背景介绍

随着5G和物联网的飞速发展，各种个人电子产品和传感器网络如雨后春笋般出现，对可穿戴和分布式传感器的需求也日益增多。然而，这些无处不在的电子设备需要大量的电力供应和高额的成本维护，这对实现碳中和无疑是重大挑战。摩擦电纳米发电机可以将广泛分布于自然界的高熵能源转化为电能，这是一种绿色、自给自足、可持续的能源供应源，有望成为实现碳中和目标的有效途径。

摩擦电纳米发电机由于易受到周围环境影响，常被用于设计自供电传感器，如自供电压力传感器，可用于监测人体心率，反映健康水平。然而，单一指标很难评价人体健康状况，需要结合代谢水平进行多维度判断。此外，使用无损的方法分析代谢物质也有助于医学检测和患者恢复。

文章概述

近日，东北大学理学院杜安、王旗科研团队和东北大学佛山研究生院刘宝丹科研团队与东北大学体育部毛羽鹏科研团队合作，设计了基于可拉伸纤维摩擦电纳米发电机（F-TENG）用于实时汗液代谢分析和运动监测的可穿戴生物传感器。多壁碳纳米管和聚苯胺依次包覆在Ecoflex纤维上，然后缠绕漆包线就可制备成F-TENG。通过酶的修饰(葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、肌酐酶/克氨酸酶/肌氨酸氧化酶)，这个器件就可以基于摩擦电效应和酶促反应的耦合效应(表面-摩擦电耦合效应)，实现对汗液中葡萄糖、乳酸、肌酐浓度的传感，从而反映体内代谢水平；同时，关节动作产生的独特信号还可用于捕捉人体的运动状态。将F-TENG与无线通讯设备相连，可以将检测到的信息实时传输到云端，一旦发生危险，医护人员可立即进行干预，避免因救治不及时带来的意外情况。本文末尾处的生物传感、运动状态监测和无线通信实验展示了F-TENG在构建自供电闭环健康监测系统的潜力。该成果以“WearableBiosensorsforReal-timeSweatAnalysisandBodyMotionCapturebasedonStretchableFiber-basedTriboelectricNanogenerators”为题发表在国际著名期刊BiosensorsandBioelectronics上。

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