中國水產(chǎn)科學(xué)研究院質(zhì)標(biāo)中心在創(chuàng)新柔性可穿戴水生生物健康監(jiān)測傳感器方面取得新進展

　　近日，院質(zhì)標(biāo)中心吳立冬研究員團隊設(shè)計了一種角蛋白液態(tài)金屬（KELM）柔性可穿戴傳感器，憑借其卓越的柔性、強粘附性和高靈敏度等性能，提供了水生動物健康監(jiān)測方案，適用于大型魚類和貝類生理健康和棲息地環(huán)境檢測。這項研究以“Biocompatible protein/liquid metal hydrogel-enabled wearable electronics for monitoring marine inhabitants' health”為題發(fā)表在期刊Engineering（IF 10.1）。

 

　　養(yǎng)殖水生生物從開放水體進入限域的養(yǎng)殖水體，不適應(yīng)的新棲息地環(huán)境導(dǎo)致其生理健康狀態(tài)下降、疾病高發(fā)，降低了養(yǎng)殖水產(chǎn)品的品質(zhì)與產(chǎn)量。在此背景下，美國、西班牙等11個研究機構(gòu)聯(lián)合撰文提出魚類可穿戴傳感器理念，倡議全球科學(xué)家開展相關(guān)研究實現(xiàn)魚類健康及生境安全時空監(jiān)測（Kaidarova et al, Wearable sensors for monitoring marine environments and their inhabitants, Nature Biotechnology, 2023）。幾乎與美國頂尖科學(xué)家的學(xué)術(shù)思想不謀而合，我院吳立冬研究員率先研制出第一代魚類體表貼敷式柔性傳感器，成果于2023年發(fā)表（Liquid metal/CNTs hydrogel-based transparent strain sensor for wireless health monitoring of aquatic animals, Chemical Engineering Journal, 2023）。

 

　　吳立冬團隊長期致力于魚載可穿戴傳感器研究，在水生生物健康及其棲息環(huán)境安全監(jiān)測領(lǐng)域開展了系統(tǒng)的研究工作（Biosen. Bioelectron., 2021; Chem. Eng. J., 2023；InfoMat, 2023；Trends in Anal. Chem., 2024; Nature Food, 2024），并授權(quán)2項國際專利和3項中國發(fā)明專利，形成了理論和技術(shù)保護。在第一代魚類體表貼敷式柔性傳感器基礎(chǔ)上，為解決傳統(tǒng)柔性傳感器生物相容性較差的難題，團隊開發(fā)了一種基于角蛋白（KE）和液態(tài)金屬（LM）復(fù)合的酶蛋白基柔性“魚載”可穿戴傳感器。創(chuàng)制的傳感器柔性敏感材料不僅具備出色的粘附性、高導(dǎo)電性（6.84 S m??）和靈敏度（GF=7.03），還兼具蛋白質(zhì)的形狀記憶性。

 

　　“魚載”可穿戴傳感器不僅實現(xiàn)了微創(chuàng)監(jiān)測大型水生生物（如鱘魚等）的健康狀況，還能夠無創(chuàng)捕獲貝類等水生生物微弱的心跳信號，為水生生物育種性狀精準(zhǔn)評價、水生生物生境適應(yīng)性監(jiān)測等領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)的監(jiān)測理論和技術(shù)。

 

　　本項研究成果獲得了海水養(yǎng)殖生物育種與可持續(xù)產(chǎn)出全國重點實驗室支持，受國家自然科學(xué)基金（22176221和22273045）及中央公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項（CAFS:2024XT09）等項目提供的資金支持。