集成柔性压力传感器和电致变色装置构建的可视化气压型生物传感器

准确、便携地检测肿瘤标志物对于癌症的早期诊断起着重要作用。但是，依靠大型仪器的传统检测方法并不适用于个人或即时检测的要求。随着纳米材料和组装技术的发展，许多新型生物传感器被开发研究。由于具有高效的信号转换性能、无毒无害等特点，分解H₂O₂产生气压这一有效的信号传导方式也已经在生物传感器中被使用。

近日，福州大学唐点平（点击查看介绍）课题组为了进一步简化设备，降低操作难度，构建了一种便携可视化的气压型生物传感器。该传感平台主要由柔性压力传感器、电致变色装置和免疫反应三个部分组合而成。首先利用砂纸作为模板，构建了一种性能优异，对外界压力响应灵敏的柔性压力传感器。并以抗原-抗体免疫反应作为目标物的识别单元，引入铂纳米粒子催化H₂O₂基底分解产生大量O₂，可以使密闭的设备内的气压极大升高。制备的柔性压力传感器能够灵敏识别这一气压信号，并将其转换为可以用万用表简单监测的电信号。同时，在同一电路中，由WO₃/PANI构成的电致变色装置受到这一电信号的影响，其颜色由绿色转变为蓝色，该颜色变化也可以作为输出信号并直接由肉眼读出，无需其他设备。在这一模式下，该传感器对肿瘤标志物CEA在0.2-50 ng/mL之间有较好的检测性能。并且，电致变色装置的颜色输出信号也能够识别正常人体中CEA的阈值。

图1. 该生物传感器等效电路图及各模块示意图。

图2.（A）制备的铂纳米粒子；（B）柔性压力传感器及电致变色装置随H₂O₂分解产生的信号变化；（C）构建的生物传感平台。

图3. 柔性压力传感器及电致变色装置在不同目标物浓度下的信号输出情况。

总之，该课题组通过结合柔性压力传感器、电致变色装置和免疫识别反应构建了一种便携、可视化的生物传感平台。以H₂O₂分解产生气压这一独特高效信号转换模式，有效地提高了对目标物检测的灵敏度。同时，引入柔性压力传感器和电致变色装置作为读出装置，能够提高设备的便携性和可操作性，使其在设备和资源短缺的地区仍能够正常使用，更适合即时检测的需求。这种信号读出模式也为设计高效、便携的生物传感器提供了新的思路。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为福州大学博士研究生余镇重，通讯作者为唐点平教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Pressure-Based Biosensor Integrated with a Flexible Pressure Sensor and an Electrochromic Device for Visual Detection

Zhenzhong Yu, Guoneng Cai, Xiaolong Liu, and Dianping Tang

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04501

导师介绍

唐点平

https://www.x-mol.com/university/faculty/9535