A mixed electronic-ionic conductor-based bifunctional sensing layer beyond ionophores for sweat electrolyte monitoring

离子载体 电解质 化学 离子键合 离子 快离子导体 电极 双功能 纳米技术 材料科学 无机化学 有机化学 物理化学 生物化学 催化作用
作者
Yitian Tang,Lijie Zhong,Yirong Zhang,Xiaocheng Mo,Yu Bao,Wei Ma,Wei Wang,Dongxue Han,Shiyu Gan,Li Niu
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:68 (24): 3181-3191 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.10.011
摘要

Noninvasive and continuous monitoring of electrolytes in biofluids based on wearable biotechnology provides extensive health-related physiological information. The state-of-the-art wearable bioelectronic ion sensors depend on the organic ionophore-based solid-contact structure of potentiometric ion-selective electrodes. This structure contains two functional sensing layers, i.e., a solid contact (ion-to-electron signal transduction) and an ionophore-containing ion-selective membrane (ISM, ion recognition). However, the potential drift, biotoxicity, and expensive organic ionophores complicate practical wearable applications. These challenges intrinsically originate from the ISM. Herein, an ISM-free wearable ion sensor based on mixed electronic-ionic conductors of tungsten bronzes is reported. These materials can serve as a bifunctional sensing layer for simultaneous ion-to-electron transduction through the redox reaction of W6+/5+ and ion recognition through crystal ion exchange. The K- and Na-adjusted WO3 disclosed Nernstian responses toward NH4+ and H+, respectively. The selectivity is comparable to or even better than organic ionophores, such as ammonia ionophore of nonactin. Further, the on-body monitoring of sweat ammonia and pH was realized using an integrated ISM–free flexible sensor. Therefore, this work offers an ISM-free concept and emphasizes the importance of developing next-generation ISM-free wearable bioelectronic ion sensors.

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