基于二维材料的柔性实时汗液传感器

Real time sweat analysis during the exercise has great potential to be used to collect valuable information such as changes in the concentrations of ions and important bio-molecules. These information can be utilized to optimize approaches to remineralisation and recovery. Changes in concentration of ion in the sweat play key roles in health. Developing wearable flexible devices to real time analysis of ion in sweat through a less invasive way has great potential for next-generation health monitoring application. It is expected to develop TFT-based ion sensors for real time analysis of sweat by selecting low cost and easy fabricated method as well as highly bio-compatible and sensitive materials. In this project, we aims to fabricate flexible TFT-based bio-sensors based on two dimensional transition metal dichacolgenide nano-sheets for real time detection of inorganic ions including sodium, potassium and calcium in swear during exercise. The sensors will be integrated with flash memories for simultaneous data recording.

汗液是一种是通过情绪压力和身体运动时产生的自然体液, 汗液中包含很多成分，例如纳离子，钾离子和乳酸等等，这些成分的含量提供了丰富的生理和代谢信息。研究这些信息可用于疾病诊断、药物滥用检测和运动表现优化。开发一种非侵入性的方式来对锻炼期间产生的汗液进行实时分析是非常必要的。在不同的生物化学传感器中，将具有生物兼容型的材料与场效应晶体管结合有着巨大的发展潜力。带隙的存在使得基于过渡金属硫化物的传感器较基于石墨烯的传感器具有更高的检测灵敏度，并且采用溶液法合成的过渡金属硫族化合物二维层状材料与柔性衬底具有兼容性。本项目拟基于过渡金属硫族化合物二维层状材料制造柔性薄膜晶体管传感阵列用于实时监测汗液中不同离子的浓度，并制备基于过渡金属硫化物二维层状材料的柔性存储器，将柔性晶体管传感器阵列与柔性存储器有效结合成为逻辑电路对所监测到的汗液中离子浓度进行即时的记录，从而推动新型柔性可穿戴传感器的发展。

传感技术是当今世界各国普遍重视并大力发展的高新技术之一，在人类社会步入信息时代的今天，传感器技术已成为现代信息技术中必不可少的主要技术，在国民经济中占有极其重要的地位，传感器是现代信息系统和各种装备必需的信息采集手段，对提高经济效益和生产技术水平、增强国防实力有着举足轻重的作用。 随着科技的发展和社会的进步，人类对自身的健康问题越来越重视。人体会不断发出广泛的生物信号，包括电生理信号，例如脑电波和心电波；生理信号，例如脉搏和体温；热信号，例如热导率和温度分布；机械信号，例如压力；以及生物化学信号，例如葡萄糖，pH值和离子含量。这些信号都含有关于身体机能和很多疾病进展的重要临床线索。人类的汗液是一种是通过情绪压力和身体运动时产生的自然体液, 汗液中包含很多成分，例如纳离子，钾离子和乳酸等等，这些成分的含量提供了丰富的生理和代谢信息，这些信息可能对于疾病诊断、药物滥用检测和运动表现优化等有用。本项目制备了一种基于二维材料的可应用于健康产业的新型柔性汗液传感器，采用低成本、可控性强、易量化生产的溶液反应法合成过渡金属硫族化合物二维层状材料。系统性研究了制备工艺对产物形貌、尺寸等参数的影响规律。通过控制反应条件等参数实现过渡金属硫族化合物二维层状材料的尺寸、形貌控制。通过优化合成工艺，实现二维层状材料的量化制备。基于合成的二维层状材料，制备具有生物兼容性的同时对钠离子，钾离子和钙离子具有实时检测功能的柔性汗液传感器阵列。研究了二维层状材料的尺寸和厚度对器件性能的影响；通过调控二维层状材料薄膜，优化器件性能，实现低电压工作以及高稳定性操作。制备了基于二维材料的柔性存储器，将柔性传感器和柔性存储器结合成为逻辑电路，使得传感器对汗液中各离子的检测可以被即时的记录，有助于推动该柔性传感器阵列的知识转移及实际应用。柔性汗液场效应传感器由于其特殊的柔软特性可以进一步应用在生物医学领域。