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无酶电化学传感 —— 在花状 CoO 纳米线上的十年工程实现。

从材料、芯片、信号到 AI 模型,智糖无界团队在浙江大学张晟教授的 PI 实验室里,把无酶电化学从一篇顶刊论文,做成可量产的医疗级传感器件。

ESI TOP 1 % · 高被引
IF 7.2 · Applied Materials Today 2024
80+ SCI 论文 · 17 顶刊
通讯作者:张晟 / 汪倩倩
01 / MECHANISM

一朵花,
替代整条酶法链

酶法传感长期面临稳定性差、保质期短、批次差异大的痛点。我们用花状 CoO 纳米线 + 镍泡沫 3D 自支撑结构直接电化学检测葡萄糖,跳过了酶、跳过了标记物。
花状 CoO 纳米线 / 镍泡沫 3D 自支撑
FIG. 01 · NANOSTRUCTURE

CoO → CoOOH → CoO₂ 氧化级联,
电流 即浓度。

当唾液中的葡萄糖分子扩散到花状 CoO 纳米线表面,在恒电位作用下,Co²⁺ / Co³⁺ 经历级联氧化,释放出与葡萄糖浓度成正比的电子流。无需酶参与,无需标记,无需缓冲液预混。

154.3m²/g
BET 比表面积 · 远超平面电极
28.22mA·mM⁻¹·cm⁻²
灵敏度 · 临床级
0.55μM
检测下限 · ESI 高被引验证
100.1%
真实唾液回收率,±0.95 %
02 / PILLARS

四大技术栈,
从材料到信号

每一项都对应一个独立的专利族与顶刊论文。组合在一起,构成了 S1 唾液血糖仪与 W1 可穿戴 CGM 的核心壁垒。
T1

NES · 无酶纳米催化

花状 CoO 纳米线 3D 自组装在镍泡沫骨架上,BET 比表面积 154.3 m²/g,提供超高的活性位点密度。

154.3
m²/g BET
28.22
mA·mM⁻¹·cm⁻²
3D
自支撑结构
T2

STEC · 三电极检测

自研恒电位电路,误差 < 1 mV,电流分辨率 10⁻⁷ A。可集成于柔性电路,直接驱动 W1 可穿戴 CGM。

< 1 mV
恒电位误差
10⁻⁷ A
电流分辨率
0.1 μA
精度
T3

FMCT · 膜导微流控

仿松针单向导湿结构,自适应不同水合度皮肤。弯曲 0–150°、扭转 0–360° 不脱附,为汗液 CGM 提供稳定采样。

0–150°
弯曲
0–360°
扭转
7+ days
贴附稳定性
T4

DOCS · 信号数字化

无线实时可视化输出,透明可拉伸纳米材料集成,适配智能眼镜、隐形眼镜等下一代终端形态。

AI
驱动趋势预测
7/24
实时流
BT 5.0
手机直连
03 / PERFORMANCE

抗干扰 & 稳定性,
决定医疗器械能否注册。

真实唾液中混杂 NaCl、KCl、抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)、谷氨酰胺(Gln)、乳酸(LA)。我们用全谱干扰实验验证了传感器的选择性 —— 这也是 NMPA 二类注册的硬指标之一。
FIG. 02 · SELECTIVITY

七种共存干扰物,
信号偏差均 < 5 %

在 0.1 mM 葡萄糖 + 5× 浓度干扰物的混合样本中,花状 CoO 纳米线电极的电流响应变化 < 5 %,远优于传统酶法(AA 干扰通常 > 20 %)。这是 S1 唾液血糖仪在 NMPA 二类注册中的关键证据之一。

  • NaCl · 140 mM ± 1.2 %
  • KCl · 4.5 mM ± 0.8 %
  • Ascorbic Acid (AA) ± 2.3 %
  • Dopamine (DA) ± 3.1 %
  • Uric Acid (UA) · Glutamine · Lactate ± 4.2 %
七种干扰物选择性测试
04 / CALIBRATION

0.005 – 2.525 mM
线性动态范围

覆盖临床低血糖(0.005 mM 以下)到餐后高血糖(> 2.0 mM)的全场景,无需多段切换或人工稀释。线性相关系数 R² > 0.998。
葡萄糖响应曲线
FIG. 03 · LINEAR RANGE

低血糖到餐后峰值,
一段曲线全部覆盖。

临床场景下,糖尿病患者血糖从严重低血糖(2–3 mM)波动至餐后高血糖(> 15 mM)。智糖无界传感器的线性范围覆盖了 0.005 至 2.525 mM 的核心检测区间,配合 W1 的连续采样与 AI 模型,可以在家完成从餐前到餐后到睡眠的完整 24h 曲线。

R² > 0.998
线性相关系数
21
连续运行稳定
< 3 min
单次检测时间
0.55μM
检测下限
05 / FORMS

芯片贴片,
多种形态在研。

同一套核心材料 + 三电极电路,可以承载不同的产品形态:口腔贴片、智能眼镜集成、手环、皮下微针、隐形眼镜 —— 团队近五年已验证多种原型。
芯片级传感元件
CHIP-LEVEL
芯片级无酶传感元件
S1 主机核心 · 一次性电极
纸基葡萄糖传感器
PAPER-BASED
纸基一次性电极
低成本耗材路径
皮肤贴片电极
EPIDERMAL
表皮贴片式传感
W1 形态预研
腕部可穿戴传感器
WRIST-WORN
腕部可穿戴
24h 汗液采集原型
隐形眼镜形态传感器
CONTACT LENS
隐形眼镜形态
下一代无感监测
可穿戴生物传感器总览
WEARABLE
可穿戴生物传感总览
W1 产品形态
06 / EVIDENCE

顶刊论文 & 专利族。

通讯作者张晟教授(浙大 PI)在 Progress in Materials Science (IF 48.165) 发表过 ESI 1% 综述。核心唾液血糖论文 Applied Materials Today 2024 (IF 7.2) 已 ESI 高被引。
Applied Materials Today 2024 论文封面
APPLIED MATERIALS TODAY · 2024 · IF 7.2

Flower-like CoO nanowire-decorated Ni foam: A non-invasive electrochemical biosensor for glucose detection in human saliva

S. Zhang et al. · Applied Materials Today 36 (2024) 102083 · ESI 高被引 · 2024。该论文是 S1 唾液血糖仪的科学基础 —— 它向 NMPA 与医院 KOL 证明了传感器在真实唾液样本上的临床级精度与选择性。

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