2024年10月25日，学术期刊《Chemosensors》在线发表了一项关于可穿戴式汗液葡萄糖生物传感器的重要研究，论文题为“Coral-like Ti3C2Tx/PANI Binary Nanocomposite Wearable Enzyme Electrochemical Biosensor for Continuous Monitoring of Human Sweat Glucose”。本研究由广州大学的王锦浩、陈丽娟（通讯作者）、陈帆、卢昕阳、李炫烨、鲍雨、王炜、韩冬雪和中山大学的牛利（通讯作者）共同完成。该研究聚焦于生物医学工程与电化学传感的交叉领域，旨在解决传统有创血糖监测带来的不适、感染风险及患者依从性差等问题。随着糖尿病患病率不断攀升，持续、无创的血糖监测技术成为临床与日常健康管理的迫切需求。汗液作为富含多种代谢物的生物体液，其葡萄糖浓度与血糖水平存在相关性，为无创监测提供了可能。然而，开发高灵敏度、高稳定性且适用于动态、弯曲皮肤表面的汗液葡萄糖传感器仍面临挑战，核心在于如何有效固定葡萄糖氧化酶（GOx）并构建兼具优异导电性、大比表面积和机械柔性的传感界面。本研究的目标是制备一种基于二维Ti3C2Tx MXene与珊瑚状聚苯胺（PANI）二元纳米复合材料（Ti3C2Tx/PANI）的柔性可穿戴电化学酶传感器，用于实现汗液葡萄糖的连续、无创、实时监测。

研究的详细工作流程系统而严谨，主要包括材料制备、电极构建、材料表征、电化学性能测试、人工汗液验证、机械性能评估以及最终的人体汗液实时监测等多个关键步骤。

首先，研究团队进行了基础材料的制备。他们采用氢氟酸（HF）蚀刻法，从Ti3AlC2 MAX相粉末中剥离出铝层，成功制备了二维层状结构的Ti3C2Tx MXene纳米片。随后，通过电化学聚合法，在预先滴涂有Ti3C2Tx纳米片的电极表面，以硫酸为电解质，在特定的循环伏安（CV）扫描电压窗口（-0.45 V至-0.9 V）下，使苯胺单体聚合，从而在Ti3C2Tx表面生长出珊瑚状的PANI，形成Ti3C2Tx/PANI二元纳米复合材料。这一步骤的创新之处在于，电化学聚合过程能够精确控制PANI的形貌和生长，使其形成独特的三维珊瑚状结构，有效插层到MXene片层之间，防止其堆叠。

其次，是传感器的构建与功能化。研究以柔性电极为基底，依次修饰Ti3C2Tx/PANI复合材料作为电催化传导层。随后，将含有葡萄糖氧化酶（GOx）、牛血清白蛋白（BSA）、壳聚糖和戊二醛的混合溶液滴涂在该电极表面，通过交联作用固定GOx，最终形成Ti3C2Tx/PANI/GOx柔性葡萄糖生物传感器。作为对照，研究还同步制备了仅用Ti3C2Tx修饰的Ti3C2Tx/GOx传感器和仅用PANI修饰的PANI/GOx传感器。

第三，是对所制备材料进行系统的物理化学表征。研究采用了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等多种技术。SEM和TEM图像直观展示了从Ti3AlC2块体到Ti3C2Tx二维纳米片，再到表面生长出珊瑚状PANI的完整形貌演变。XRD图谱证实了蚀刻后Ti3C2Tx特征峰的出现以及PANI成功引入后对其结晶度的影响。拉曼光谱和XPS分析则从化学键和元素组成层面提供了Ti3C2Tx与PANI成功复合的证据，例如XPS中检测到了C-N键和Ti-O-N键，证实了两者之间存在相互作用。

第四，是核心的电化学行为与传感性能研究。这一部分包含多个子流程。首先，通过循环伏安法在不同扫速下测试了三种修饰电极（Ti3C2Tx/GOx， PANI/GOx， Ti3C2Tx/PANI/GOx），分析了其电子转移过程。利用Laviron公式计算得出，Ti3C2Tx/PANI/GOx电极具有最高的电子转移速率常数（ks = 1.17 s⁻¹）。电化学阻抗谱（EIS）测试进一步显示，Ti3C2Tx/PANI复合材料具有最低的电荷转移电阻（Rct），表明其电荷转换效率最佳。接着，研究通过计时电流法系统评估了传感器在磷酸盐缓冲溶液（PBS）和人工汗液中对葡萄糖的检测性能。在PBS中，Ti3C2Tx/PANI/GOx传感器表现出最高的灵敏度（26.04 µA·mM⁻¹·cm⁻²）和最低的检测限（21 µM），线性检测范围为0.05 mM至2 mM。在模拟真实汗液环境的人工汗液（pH=6.5）中，其灵敏度为25.16 µA·mM⁻¹·cm⁻²，检测限为23 µM，线性范围覆盖0.05 mM至1.0 mM，完全满足人体汗液葡萄糖浓度（通常在0.01-1 mM之间）的检测需求。此外，选择性测试表明，该传感器对汗液中常见的干扰物（如抗坏血酸、尿酸、乳酸、多巴胺、尿素、各种离子等）具有出色的抗干扰能力。

