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A Highly Stable Electrochemical Sensor Based on a Metal–Organic Framework/Reduced Graphene Oxide Composite for Monitoring the Ammonium in Sweat

石墨烯 材料科学 氧化物 电化学气体传感器 电化学 复合数 电容 可穿戴计算机 纳米技术 化学工程 电极 化学 复合材料 计算机科学 工程类 物理化学 嵌入式系统 冶金
作者
Yunzhi Hua,Junhao Mai,Rina Su,Chengwei Ma,Jiayi Liu,Cong Zhao,Qian Zhang,Changrui Liao,Yiping Wang
出处
期刊:Biosensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (12): 617-617 被引量:16
标识
DOI:10.3390/bios14120617
摘要

The demand for non-invasive, real-time health monitoring has driven advancements in wearable sensors for tracking biomarkers in sweat. Ammonium ions (NH4+) in sweat serve as indicators of metabolic function, muscle fatigue, and kidney health. Although current ion-selective all-solid-state printed sensors based on nanocomposites typically exhibit good sensitivity (~50 mV/log [NH4+]), low detection limits (LOD ranging from 10−6 to 10−7 M), and wide linearity ranges (from 10−5 to 10−1 M), few have reported the stability test results necessary for their integration into commercial products for future practical applications. This study presents a highly stable, wearable electrochemical sensor based on a composite of metal–organic frameworks (MOFs) and reduced graphene oxide (rGO) for monitoring NH4+ in sweat. The synergistic properties of Ni-based MOFs and rGO enhance the sensor’s electrochemical performance by improving charge transfer rates and expanding the electroactive surface area. The MOF/rGO sensor demonstrates high sensitivity, with a Nernstian response of 59.2 ± 1.5 mV/log [NH4+], an LOD of 10−6.37 M, and a linearity range of 10−6 to 10−1 M. Additionally, the hydrophobic nature of the MOF/rGO composite prevents water layer formation at the sensing interface, thereby enhancing long-term stability, while its high double-layer capacitance minimizes potential drift (7.2 µV/s (i = ±1 nA)) in short-term measurements. Extensive testing verified the sensor’s exceptional stability, maintaining consistent performance and stable responses across varying NH4+ concentrations over 7 days under ambient conditions. On-body tests further confirmed the sensor’s suitability for the continuous monitoring of NH4+ levels during physical activities. Further investigations are required to fully elucidate the impact of interference from other sweat components (such as K+, Na+, Ca2+, etc.) and the influence of environmental factors (including the subject’s physical activity, posture, etc.). With a clearer understanding of these factors, the sensor has the potential to emerge as a promising tool for wearable health monitoring applications.
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