Integration von vollgedruckter Zink-Ionen-Mikrobatterie und Glukosesensor für schnelle Vor-Ort-Detektionen

Abstract Der rationale Entwurf von Mikrosystemen und die effiziente Integration verschiedener funktionaler Module, die direkt die angestrebten Funktionen realisieren können, sind sehr attraktiv für tragbare und vor Ort praktische Anwendungen, was auch bedeutend für die Entwicklung miniaturisierter und intelligenter Elektronik und Geräte ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrochemischen Glukosesensoren, die immer komplexe Hilfssysteme für die Stromversorgung, Signalverarbeitung und Rückmeldungen benötigen, entwerfen wir einen vollgedruckten Glukosesensor, der mit einer Zink-Ionen-Mikrobatterie (ZIMB) als Mikropowerquelle für tragbare und vor Ort schnelle Glukose-Detektionen integriert ist. Das integrierte Glukosesensor- (GS) und ZIMB- (iGS-ZIMB) System besitzt eine hohe areale Energiedichte von 247,3 μWh/cm² und eine Leistungsdichte von 1193 μW/cm² und zeigt eine hohe Sensitivität von bis zu 464,2 μA/mM/cm², einen breiten linearen Bereich von 0,5–6,0 mM und eine gute Reproduzierbarkeit bei Glukose-Detektionen. Durch ein einfaches Verstärkerschaltungsdesign könnten die Glukosekonzentrationssignale innerhalb einer kurzen Reaktionszeit von 1,6 s ohne externe Hilfsausrüstung angezeigt werden. Solches iGS-ZIMB-Mikrosystem hat herausragende Vorteile in Bezug auf Effizienz und Kosten und ist vielversprechend für medizinische und gesundheitliche Anwendungen vor Ort.