Hybrid Janus Membrane with Dual-Asymmetry Integration of Wettability and Conductivity for Ultra-Low-Volume Sweat Sensing

杰纳斯 材料科学 润湿 生物传感器 微流控 纳米技术 电导率 体积热力学 光电子学 复合材料 化学 生物化学 量子力学 物理 物理化学
作者
Hong Xiao,Huimin Wu,Chengcheng Wang,Xinran Zhang,Chenjie Wei,Zhi‐Kang Xu,Dajing Chen,Xiao‐Jun Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 9644-9654 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16820
摘要

Highly sensitive and selective analysis of sweat at ultra-low sample volume remains a major challenge in the field of biosensing. Manipulation of small volumes of liquid for efficient sampling is essential to address this challenge. A hybrid Janus membrane with dual-asymmetry integration of wettability and conductivity is developed for regulated micro-volume liquid transport in wearable sweat biosensing. Unlike the uncontrollable liquid diffusion in a conventional porous membrane, the asymmetric wettability of porous Janus membrane leads to unique unidirectional liquid transport with high breakthrough pressure (1737.66 Pa) and fast self-pumping rate (35.94 μL/min) for micro-volume liquid sampling. The asymmetric conductive layer shows excellent flexible conductivity, anti-interference of friction, and efficient electrochemical interface due to the in situ generation of gold nanoparticles on one side of the membrane. The fabricated Pt-enzyme electrodes on the membrane promises effective testing range, great selectivity, and high sensitivity and accuracy (correlation efficiency, glucose: R2 = 0.999, lactate: R2 = 0.997), enabling ultra-low volume (∼0.15 μL) real time measurements on the skin surface. The innovative Janus membrane with unidirectional, self-pumping, and anti-interference performance provides a new strategy for miniaturized wearable microfluidic sweat electrochemical biosensor preparation in athletic performance evaluation, health monitoring, disease diagnosis, intelligent medicine, and so forth.
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