《iScience》：Saliva-permeable and antimicrobial potentiometric pH sensor for oral health monitoring
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口腔健康密切关联全身健康，但传统检测手段难以捕捉餐后或清洁后分钟级的酸碱波动。本研究开发了一种液体通透性电位式pH传感器，通过集成唾液透过的纤维层、抗菌银纳米线网络和pH响应传感层，实现了近能斯特灵敏度（~48.8 mV·pH?1）、快速可逆响应及低漂移的实时口腔pH监测。微生物实验表明其对变形链球菌和白色念珠菌的显著抑制能力，人体试验成功捕获摄糖、进食和刷牙过程中的pH动态变化，为个性化口腔健康管理提供了技术基础。
口腔是人体健康的第一道防线，其酸碱平衡在摄入食物或进行口腔清洁后几分钟内就会发生剧烈波动，这些瞬时变化恰恰是评估龋齿风险、微生物生态变化的关键指标。然而，现有的口腔检测技术多为单点抽样或视觉检查，无法捕捉这些转瞬即逝的生化事件，导致早期诊断和个性化干预难以实现。发表在《iScience》上的这项研究，通过创新性地设计一种唾液通透且具备抗菌功能的电位式pH传感器，成功解决了这一难题。
研究人员采用多层功能化设计思路，将电纺热塑性聚氨酯（TPU）纤维作为透气基底，喷涂银纳米线（AgNW）形成导电抗菌网络，并通过滴涂聚苯胺（PANi）构建pH敏感工作电极，最终集成片上Ag/AgCl参比电极，形成柔性可穿戴传感条带。该传感器具备三大核心优势：一是通过高孔隙率纤维层实现唾液的快速对流-毛细传输；二是利用AgNW网络同时实现低阻抗读数和抗菌功能；三是借助PANi的质子耦合反应实现近能斯特响应的pH检测。
关键技术方法
研究通过电纺技术制备TPU纤维基底，采用喷涂法构建AgNW导电网络，并通过滴涂成型PANi敏感层。人体试验招募2名健康志愿者，在知情同意下进行摄糖、混合餐食及刷牙等行为学场景的实时pH监测，所有电化学测试使用CHI760E工作站完成。
传感器结构与性能验证
唾液通透性设计机制
扫描电镜（SEM）显示传感器具有多级孔隙结构：PANi层呈现粗糙高比表面积形貌，AgNW形成渗流网络通道，TPU纤维支架则保障了贯穿厚度方向的物质传输（图1D）。定量分析表明三层材料的开孔率分别为0.31（PANi）、0.44（AgNW）和0.49（TPU），其水蒸气透过率和空气渗透性均随孔隙率增加而提升（图1F-G），证实了该结构在维持机械强度的同时优化了传质效率。
电化学性能表征
传感器在pH 4-10范围内呈现线性响应，灵敏度达48-50 mV·pH?1（图2B）。阶梯pH变化实验（4→10→4）显示响应时间仅需8-10秒，且滞后可忽略不计（图2C）。连续循环测试（pH 5?9）和12小时长期稳定性监测中，电位漂移<±0.6 mV，显著低于单位pH变化对应的49 mV信号（图2D-E）。离子选择性实验证实Na+、K+、Ca2+等唾液常见离子干扰均<2 mV（图2F）。
抗菌功能验证
AgNW层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率接近100%，显著优于无抗菌功能的PANi和TPU材料（图3A-D）。晶体紫染色实验进一步表明AgNW可有效抑制生物膜形成，为传感器长期佩戴的卫生安全性提供保障。
口腔动态pH监测应用
在人体试验中，传感器成功捕捉到三类典型行为引发的pH动态变化：摄入蔗糖后3分钟内pH从6.9骤降至5.0，呈现典型的斯蒂芬曲线（图4A）；混合餐食导致pH缓降至5.6后反弹至弱碱性（图4B）；碱性漱口水引发pH瞬时升高至7.8（图4C）。对比实验显示，透气性传感器比非透气版本能更快速反映pH恢复过程，避免因唾液滞留造成的假性酸蚀信号（图4D）。
研究结论与展望
该研究通过材料创新与结构设计，实现了口腔环境下实时、精准的pH监测，解决了传统方法无法捕捉瞬时酸碱变化的痛点。传感器的透气性架构、抗菌特性与电化学稳定性，为构建下一代个性化口腔电子设备奠定了技术基础。未来通过扩大临床验证规模、优化无线传输模块，有望将口腔健康管理从诊所延伸至日常生活场景，推动预防性医疗模式的革新。
