圖1。a) 基于 Ti 3 C 2 T x MXene-PVA/PAA 水凝膠（M-水凝膠）的肌肉疲勞傳感器設(shè)計(jì)示意圖。b) 施加的軸向應(yīng)變對 M-水凝膠電阻的影響 (ΔR/R 0）。c) M-水凝膠的電阻隨 pH 值的變化；通過改變 PBS 溶液的組成來控制 pH 值。d) M-水凝膠電阻隨環(huán)境 pH 變化的時(shí)間依賴性變化。滴入具有不同 pH 值的 PBS 溶液時(shí)，觀察到 M-水凝膠電阻的突然變化。e) 照片圖像顯示了在不同 pH 條件下測量 M-水凝膠在施加應(yīng)變下的電阻的實(shí)驗(yàn)裝置。f) 在低 pH 條件下施加應(yīng)變下 M-水凝膠電阻的非線性變化。當(dāng)離子電流占主導(dǎo)地位時(shí)，我們得到 ΔR 與應(yīng)變的非線性關(guān)系。

被稱為 MXenes 的超薄納米材料有望通過分析一個(gè)人的汗水來更容易地監(jiān)測他們的健康狀況。

雖然它們與石墨烯具有相似的二維性質(zhì)，但 MXenes 由無毒金屬（如鈦）與碳或氮原子組合而成。MXenes 具有天然的高電導(dǎo)率和強(qiáng)表面電荷，是可檢測化學(xué)濃度微小變化的生物傳感器的有吸引力的候選者。

2019 年，Husam Alshareef 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種 MXene 復(fù)合電極，并將其封裝在可穿戴臂帶傳感器中。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，使用裝有適當(dāng)酶的 MXene 插件，可以吸收汗水并檢測人體汗液中的多種分析物，包括葡萄糖和乳酸。

Alshareef 和他的同事與 Sahika Inal 的研究團(tuán)隊(duì)合作，最近嘗試將 MXene 片材與水凝膠結(jié)合起來——水凝膠與人體組織相容，因?yàn)樗鼈兡軌蚶�伸。有趣的是，研究小組發(fā)現(xiàn)水凝膠中高水平的移動(dòng)離子對運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生的機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生了強(qiáng)烈的敏感性。

“最初，MXene 薄片在水凝膠中隨機(jī)排列，但一旦你對它們施加壓力，薄片就會(huì)變得更加水平定向，”Alshareef 解釋說�！坝捎� MXene 在其表面上具有高濃度的負(fù)電荷，因此水平排列會(huì)強(qiáng)烈影響水凝膠內(nèi)的離子運(yùn)動(dòng)，因此我們可以測量不同程度的壓力變化。”

使用新型 MXene水凝膠化合物開發(fā)的原型可穿戴傳感器能夠通過隨著機(jī)械應(yīng)力的增加產(chǎn)生不同的電阻模式來跟蹤肌肉運(yùn)動(dòng)。當(dāng)傳感器暴露于酸性或堿性溶液形式的額外離子時(shí)，這些模式會(huì)立即發(fā)生變化。

這導(dǎo)致 KAUST 團(tuán)隊(duì)意識(shí)到他們的設(shè)備可用于將汗液中的 pH 值變化與肌肉細(xì)胞中引起疲勞的酸積聚相關(guān)聯(lián)。

“當(dāng)我們鍛煉并且我們的肌肉感到疲倦時(shí)，傳感器會(huì)看到新的化學(xué)環(huán)境并產(chǎn)生不同的電阻與應(yīng)力曲線，”前 KAUST 博士后和該研究的主要作者 Kang Lee 說�！巴ㄟ^將這些曲線與給定傳感器的參考曲線進(jìn)行比較，我們可以確定汗液的 pH 值以及肌肉的疲勞程度。”

通過藍(lán)牙連接到附近的數(shù)字設(shè)備，一旦技術(shù)得到優(yōu)化，基于 MXene 的傳感器可能對尋求實(shí)時(shí)性能測量的運(yùn)動(dòng)員很有價(jià)值�！白顕�(yán)峻的挑戰(zhàn)是傳感器的長期穩(wěn)定性，因此我們正在考慮在未來的實(shí)驗(yàn)中改變成分和設(shè)計(jì)，”Alshareef 說。