СИНТЕЗ ГИДРОКСИ-КАРБОНАТОВ ЦИНКА, КОБАЛЬТА И МЕДИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО НЕФЕРМЕНТАТИВНОГО СЕНСОРА ГЛЮКОЗЫ

Неферментативные сенсоры глюкозы являются перспективными для электрохимических тест-систем многоразового использования, поскольку обладают высокой чувствительностью, быстрым откликом и простотой в эксплуатации. Для создания неферментативных сенсоров глюкозы используется широкий класс материалов, таких как наночастицы благородных металлов, композиты на основе углеродных наноматериалов, оксиды металлов. Поиск новых материалов для создания высокочувствительных сенсоров глюкозы является актуальной задачей. В настоящей работе исследован новый сенсорный материал, перспективный для создания биосенсоров глюкозы. Гидрокси-карбонаты цинка, кобальта и меди синтезированы гидротермальным методом при температуре 120 о С и охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, рамановской спектроскопией и электрохимическими методами. Показано, что синтезированный материал демонстрирует высокую чувствительность к глюкозе (11.2 мА мМ^-1 см^-2), широкий диапазон чувствительности, термическую стабильность и перспективен для создания неферментативных биосенсоров глюкозы. Предел обнаружения, оцененный по величине электрохимического отклика при варьировании концентрации глюкозы в пределах интервала до 0.5 мМ, составил 0.007 мМ. Полученный материал показал термическую стабильность вплоть до 200 о С при нагреве в окислительной атмосфере, что важно для обеспечения долговременной стабильности сенсорных характеристик.

1. Tamoghna Saha, Rafael Del Caño, Kuldeep Mahato, Ernesto De la Paz, Chuanrui Chen, Shichao Ding, Lu Yin and Joseph Wang (2023) Wearable Electrochemical Glucose Sensors in Diabetes Management: A Comprehensive Reviews 123, 12, 7854–7889. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00078.

2. Yan Wang, You Wu and Yifeng Lei. (2023) Microneedle-based glucose monitoring: a review from sampling methods to wearable biosensors. Biomater. Sci., 11, 5727–5757. https://doi.org/10.1039/D3BM00409K.

3. Kermue Vasco Jarnda, Danqi Wang, Qurrat-Ul-Ain, Richmond Anaman, Varney Edwin Johnson, Garmai Prosperity Roberts, Pauline Sammumah Johnson, Bob Wisdom Jallawide Jr, Tianhan Kai, Ping Ding (2023) Recent advances in electrochemical non-enzymatic glucose sensor for the detection of glucose in tears and saliva: A Review. Sensors and Actuators A: Physical 363, 114778. https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114778.

4. Daria Di Filippo, Frédérique N. Sunstrum, Jawairia Umar Khan, Alec W. Welsh. (2023) Non-Invasive Glucose Sensing Technologies and Products: A Comprehensive Review for Researchers and Clinicians. Sensors, 23(22), 9130. https://doi.org/10.3390/s23229130.

5. Muthukumar Govindaraj, Ananya Srivastava, Magesh Kumar Muthukumaran, Pei-Chien Tsai, Yuan-Chung Lin, Bharathi Kannan Raja, Jerome Rajendran, Vinoth Kumar Ponnusamy, J Arockia Selvi. (2023) Current advancements and prospects of enzymatic and non-enzymatic electrochemical glucose sensors. International Journal of Biological Macromolecules 253(Part 2), 126680. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126680.

6. Seyed Saman Nemati, Gholamreza Dehghan, Samaneh Rashtbari, Tran Nhat Tan, Alireza Khataee. (2023) Enzyme-based and enzyme-free metal-based glucose biosensors: Classification and recent advances. Microchemical Journal 19,109038. https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.109038

7. Guati, Carlota, Gomez-Coma, Lucía, Fallanza, Marcos and Ortiz, Inmaculada. (2024) Progress on the influence of non-enzymatic electrodes characteristics on the response to glucose detection: a review (2016– 2022). Reviews in Chemical Engineering, 40, 123-148.https://doi.org/10.1515/revce-2022-0058

8. Kathryn E. Toghill, Richard G. Compton (2010) Electrochemical Non-enzymatic Glucose Sensors: A Perspective and an Evaluation, International Journal of Electrochemical Science,Volume 5, 9, 1246–1301. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)15359-4.

9. Strakosas, X., Selberg, J., Pansodtee, P. et al. (2019) A non-enzymatic glucose sensor enabled by bioelectronic pH control. Sci Rep 9, 10844. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46302-9.

10. Mauro Pasta, Fabio La Mantia, Yi Cui. (2010) Mechanism of glucose electrochemical oxidation on gold surface, Electrochimica Acta, 55, 20, 5561–5568.https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.04.069.

11. Naikoo Gowhar A., Salim Hiba, Hassan Israr U., Awan Tasbiha, Arshad Fareeha, Pedram Mona Z., Ahmed Waqar, Qurashi Ahsanulhaq. (2021) Recent Advances in Non-Enzymatic Glucose Sensors Based on Metal and Metal Oxide Nanostructures for Diabetes Management. A Review Frontiers in Chemistry, 9. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.748957.

12. Devesh K. Pathak, Hong Chul Moon. (2023) Enzyme-free, metal oxide-based amperometric-colorimetric dual-mode functional glucose sensor. Materials & Design 234,112309. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112309.

13. Emil R. Mamleyev, Peter G. Weidler, Alexei Nefedov, Dorothée Vinga Szabó, Monsur Islam, Dario Mager and Jan G. Korvink (2021) ACS Applied Nano Materials 4, 12, 13747–13760.https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03149.

14. He W., Huang Y. & Wu J. (2020) Enzyme-Free Glucose Biosensors Based on MoS2 Nanocomposites. Nanoscale Res Lett 15, 60. https://doi.org/10.1186/s11671-020-3285-3.

15. Alves J.F., Edwards H.G.M., Korsakov A., de Oliveira L.F.C. (2023) Revisiting the Raman Spectra of Carbonate Minerals. Minerals, 13, 1358. https://doi.org/10.3390/min13111358.

16. William Dufresne, Carson Rufledt, Craig P Marshall. Raman spectroscopy of the eight natural carbonate minerals of calcite structure. Journal of Raman Spectroscopy 49, 3, 1999–2007, 2018.https://doi.org/10.1002/jrs.5481.

17. Qiaohui Guo, Tingting Wu, Lijuan Liu, Yi He, Dong Liu, Tianyan You. (2020) Hierarchically porous NiCo2S4 nanowires anchored on flexible electrospun graphitic nanofiber for high-performance glucose biosensing. Journal of Alloys and Compounds 819, 153376. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153376.

18. Kim S.G., Jun J., Kim Y.K., Kim J., Lee J.S., Jang J. (2020) Facile Synthesis of Co3O4 -Incorporated Multichannel Carbon Nanofibers for Electrochemical Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces, 12, 20613– 20622. https://doi.org/10.1021/acsami.0c06254.

19. Mohammadpour-Haratbar A., Mohammadpour-Haratbar S., Zare Y., Rhee K.Y., Park S.-J. (2022) A Review on Non-Enzymatic Electrochemical Biosensors of Glucose Using Carbon Nanofiber Nanocomposites. Biosensors, 12, 1004. https://doi.org/10.3390/bios12111004.

20. Vuslat B. Juska, Martyn E. Pemble. (2020) A Critical Review of Electrochemical Glucose Sensing: Evolution of Biosensor Platforms Based on Advanced Nanosystems. Sensors 20, 6013. https://doi.org/10.3390/s20216013.