在許多領域，構建具有強大電催化活性和化學穩定性的非酶葡萄糖傳感器是必不可少的。然而，設計納米結構過渡金屬及其納米復合材料作為非酶識別基團的傳感界面仍然是一個巨大的挑戰。
據麥姆斯咨詢報道，近期，泰國清邁大學（Chiang Mai University）的科研人員在Green Analytical Chemistry期刊上發表了題為“Nanostructured metallic enzymes mimic for electrochemical biosensing of glucose”的綜述文章。該綜述討論了用于非酶葡萄糖傳感器的工程納米結構過渡金屬，特別關注其低成本、高靈敏度和長期耐用性的應用。文章討論的核心是制作具有大比表面積和明確活性位點的納米結構過渡材料作為電化學傳感平臺的必要性。目標是闡明在不依賴介體或模板的情況下增強的葡萄糖電化學行為。利用納米技術的進步，本綜述旨在闡明改進傳統納米結構以優化無酶葡萄糖傳感應用的策略。此外，研究人員深入研究了這些傳感器在檢測葡萄糖方面的固有挑戰和潛在應用，并概述了開發更好的非酶電化學葡萄糖傳感器的方法。
利用非酶方法，葡萄糖傳感器在各種生物樣本中提供了可靠和精確的葡萄糖水平。這種方法包括利用可以與葡萄糖分子相互作用的材料，從而誘導其物理或化學性質的變化，這些變化可以很容易地檢測和量化。與酶促葡萄糖傳感器相比，非酶葡萄糖傳感器具有許多優點，包括擴大的線性范圍、優異的選擇性和更高的穩定性。此外，它們不易受到生物體液中常見的其它物質的干擾，因此是臨床應用的理想選擇。非酶葡萄糖傳感器是監測糖尿病患者血糖水平以及研究健康個體和疾病患者葡萄糖代謝的重要工具。
納米結構材料的應用極大地影響了模擬酶葡萄糖傳感器的發展。憑借其獨特的性能和特點，這些材料為臨床診斷、食品分析和環境監測等各種應用提供了一種創新的方法。這些材料的可調特性使其能夠定制，以滿足響應時間、穩定性和可重復性方面的特定需求。使用納米結構材料徹底改變了葡萄糖傳感，并為該領域的進一步發展鋪平了道路。
I. 碳及其金屬修飾電極
具有獨特物理和化學性質的碳納米材料，如石墨烯、富勒烯、碳納米管（CNT）、碳納米纖維、碳納米角、摻雜的類金剛石材料、炭黑和納米金剛石，顯示出作為化學和生物傳感器材料的巨大前景。由于對尖端納米技術的興趣日益增加，許多基于碳納米材料的葡萄糖傳感器已經問世。碳納米材料修飾的金屬/金屬氧化物納米顆粒已成為一類新型的電化學傳感器催化劑。
Changjun Hou等人通過水熱法和煅燒法在3D柔性碳纖維布（CFC）上生長納米花狀Mn摻雜NiO納米酶復合物，開發了有效的柔性葡萄糖敏感型檢測電極，其表現出優異的導電性和高催化效率。
II. 鎳及其氧化物基電極
由于Ni3?/Ni2?氧化還原對在堿性介質中具有良好的催化活性，鎳及其化合物似乎是構建非酶電化學葡萄糖傳感器最常用的材料。然而，鎳氧化物和鎳氫氧化物的導電性差是它們最大的缺點。因此，為了支持這些活性材料，必須與其它納米結構材料（如金、碳納米管、石墨烯等）一起開發具有有前途的電子轉移能力的基底。研究鎳基材料的獨特納米結構是提高非酶葡萄糖傳感器分析能力的另一個趨勢。類似樹突、花、刺猬、針和尖刺的鎳基化合物已被報道用于堿性環境中的模擬酶葡萄糖傳感器。
Maduraiveeran及其同事在Ni微電極上制備了Au@NiO納米樹突微陣列，有助于葡萄糖和乳酸的傳感。
III. 鎳鈷氧化物及其納米復合材料
NiCo?O?納米結構由于其獨特的形態框架、小孔徑、結合的活性鈷和鎳位點、大的電化學活性表面積以及更好的電子轉移動力學的理想條件，表現出增強的電催化活性。Ni和Co陽離子在NiCo?O?中的八面體和四面體位置的排列提供了深度電子導電性，這有利于電子在電解質和葡萄糖之間的快速轉移。由于NiCo?O?納米結構具有高比表面積、有效的傳質動力學和吸引人的電性能，因此其可作為低成本且穩定的非酶葡萄糖傳感的高效電極材料。
在Beshir A. Hussein.的一項研究中，采用水熱技術制備了一種新型高靈敏度、高選擇性的ZnO/Co?O?/rGO納米復合材料，并將其作為非酶電化學傳感器用于葡萄糖檢測。
IV. 鈷及其納米復合材料電極
值得注意的是，目前電化學和材料科學的研究旨在改善和最大限度地提高這些鈷基材料（氧化物、磷酸鹽、磷化物和亞硝酸鹽）的功能，以用于模擬酶葡萄糖傳感應用。隨著技術的發展，這些材料對于制造更便宜、更有效的電化學葡萄糖傳感器至關重要。在生理pH條件下，具有電催化活性的無定形、高表面積磷酸鈷納米結構（CPNs）有許多潛在的用途，特別是在葡萄糖傳感和相關醫學應用中。
Gowhar A. Naikoo及其同事開發了用于葡萄糖檢測的三金屬CuO/Ag/NiO基納米復合材料
研究人員通過摻雜、氧化和生長各種納米結構來提高電化學反應所需的電活性表面積，從而使工程納米結構材料成為電極表面的改性劑。本文綜述了用于血糖檢測的過渡金屬基納米材料及其納米復合材料。總結了提高貴金屬、過渡金屬氧化物和碳基材料葡萄糖傳感性能的策略。基于酶的傳感器表現出良好的葡萄糖選擇性和靈敏度。然而，使用天然酶有幾個缺點，例如高成本、有限的穩定性和固定化工藝要求。貴金屬及其合金廣泛用于電化學非酶促葡萄糖傳感器。然而，這些材料的高昂價格阻礙了它們的普遍應用。因此，需要低成本、高性能的催化劑來進行非酶促葡萄糖傳感。在過去的十年中，在開發非酶葡萄糖傳感器方面取得了重大進展。
總體而言，葡萄糖傳感器已被證明是監測糖尿病患者血糖水平的寶貴工具。這些設備可以更準確、更方便地跟蹤血糖水平，從而顯著改善整體健康狀況。然而，在傳感器精度、耐用性和可負擔性方面仍有很大的改進空間。因此，該領域的未來發展可能側重于增強傳感器技術，以更好地滿足患者和醫療保健專業人員的需求。這些進步可能包括人工智能和機器學習算法的集成，以改善數據分析和解釋，以及使用新型材料和制造技術來開發更具彈性和成本效益的傳感器。最終，隨著持續的研究和創新，葡萄糖傳感器有望改善全球數百萬人的糖尿病管理和生活質量。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.greeac.2024.100127
