高灵敏+快响应协同不再难！MXene打开传感设计新思路

2026-06-23 　来源：江苏先丰纳米材料科技有限公司　>>进入该公司展台　

在传感技术快速发展的背景下，实现高灵敏响应与稳定信号传导的协同优化，仍是该领域面临的核心挑战之一。MXene的出现为传感材料体系提供了新的设计思路。

作为过渡金属碳/氮化物二维材料，MXene不仅具备接近甚至优于石墨烯体系的金属级电导率，还天然引入了丰富且可调控的表面终止基团，使其同时具备高效电子传输通道与可工程化的界面化学活性。这种“导电骨架—反应界面”一体化结构，使MXene在气体吸附、生物识别及应变传感过程中能够实现更直接的电荷耦合与信号响应，从而在灵敏度、响应速度与结构可设计性之间提供更优的平衡路径。

本期小丰整理了3篇MXene的在传感器领域的最新研究进展，一起看下吧~

Nature communications

植物受体仿生柔性传感器实现痕量乙烯监测

乙烯（C2H4）既是调节植物生长发育的关键植物激素，也是生产最广泛的工业化学品之一，主要用于塑料和聚合物的生产。开发高灵敏度和高选择性的乙烯检测系统对于化工行业的采后质量控制、植物生理研究和安全管理具有重要意义。

近日，期刊Nature communications报道研究人员针对现有乙烯（C2H4）传感器依赖贵金属催化剂、工作温度较高且复杂环境下选择性不足的问题，提出了一种受植物乙烯受体启发的仿生识别策略，研制出仿生乙烯传感核心单元，并以此构建了柔性可穿戴传感器。

他们合成了具有硫桥联Cu+配位中心的亚铜-胱氨酸配合物（Cu2Cyt），并将其与二维MXene材料复合，构建柔性可穿戴电阻式传感器，实现了对水果排放或化工运输管道泄漏的乙烯的室温检测。

该传感器件可在室温下检测果实释放或管线泄漏的痕量乙烯，具有0.05–5ppm的检测范围、1.07ppb的超低检测限、快速的响应/恢复时间（51/92s）、在0–0.5ppm痕量浓度范围内高达3.64%·ppm-1的灵敏度，以及良好的可逆性和重现性。

通过多尺度表征手段与理论计算，研究人员系统阐释了其中的级联电子转移传感机制：当乙烯分子被Cu+活性位点特异性捕获后，电子首先从乙烯分子传递至Cu2Cyt，随后进一步转移至p型半导体MXene基底。这一过程会降低MXene中的空穴载流子浓度，从而引起电极电阻发生规律性变化，最终实现对乙烯气体浓度的精准监测。

研究团队进一步将传感芯片、测试电路、通讯模块等组件集成，构建了可穿戴传感系统，并在两大核心场景中完成了验证：在农业场景中，传感器可直接贴附于植物或果实表面，能连续原位监测并揭示其乙烯气体释放规律，为植物生长、瓜果蔬菜的采后保鲜、冷链物流中的品质管控等提供了一种无创、实时的监测手段；在工业场景中，该传感器可快速响应化工管道乙烯泄漏，为柔性分布式工业安全监测提供了低成本解决方案。

文献名称：A plant-receptor-inspired cuprous complex for wearable trace-level ethylene gas sensing

Advanced Science

MXene电化学传感器，90秒精准锁定生物体液中的冰毒

毒品滥用是全球性的公共健康与安全挑战，其中甲基苯丙胺（METH，俗称“冰毒”）因其强成瘾性和危害性尤为引人关注。传统检测方法如色谱-质谱联用虽精度高，但依赖大型仪器、操作复杂、耗时冗长，难以满足现场快速筛查的需求。

近日，期刊Advanced Science报道研究人员成功开发了一种基于MXene纳米材料修饰的电化学传感器，能够在90秒内，直接、高灵敏度地检测唾液、尿液乃至血清等多种生物体液中的METH，为毒品快速筛查提供了全新的技术平台。

在该项研究中，研究人员通过将MXene@Nafion纳米薄膜修饰于玻碳电极表面，利用电化学氧化原理探究了METH在该平台上的电化学行为。结果显示，该传感器具有高超的分析能力、良好的重复性和在复杂基质中很强的抗干扰能力。在优化条件下，该传感器METH标准溶液的总分析时间仅为90秒。DPV测量显示，氧化峰电流与METH浓度在2–100μg mL-1和0.1–50ng mL-1两个范围内分别呈良好的分段线性关系，检测限低至1.99ng mL-1（信噪比S/N=3）。

通过理论与实验的整合分析，研究人员阐明了MXene在信号放大中的关键作用：其层状结构加速了电荷转移动力学，丰富的表面官能团则增强了METH分子与电极相互作用的概率和强度。

该项研究制备的MXene修饰纳米传感膜的电化学传感器，在检测限和线性范围方面表现出具有竞争力的分析性能。其检测性能满足中国和美国对METH现场初步筛查的标准，也达到了确认摄入所需的理论浓度阈值。与传统的色谱-质谱确认方法（通常超过30分钟）或需要10-20分钟孵育的免疫分析法相比，该传感器在90秒内即可获得定量结果，且无需孵育步骤，为现场筛查提供了关键性的快速检测工具。

文献名称：Rapid and Direct Detection of Methamphetamine in Biofluids using a MXene-Enabled Electrochemical Sensor

Nano Letters

具有动态软-硬双交联的分层级结构-界面工程实现全范围、超灵敏的MXene压阻式传感器

人类皮肤能够以极高的敏锐度区分从约1帕到数百千帕的压力范围，这激发了柔性压阻传感器在电子皮肤、健康监测和人机交互等领域的开发。在各种信号转导机制中，压阻传感器尤为具有吸引力，因为其结构简洁、材料多样且信号保真度高。当前在单一压阻器件中实现超高灵敏度与宽广工作压力范围的目标，仍是一个核心挑战。

近日，期刊Nano Letters报道研究人员提出了一种分层设计，将MXene/羧甲基纤维素（CMC）/硼砂感应层整合形成动态的软硬交联。可变形的PDMS基板被MXene/CMC/硼砂复合材料包覆，CMC与MXene纳米片形成可逆氢键，防止重叠并增强变形性，而硼砂则引入刚性共价交联，局部强化框架并增强应力集中。

复制的不规则微观形貌在广泛的压力范围内重新分配外部载荷，而动态的MXene−CMC−硼砂相互作用则缓冲面内应力，稳定导电网络，并实现持续的电阻调节。这种结构与界面耦合的调控机制，不仅能够产生大量应力集中的位点，有效稳定导电通路，还能确保传感器在宽广的压力范围内实现连续且精准的电阻信号调制。

基于以上特性，该传感器表现出超高的灵敏度（774.48kPa−1）、宽广的工作范围（高达334.16kPa）以及快速的响应/恢复时间（8.58/17.22毫秒）。该设备能够可靠地检测微小的生理信号，同时承受较大的机械载荷，并在与机器学习算法集成时进一步实现手势识别和机器人控制。

这项工作建立了一种基于机制指导的策略，通过耦合层次几何结构与动态界面化学，以实现稳健的全范围压阻传感，具有广泛的应用前景，涉及柔性电子学、基于MXene的材料以及仿生传感系统。

文献名称：Hierarchical Structural–Interfacial Engineering with Dynamic Soft–Hard Cross-Linking Enables Full-Range, Ultrasensitive MXene Piezoresistive Sensors

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