Biofuel powered glucose detection in bodily fluids with an n-type conjugated polymer

材料科学 聚合物 阳极 共轭体系 纳米技术 葡萄糖氧化酶 导电聚合物 晶体管 电化学 阴极 生物传感器 化学 电极 电气工程 电压 复合材料 物理化学 工程类
作者
David Ohayon,Georgios Nikiforidis,Achilleas Savva,Andrea Giugni,Shofarul Wustoni,Tamilarasan Palanisamy,Xingxing Chen,Iuliana P. Maria,Enzo Di Fabrizio,Pedro M. F. J. Costa,Iain McCulloch,Sahika Inal
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:19 (4): 456-463 被引量:290
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0556-4
摘要

A promising class of materials for applications that rely on electron transfer for signal generation are the n-type semiconducting polymers. Here we demonstrate the integration of an n-type conjugated polymer with a redox enzyme for the autonomous detection of glucose and power generation from bodily fluids. The reversible, mediator-free, miniaturized glucose sensor is an enzyme-coupled organic electrochemical transistor with a detection range of six orders of magnitude. This n-type polymer is also used as an anode and paired with a polymeric cathode in an enzymatic fuel cell to convert the chemical energy of glucose and oxygen into electrical power. The all-polymer biofuel cell shows a performance that scales with the glucose content in the solution and a stability that exceeds 30 days. Moreover, at physiologically relevant glucose concentrations and from fluids such as human saliva, it generates enough power to operate an organic electrochemical transistor, thus contributes to the technological advancement of self-powered micrometre-scale sensors and actuators that run on metabolites produced in the body. An n-type semiconducting polymer is used to realize an organic electrochemical transistor working as a glucose sensor and an all-polymer enzymatic biofuel cell able to power the sensor itself.
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