基于印刷延伸栅极有机电化学晶体管的汗液氯离子传感技术及其在囊性纤维化诊断中的应用

这篇研究报道了一种基于喷墨印刷延伸栅极有机电化学晶体管（ExG-OECT）的汗液氯离子传感器，通过优化Ag/AgCl敏感电极与固态离子凝胶电解质，实现了对囊性纤维化（CF）关键生物标志物Cl?的高灵敏度（74.37 mV·dec?1）、高选择性检测，其检测限低至0.98 mM，为可穿戴实时健康监测提供了创新解决方案。

　　

引言

囊性纤维化（CF）作为一种由氯离子通道突变引发的遗传病，其诊断依赖汗液Cl^?浓度检测（病理阈值>60 mM）。传统实验室分析方法存在成本高、时效性差等局限，而本研究提出的延伸栅极OECT传感器通过喷墨印刷技术集成p(g2T-TT)半导体与Ag/AgCl敏感电极，实现了对生理范围内Cl^?的精准监测。

器件架构与传感机制

传感器采用三明治结构：喷墨印刷的p(g2T-TT)作为OECT沟道材料，配合固态离子凝胶电解质（EMIM:TFSI/PS-PMMA-PS），通过化学氧化法在Ag电极表面生成AgCl敏感层（EDX证实Cl占比28%）。当汗液中Cl^?与AgCl发生氧化还原反应时，开路电位（V_OCP）变化经OECT放大，产生阈值电压（V_th）偏移，实现对数级浓度响应。

性能优化

电学特性：液态电解质下OECT展现14.4 S·cm^?1的高跨导，开关比>10⁵；固态电解质虽使跨导降低35%，但显著提升稳定性（15小时工作后V_th漂移<15 mV）。敏感电极：Ag/AgCl电极在人工汗液中呈现超能斯特响应（57.98 mV·dec^?1），且对乳酸等干扰物的抗性优于纯Ag电极。

实际应用验证

在人工汗液测试中，传感器对10^?4–10^?1 M Cl^?的检测灵敏度达53.6 mV·dec^?1，LOD为1.2 mM，完全覆盖CF诊断需求。相关性分析显示|ΔV_th|与V_OCP呈线性关系（R²>0.99），证实信号转导可靠性。

结论与展望

该研究通过材料创新与架构设计，解决了传统OECT在复杂生物环境中稳定性差的难题。未来结合柔性基底与微型化参比电极，可进一步推动其在可穿戴CF动态监测中的临床应用。