乳酸和其他生物活性分子的检测在生物研究、医学检测和环境监测中具有重要意义。有机电化学晶体管是一种可以将生物信号转换为电信号的生物传感器件。近年来，纤维基有机电化学晶体管（FECTs）为柔性可穿戴生物传感器的构建提供了一种新的途径，极大地促进了柔性可穿戴电子产品的发展。

近期，西安工程大学刘呈坤教授首先通过将MXene和PEDOT:PSS结合到电纺取向聚乙烯缩甲醛（PVF）纳米纤维束上制备了多层复合电极，然后组装成具有高灵敏度和高选择性的FECT。同时，还建立了一个可穿戴实时监测平台，用于检测人体汗液中的乳酸浓度。结果表明，MXene可以作为PEDOT:PSS和PVF之间的桥梁，基于PVF/MXene/PEDOT:PSS的FECT的传感性能明显增强。其具有1nM-100mM的宽线性响应范围、0.442NCR/decade的灵敏度、0.5s的快速响应时间、低检测浓度、优异的再现性和出色的抗干扰特性。因此，这项工作为可穿戴生物传感器的开发提供了更多的可能性。

图1.乳酸检测用FECTs的制备示意图。

图2.MXene的表征：（a）SEM图像；（b）廷德尔现象图片；（c）EDS映射图像；（d）XRD图谱。

图3.在不同溶液浓度条件下获得的PVF纳米纤维束的SEM图像和直径分布：（a,d）14wt%，（b,e）16wt%，（c,f）18wt%；在14wt%下以不同牵伸比获得的PVF纳米纤维束的SEM图像和形态演变示意图（g）以及应力-应变曲线（h）。

图4.PVF/PEDOT:PSS（a,d）、PVF/MXene（b,e）和PVF/MXene/PPEDOT:PPS（c,f）纳米纤维束的示意图和SEM图像；在不同条件下获得的PVF复合导电纳米纤维束的应力-应变曲线（g）、电阻率（h）、CV曲线（i）和EIS（j）；PVF/PEDOT:PSS和PVF/MXene/PEDOT:PSS纳米纤维束在不同弯曲角度（k）和弯曲时间（l）下的电阻率。

图5.FECTs电性能测试电路示意图：（a）输出特性，（b）传输特性，（c）瞬态特性；PVF/PEDOT:PSS基FECT和PVF/MXene/PEDOT:PSS基FECT的电性能表征：输出曲线（d,g）、传输曲线（e,h）和瞬态曲线（f,i）。

图6.FECTs的工作原理图（a）和组装实物图（b）；PVF/PEDOT:PSS基FECT和PVF/MXene/PEDOT:PSS基FECT对乳酸的响应曲线（插图为归一化响应电流）（c,f），对不同干扰物质的响应曲线（d,g）和重复性（e,h）。

图7.（a-b）不同状态下人体汗液中乳酸浓度的变化；（c）电路系统结构示意图及应用显示图；（d）织物基乳酸传感系统；（e）便携式乳酸传感器和电化学工作站在有氧运动和无氧运动中检测乳酸浓度的比较。

该工作以“PVF composite conductive nanofibers-based organic electrochemical transistors for lactate detection in human sweat”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146008）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146008