中國水產科學研究院質標中心在創新柔性可穿戴水生生物健康監測傳感器方面取得新進展

近日，院質標中心吳立冬研究員團隊設計了一種角蛋白液態金屬（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測方案，適用于大型魚類和貝類生理健康和棲息地環境檢測。這項研究以“Biocompatible protein/liquid metal hydrogel-enabled wearable electronics for monitoring marine inhabitants' health”為題發表在期刊Engineering（IF 10.1）。

　　養殖水生生物從開放水體進入限域的養殖水體，不適應的新棲息地環境導致其生理健康狀態下降、疾病高發，降低了養殖水產品的品質與產量。在此背景下，美國、西班牙等11個研究機構聯合撰文提出魚類可穿戴傳感器理念，倡議全球科學家開展相關研究實現魚類健康及生境安全時空監測（Kaidarova et al, Wearable sensors for monitoring marine environments and their inhabitants, Nature Biotechnology, 2023）。幾乎與美國頂尖科學家的學術思想不謀而合，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境安全監測領域開展了系統的研究工作（Biosen. Bioelectron., 2021; Chem. Eng. J., 2023；InfoMat, 2023；Trends in Anal. Chem., 2024; Nature Food, 2024），并授權2項國際專利和3項中國發明專利，形成了理論和技術保護。在第一代魚類體表貼敷式柔性傳感器基礎上，為解決傳統柔性傳感器生物相容性較差的難題，團隊開發了一種基于角蛋白（KE）和液態金屬（LM）復合的酶蛋白基柔性“魚載”可穿戴傳感器。創制的傳感器柔性敏感材料不僅具備出色的粘附性、高導電性（6.84 S m??）和靈敏度（GF=7.03），還兼具蛋白質的形狀記憶性。

　　“魚載”可穿戴傳感器不僅實現了微創監測大型水生生物（如鱘魚等）的健康狀況，還能夠無創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評價、水生生物生境適應性監測等領域提供了基礎的監測理論和技術。

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