第五，是柔性与稳定性的关键验证。为了满足可穿戴应用，研究对传感器进行了机械弯曲测试。将Ti3C2Tx/PANI/GOx柔性电极分别弯曲至0°、30°和60°角，并测试其对不同浓度葡萄糖的电流响应。结果显示，即使在60°弯曲状态下，电流响应的最大相对偏差也仅为约10%，证明了其优异的机械性能和在实际佩戴中的稳定性。长期稳定性测试表明，传感器在连续15小时监测0.6 mM葡萄糖时电流密度变化极小（<1.2 µA·cm⁻²），在10天的周期性测试中电流响应偏差约为10%，展现了良好的长期工作可靠性。重复性测试中，八个独立制备的传感器对0.3 mM葡萄糖的响应电流偏差也在10%左右，证明了制备工艺的可靠性。

最后，研究进行了最具说服力的人体验证实验。两名健康受试者在手臂上佩戴集成化的可穿戴传感平台（包含Ti3C2Tx/PANI/GOx柔性芯片、微型电流计和锂电池），进行为期60分钟的室内运动。该平台实现了汗液葡萄糖的实时、连续监测。与此同时，使用商业血糖仪定时采集受试者的指尖血进行血糖测量以作对比。实验结果清晰显示：在运动初期，汗液和血糖葡萄糖水平均因能量消耗而下降；随后，由于肝糖原分解，两者浓度又出现回升；在运动中途摄入甜饮料约12分钟后（与肠道糖吸收时间相符），汗液和血糖葡萄糖水平同步出现显著上升；运动后期，两者浓度再次下降。整个过程中，离散的血糖测量数据与连续的汗液葡萄糖监测曲线呈现出高度一致的变化趋势。此外，研究还将传感器与高效液相色谱法（HPLC）对人工汗液中葡萄糖的检测结果进行对比，两者高度吻合，进一步验证了该传感器检测结果的准确性。

本研究获得了一系列重要且相互支撑的结果。材料表征结果（SEM， TEM， XRD， XPS）无可争议地证明了珊瑚状PANI成功修饰在Ti3C2Tx表面，形成了具有三维多孔结构的二元纳米复合材料。这一结构是后续所有优异性能的物理基础。电化学行为研究结果（高ks值、低Rct）表明，Ti3C2Tx与PANI的复合产生了协同效应，极大地提升了复合材料的导电性和电子转移效率，这直接导致了传感器催化活性的增强。传感性能测试结果（高灵敏度、低检测限、宽线性范围）直接验证了该协同效应的实际效果：珊瑚状结构提供了巨大的比表面积，为GOx的固定提供了更多的活性位点，从而增强了酶固定化效果和催化活性；而优异的导电性确保了催化反应产生的电信号能被高效传导和检测。机械弯曲和长期稳定性测试结果则解决了可穿戴设备在实际应用中面临的核心工程学问题，证明了该传感器能够耐受皮肤弯曲并保持信号稳定，为其从实验室走向实际应用扫除了关键障碍。最终，人体汗液实时监测结果与血糖数据的强相关性，以及传感器与HPLC结果的一致性，构成了整个研究的逻辑闭环和最有力证据。它不仅仅是在模拟环境中证明传感器“能用”，更是在真实、复杂的生理环境下证明其“可靠且准确”，直接将实验室的纳米材料研究与无创健康监测的实际应用价值紧密联系起来。

本研究成功开发并验证了一种基于Ti3C2Tx/PANI二元纳米复合材料的新型可穿戴电化学汗液葡萄糖传感器。其科学价值在于：第一，创新性地将电化学聚合的珊瑚状PANI与二维Ti3C2Tx MXene复合，巧妙解决了MXene片层易堆叠的问题，同时利用两者的协同效应大幅提升了材料的导电性、比表面积和电催化性能。第二，系统地揭示了该复合材料作为酶固定化基底和电化学传感界面的优越性机制，为高性能MXene基生物传感器的设计提供了新思路。其应用价值尤为突出：该传感器具备高灵敏度、高选择性、良好的机械柔韧性和长期稳定性，并且通过人体实验初步验证了其通过汗液葡萄糖无创监测血糖变化的可行性，为糖尿病患者的日常管理和个性化医疗提供了一种极具前景的便携式、连续监测工具。

本研究的亮点突出体现在以下几个方面：首先，在材料设计上具有显著新颖性，珊瑚状PANI的形貌调控及其与Ti3C2Tx的复合方式是本工作的核心创新，有效集成了两者优点。其次，研究体系非常完整，从材料合成、表征、基础电化学、模拟环境测试到最终的人体真实环境验证，层层递进，证据链坚实。第三，研究成果直击应用痛点，不仅关注传感器的检测性能，还特别强调了其柔性、抗弯曲和长期稳定性等可穿戴设备必备的特性，研究导向明确面向实际应用。最后，人体实验数据的获得和与商用设备的成功对比，极大地提升了研究成果的说服力和转化潜力。这项研究为开发高可靠性、适用于长期稳定监测的MXene葡萄糖生物传感器提供了一种高效且实用的方法，在医疗健康监测领域具有重要的推广价值。