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背景
近年来，生物传感器为医疗保健行业贡献了巨大的价值，其中葡萄糖传感器每年占市场总量的85%。现阶段大多数电化学葡萄糖传感器都使用具有很高选择性和对葡萄糖具有优良催化活性的酶作为识别单元。但对于小型化平台，需要放大这些微弱的生物信号，这就使传感器电路复杂化。随着新型电子材料的开发，通过生物途径将新陈代谢的能量转化为电能的酶燃料电池（EFC）逐渐发展起来。然而，由于酶和导电材料之间的能级以及酶活性下降导致的操作稳定性较差，使得EFC的输出功率较低，限制设备的实际应用。因此，亟需一种易于加工且稳定的电子材料，其需要与酶的无缝连接以实现高且持久的功率。近期，阿卜杜拉国王科技大学的研究人员报道了一种n型共轭聚合物与氧化还原酶集成的有机半导体。不仅能够与氧化还原酶集成用于自主检测葡萄糖和体液的发电，而且该n型聚合物还能作为阳极与聚合物阴极配对形成稳定性超过30天的酶催化燃料电池，能够从人体唾液中产生足够的能量操作发光二极管。这项技术将极大地推动依靠人体代谢产物运行的自供电微型传感器的技术进步。研究人员所报道的传感器是一个微型化的有机电化学晶体管(OECT)，表现出了其他晶体管技术所达不到的跨导性，是一种功能强大的生物传感器。如图1所示，研究人员使用的OECT由在微米级通道上图案化的n型共轭聚合物P-90和横向栅电极组成，其中P-90作为电子传输材料。图2显示了结合葡萄糖氧化酶（GOx）的P-90 OECT对葡萄糖的实时响应。研究人员检测添加葡萄糖过程中的漏极电流变化。结果显示，电流与葡萄糖的浓度一致呈阶梯状增加。表明该OECT能够较好地响应葡萄糖的浓度变化，而且亲和力测试表明P-90上吸附的酶与电解质中的葡萄糖具有很强的结合亲和力。由于P-90/GOx膜能够在与葡萄糖的催化反应中产生电流，因此可以用作图3所示的酶促生物燃料电池（EFC）的阳极。反应产生的电子先转移到阳极；然后通过外部电路到达阴极，从而使电路从葡萄糖和氧气中产生能量。研究人员选用了制造简单、成本低的聚（3,4-乙基二氧噻吩）（PEDOT）衍生物作为EFC的阴极，图4显示与普通阴极材料相比，聚合物阴极具有更高的开路电压，并在连续循环中表现出良好的稳定性，电容保持率高达93％，P-90膜在100次循环中保持稳定，电流保持率超过97％。随后，研究人员将三个EFC串联以极化一个电容器，结果如图5、6所示，当以PBS中的葡萄糖作为燃料时，该EFC平台能够驱动发光二极管。而且生物阳极和阴极浸入含有葡萄糖PBS中的无膜EFC也可有效地为设备供电，表明该生物电池可以用作生理液中的自供电葡萄糖传感器，具有从体液中自然存在的葡萄糖中吸收能量来驱动电路元件的能力。在本篇文章中，研究人员报道了在微型OECT中用于检测葡萄糖及在EFC中用于从生理液中发电的n型聚合物。并使用n型聚合物作为阳极，组装了一个酶促生物燃料电池，能够从体液中存在的葡萄糖中吸收能量并提供足够的电压来驱动OECT和其他电路元件。这项技术不仅推动了自供电生物传感的技术进步，而且成功验证了利用葡萄糖为其他电子设备提供动力的聚合物生物燃料电池的可行性！https://www.nature.com/articles/s41563-019-0556-4来源：高分子科学前沿
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