基于激光诱导石墨烯双极电极的葡萄糖比色传感器：面向可穿戴即时检测的创新设计

本研究针对传统电化学传感器需外接设备的局限，创新性地将激光诱导石墨烯(LIG)与双极电极(BPE)架构结合，通过沉积氧化铟锡(ITO)纳米颗粒实现聚苯胺(PANi)的裸眼可视比色检测。该传感器可无线检测H2O2和葡萄糖，其全柔性PDMS微通道设计为可穿戴医疗设备提供了新策略。

　　

在医疗监测领域，实时、便捷的生物传感技术正引发革命性变革。传统电化学传感器虽能精准检测葡萄糖等生物标志物，但依赖笨重的检测设备，难以满足可穿戴医疗需求。更棘手的是，当前主流传感技术需要复杂的电路连接和专业的数据解读，这就像要求普通人随身携带实验室——既不现实也不优雅。而比色法传感器虽能通过颜色变化直观显示结果，却常受限于基底材料的透光性和导电性，陷入"鱼与熊掌不可兼得"的困境。

韩国国家研究基金会(National Research Foundation of Korea)支持的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表的研究给出了创新解决方案。他们巧妙地将激光诱导石墨烯(LIG)的卓越导电性与双极电极(BPE)的无线检测特性相结合，通过材料界面工程克服了LIG基底颜色过深的缺陷，最终开发出全球首个基于LIG的裸眼可视比色传感器。这项研究不仅拓展了石墨烯材料的应用边界，更为开发下一代无源、轻量化的可穿戴医疗设备提供了技术蓝图。

研究团队采用三项核心技术：首先利用激光直写技术在聚酰亚胺基底上制备多孔LIG电极；其次通过原位沉积氧化铟锡(ITO)纳米颗粒构建浅色导电背景；最后整合封闭式双极电极系统，实现检测端(PB/CNT/LIG)与报告端(PANi/ITO/LIG)的无线信号传导。整个系统嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控通道，形成全柔性结构。

在"传感原理"部分，研究阐明了BPE系统的工作机制：当分析物在检测极发生氧化反应时，会驱动报告极的聚苯胺发生氧化态转变，从翠绿铵盐态(emeraldine salt)变为深蓝翡翠碱态(emeraldine base)。这种颜色变化与葡萄糖浓度呈定量关系，通过RGB色度分析即可实现精确测量。

"材料表征"结果显示，ITO修饰的LIG表面方阻低于50 Ω/sq，远低于裸眼比色检测的导电要求。扫描电镜证实ITO纳米颗粒均匀覆盖石墨烯孔隙，在保持高比表面积的同时，将基底反射率提升300%，解决了深色基底对颜色识别的干扰。

在"性能测试"中，传感器对葡萄糖的检测限达到0.5 mM，覆盖生理浓度范围(2-10 mM)。连续弯折1000次后信号衰减<5%，证实其优异的机械稳定性。特别值得注意的是，该系统仅需3V直流电源即可工作，功耗比传统三电极系统降低90%。

研究结论指出，这种LIG-BPE传感器成功实现了"实验室到皮肤"的技术跨越：将复杂的电化学检测简化为直观的颜色读取，同时保留定量分析的精确性。其创新价值体现在三个方面：材料上首次证明LIG可作为比色传感基底；设计上开创无线双极电极构型；应用上推动可穿戴设备向零电路方向发展。该技术平台可扩展至乳酸、尿酸等多种标志物检测，为个性化医疗提供关键技术支撑。

正如通讯作者Sukjoon Hong和Minjee Seo强调的，这项研究不仅解决了比色传感器导电性与可视性的矛盾，更重要的是建立了"所见即所得"的检测新范式——当科技变得如此简单直观，或许就是医疗民主化真正的开始。