Food‐Based Capacitive Sensors Using a Dynamic Permittivity Change with Hydrogels Responsive to Hydrogen Peroxide

材料科学 电容感应 自愈水凝胶 介电常数 电介质 过氧化氢 纳米技术 电极 光电子学 计算机科学 化学 有机化学 高分子化学 操作系统 物理化学
作者
Kenta Fukada,Takuro Tajima,Michiko Seyama
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:7 (12) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/admt.202200830
摘要

Abstract Recent advances in ingestible electronics have elucidated the chemical composition of the gastrointestinal tract. Most devices are typically assembled from nondegradable materials, which require surgery for removal in cases of retention. Thus, edible electronic components based on naturally derived materials have been developed. However, a disease‐specific digestible sensor is difficult to construct due to the limited ingredients available. Here, a food‐based capacitive sensor using large dielectric constant changes with excellent selectivity is proposed. The sensor uses a combination of an interlayer of an enzyme‐containing degradable hydrogel, an insulator of food‐based slippery liquid‐infused porous surfaces, and Au/gelatin electrodes. In the enzymatic reaction, generated micro‐bubbles change the permittivity of the capacitor dynamically. Compared to most approaches for capacitive sensors using swelling/shrinking of the interlayer, this simple method excels in a large permittivity change with selectivity associated with the enzymatic reaction. This sensor is potentially applicable to various gaseous reactions, such as redox reactions, weak acid release reactions, and thermal decomposition. The capacitive component works in the contact‐free device as the resonator or sensor. Therefore, this study would open the way to human‐friendly material‐based wireless chemical sensors in healthcare or environmental domains.
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