摘要
随着物联网和微纳米加工技术的发展，可穿戴电化学传感器在即时检测领域表现出巨大潜力。但作为近十年刚刚崛起的智能电子器件，其在实际应用过程中仍面临诸多挑战，如生产成本较高、环境适用性较差、实际样品检测中准确度和精度较低等。基于此，本论文以丝网印刷技术制备传感器阵列，从电化学传感机理出发，基于特定电催化反应建立传感过程、开发原位电沉积新方法降低检测限、控制晶面组成提高传感选择性、设计复合材料提高传感灵敏度，解决可穿戴电化学传感器在健康监测和现场检测应用中精度和准确度不足的问题。 以铂基催化剂对甲醇电化学氧化过程为传感依据，运用丝网印刷技术在多种柔性基底上构筑室温可操作的、双重环境适用性甲醇传感器，在线性检测范围(气体:0-20％;液体:0-6％)内对于甲醇检测表现出高选择性、快速响应与恢复过程(＜200S)和长时间稳定性(10-15天)。在该研究基础上，开发了一种“牺牲模板原位电沉积”方法，将丝网印刷与共电沉积技术结合，在印刷工作电极表面原位制备多孔结构应用于重金属分析，通过增加活性吸附位点数量，降低Pb2+、Cu2+、Hg2+溶出分析过程中的检测限，提高在真实样品检测中的传感精度，在实时检测过程中实现无滞后的稳定响应。通过改变前驱体类型和比例，可直接拓展至原位制备其他多孔膜结构应用于相关分析物检测。 以Cu2O作为葡萄糖传感过程的非酶电催化剂，通过控制铜源和OH-前驱体比例，实现了对八面体、类球形和六角星Cu2O的可控制备。通过电化学测试表明Cu2O催化活性与晶面存在依赖关系，{100}/{111}比例越高，越有利于在较低过电位下实现高灵敏度和高选择性的葡萄糖传感。其中，类球形Cu2O表现出最优传感性能，起始氧化电位为0.3V，线性检测范围为0.12mM，检测限为3.5μM。以类球形Cu2O作为无酶电催化剂实现了在可穿戴葡萄糖传感器和生物燃料电池中的应用。 基于蚕丝蛋白收缩-舒展的湿敏特性与石墨烯在不同湿度条件下的可逆带隙变化，以天然蚕丝和天然石墨为原料，设计制备了不同比例的蚕丝蛋白-石墨烯复合材料(SF-G)应用于湿度传感。实验证明，当蚕丝蛋白(SF)与氧化石墨烯(GO)比例为1∶1时，复合材料还原度最高，缺陷最多，且具有褶皱丰富的表面结构和规整的层间结构。SF-G(SF∶GO=1∶1)具有优异的湿度传感灵敏度，是普通石墨烯材料的33倍，且在0-97％RH范围内具有快速、稳定的线性响应，响应与恢复时间均为0.01s。经动态测试证明，基于SF-G的湿度传感器可实现1cm距离下非接触式指尖湿度检测和运动过程中的呼吸频率监测。
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