基于TMB显色的可穿戴手环传感器

要长高

描述

  人体长期暴露于紫外光(UVR)中会加速皮肤衰老、引起黑色素沉积以及增加皮肤癌患病几率等。近年来随着生活质量的提高,人们的户外娱乐活动日趋增加,大家对紫外辐射安全问题也更加重视。太阳中紫外光的日常检测以及生活中紫外泄露的监测是防护个人紫外辐射安全的必要环节,智能可穿戴紫外检测传感器也随之成为科学研究热点。

  目前紫外检测传感器主要基于光电检测和光致变色检测两种方法,但多用于辐照度的瞬时检测,很少能实现剂量分析,且价格较为昂贵、显色体系仍然较为复杂,因此限制了人们的日常检测与使用。

  四川大学吴鹏团队首次发现经典显色剂——3,3,5’,5’-四甲基联苯胺(TMB)对UVB(280-315 nm)和UVC(200-280 nm)敏感(图1),可直接被其氧化成蓝色产物TMB+·,并基于此构建了紫外检测的裸眼识别传感器,可实现低成本个人使用。该团队首先对这一新的化学现象进行了机理研究,结果显示TMB的快速氧化由以下两种过程协同作用:UV在氧气存在下直接氧化TMB;TMB本身作为光敏剂产生超氧根阴离子(•O2-),进而促进TMB氧化(图2)。为了解决上述紫外检测难题,本论文基于此反应开发了TMB纸基显色的可穿戴手环,并结合手机APP,可实现在个人户外活动中,判断阳光中的UVB辐照剂量是否超过最小红斑量(图3)。此外,基于TMB溶液显色的时钟表盘设计用于监测含有UVC消毒灯却无人看守的房间中可能存在的紫外线泄漏情况。

 

poYBAGK9UBmALpAbAASLjDoPE0w793.png

 

  图1. 不同波段紫外光梯度辐照剂量下的TMB显色情况。图片来源:Anal. Chem.

 

pYYBAGK9UEGAHk_5AAU3GvsinTE821.png

 

  图2. 紫外光促使TMB氧化的机理研究。图片来源:Anal. Chem.

 

poYBAGK9UEeAIi2CAALawnqbLiQ984.png

 

  图3. 基于TMB显色的可穿戴手环检测太阳中UVB剂量。图片来源:Anal. Chem.

  基于TMB显色的可穿戴手环传感器成本低(《 0.5美元/只),对UVB的响应特异性高,无需专业操作,使其可应用于人们户外活动时的个人防护,推动了紫外光的可穿戴便携式传感器的发展。此外,本论文中首次发现TMB在紫外光的直接快速氧化反应,并提出了TMB氧化的新机制和新体系,这也为明星显色底物TMB的反应化学及应用带来了无限潜力。

  这一成果发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是四川大学硕士生张晓,四川大学分析测试中心吴鹏研究员为通讯作者。

  Low-Cost Naked-Eye UVB and UVC Dosimetry Based on 3,3′,5,5′-TetramethylbenzidineXiao Zhang, Xianming Li, Yunhe Lang, Peng Wu*Anal. Chem., 2022, 94, 4373–4379, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c05190

打开APP阅读更多精彩内容

电子工程师必装软件(附AD封装库

值得收藏!用过都说好!

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分