный микроконтроллер ближней связи (NFC), соединенный с гибким абиотическим гибридным топливным элементом на основе глюкозы, предназначен для работы в качестве безбатарейного датчика глюкозы. Топливный элемент на основе абиотической глюкозы изготавливается путем нанесения коллоидной платины (co-Pt) на анодную область и композита из наночастиц оксида серебра с многостенными углеродными нанотрубками (Ag2O-MWCNT) на катодной области. Электрохимическое поведение охарактеризовано с помощью циклической вольтамперометрии и хроноамперометрии. Этот гибридный топливный элемент с глюкозой генерировал напряжение разомкнутой цепи 0,46 В, плотность тока короткого замыкания 0,444 мА/см2 и максимальную плотность мощности 0,062 мВт/см2 при 0,26 В в присутствии 7 мМ физиологической глюкозы. После интеграции устройства абиотического гибридного топливного элемента с глюкозой с модулем NFC данные из системы мониторинга глюкозы успешно передаются в приложение Android для визуализации в пользовательском интерфейсе. Напряжение клеток коррелировало (r2 = 0,989) с концентрацией глюкозы (до 19 мМ) с чувствительностью 13,9 мВ/мМ·см2.

Непрерывный мониторинг уровня глюкозы является наиболее эффективной стратегией снижения осложнений, которые могут возникнуть из-за повышенного уровня глюкозы в организме. Лицам, страдающим диабетом, необходимо часто проверять уровень глюкозы с помощью прик-теста из пальца и/или непрерывных мониторов глюкозы (CGM). Идеальный датчик для мониторинга уровня глюкозы в организме должен демонстрировать долговременную стабильность и передавать по беспроводной связи временные изменения уровня глюкозы пациенту или лицу, осуществляющему уход. За последние несколько десятилетий электрохимические преобразователи привлекли большое внимание при разработке биосенсоров на основе глюкозы1,2,3. Электрохимические преобразователи преобразуют химическую или биологическую информацию, такую ​​как концентрация аналита и общий состав, в полезный электрический сигнал. Кроме того, они имеют ряд преимуществ перед другими методами, например, простоту конструкции и быстрое время реакции с большим пределом обнаружения, селективностью и чувствительностью4,5,6.

Чувствительность электрохимических биосенсоров значительно повышается за счет проводящих материалов, используемых при разработке электроактивной области, а наноматериалы широко исследуются в качестве чувствительных материалов для повышения чувствительности и линейного диапазона электрохимического биосенсора7. Большинство электрохимических биосенсоров предназначены для обнаружения широкого спектра аналитов и обычно состоят из электродного чувствительного материала, модифицированного элементом биораспознавания или биорецептором, таким как ферменты, антитела или аптамеры8, 9. Многостенные и одностенные углеродные нанотрубки6, 9, оксиды полупроводниковых металлов7, 10, проводящие полимеры11,12,13 и графен14 являются одними из наиболее часто используемых чувствительных материалов. Применение наночастиц или наноструктур, таких как платина, золото и серебро, продолжает привлекать значительное внимание из-за их исключительных электрохимических свойств15, 16, способствующих прямому и быстрому переносу электронов от биорецептора к токосъемнику, а также эффективности биосенсора в отсутствие медиаторов17, 18. Эти материалы демонстрируют высокое соотношение объема к поверхности и большую биосовместимость и, таким образом, являются привлекательной альтернативой биорецепторам для разработки биосенсоров для носимых устройств мониторинга здоровья1, 19,20,21.

Носимые медицинские устройства в основном ориентированы на миниатюризацию устройств и беспроводную работу (например, Bluetooth и связь ближнего радиуса действия (NFC))22, 23. Хотя в портативных устройствах в основном используется технология Bluetooth, их большой размер и вес могут повлиять на удобство ношения22. Али и др. сообщили о разработке имплантированного устройства для мониторинга уровня глюкозы с использованием Bluetooth Low Energy (BLE)24. Данные о глюкозе из системы передаются через BLE на КПК (смартфон или iPad), на котором данные отображаются в текстовом формате. Эта технология имеет определенный успех в снижении энергопотребления внешнего блока питания и имплантированного блока. Аналогичным образом была создана система мониторинга уровня глюкозы в крови на базе беспроводной сети с использованием глюкометра, Arduino Uno и модуля Zigbee, а для дистанционного мониторинга уровня глюкозы использовался веб-сайт25. Однако из-за высокого энергопотребления платы Arduino Uno и модуля Zigbee система не является энергоэффективной. Чтобы устранить это ограничение, другие использовали внешний передатчик для беспроводного подключения и зарядки датчика глюкозы с помощью функции Bluetooth и приложения для смартфона26. Кроме того, устройства на основе NFC были предложены для повышения комфорта тела благодаря их преимуществам отсутствия батарей и беспроводной связи27, 28. Были продемонстрированы различные приложения на основе NFC, в том числе колориметрическое измерение пота26, «кожеподобное» устройство для мониторинга сердца вариабельность сердечного ритма (ВСР)27, эпидермальный дозиметр ультрафиолетового излучения28, пульсоксиметрия29, смарт-контактные линзы30 и беспроводная электронная татуировка18.