中国水产科学研究院质标中心在创新柔性可穿戴水生生物健康监测传感器方面取得新进展
更新时间：2025-01-24 10:38:58 来源/作者：中国水产科学研究院
近日，院质标中心吴立冬研究员团队设计了一种角蛋白液态金属（KELM）柔性可穿戴传感器，凭借其卓越的柔性、强粘附性和高灵敏度等性能，提供了水生动物健康监测方案，适用于大型鱼类和贝类生理健康和栖息地环境检测。这项研究以“Biocompatible protein/liquid metal hydrogel-enabled wearable electronics for monitoring marine inhabitants’ health”为题发表在期刊Engineering（IF 10.1）。
养殖水生生物从开放水体进入限域的养殖水体，不适应的新栖息地环境导致其生理健康状态下降、疾病高发，降低了养殖水产品的品质与产量。在此背景下，美国、西班牙等11个研究机构联合撰文提出鱼类可穿戴传感器理念，倡议全球科学家开展相关研究实现鱼类健康及生境安全时空监测（Kaidarova et al, Wearable sensors for monitoring marine environments and their inhabitants, Nature Biotechnology,2023）。几乎与美国顶尖科学家的学术思想不谋而合，我院吴立冬研究员率先研制出第一代鱼类体表贴敷式柔性传感器，成果于2023年发表（Liquid metal/CNTs hydrogel-based transparent strain sensor for wireless health monitoring of aquatic animals,Chemical Engineering Journal,2023）。
吴立冬团队长期致力于鱼载可穿戴传感器研究，在水生生物健康及其栖息环境安全监测领域开展了系统的研究工作（Biosen. Bioelectron.,2021;Chem. Eng.J.,2023；InfoMat, 2023；Trends in Anal.Chem.,2024;Nature Food,2024），并授权2项国际专利和3项中国发明专利，形成了理论和技术保护。在第一代鱼类体表贴敷式柔性传感器基础上，为解决传统柔性传感器生物相容性较差的难题，团队开发了一种基于角蛋白（KE）和液态金属（LM）复合的酶蛋白基柔性“鱼载”可穿戴传感器。创制的传感器柔性敏感材料不仅具备出色的粘附性、高导电性（6.84 S m⁻¹）和灵敏度（GF=7.03），还兼具蛋白质的形状记忆性。
“鱼载”可穿戴传感器不仅实现了微创监测大型水生生物（如鲟鱼等）的健康状况，还能够无创捕获贝类等水生生物微弱的心跳信号，为水生生物育种性状精准评价、水生生物生境适应性监测等领域提供了基础的监测理论和技术。
本项研究成果获得了海水养殖生物育种与可持续产出全国重点实验室支持，受国家自然科学基金（22176221和22273045）及中央公益性科研院所基本科研业务费专项（CAFS:2024XT09）等项目提供的资金支持。
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