RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 5, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2024

 / 

Май

←  →

Обзоры актуальных проблем


Носимые неинвазивные сенсоры глюкозы на основе графена и других углеродных материалов

†  а, б, ‡  а
а Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, просп. Лаврентьева 13, Новосибирск, 630090, Российская Федерация
б Новосибирский государственный технический университет, просп. Карла Маркса 20, Новосибирск, 630092, Российская Федерация

Диабет является одним из самых распространённых во всём мире хронических заболеваний и одной из самых быстрорастущих глобальных проблем в области здравоохранения XXI века. Поскольку сахарный диабет — полисистемное заболевание, требующее комплексного лечения‚ необходим регулярный анализ состояния больных сахарным диабетом. По мере развития носимых медицинских систем мониторинга состояния здоровья человека появляется огромный потенциал для тестирования и, как следствие, улучшения лечения диабета. Цель настоящей работы заключается в оценке текущих разработок носимых биосенсоров диабета второго типа, которые могут быть использованы для персонализированной медицины. В частности, будут рассмотрены возможности тестирования пота для неинвазивного анализа содержания глюкозы в поте и, соответственно, в крови. Носимые биосенсоры, как удобное средство измерения, привлекают всё больший интерес благодаря возможности интеграции традиционной медицинской диагностики и использования миниатюрных аналитических устройств "лаборатория на теле". Сахарный диабет лучше всего лечится путём жёсткого гликемического контроля, достигающегося мониторингом уровня глюкозы. Доступность регулярного тестирования состояния человека имеет большое значение. В последнее время разработан ряд методов сенсорного анализа биомаркеров диабета, основанных на новых принципах, в частности, с использованием различных углеродных материалов (углеродные точки, графен, углеродные трубки). Эти методы рассмотрены в данном обзоре.

Текст pdf (15 Мб)
Ключевые слова: носимые биосенсоры‚ глюкоза, принципы анализа, достижения, технологии создания сенсоров, токовый отклик, чувствительность
PACS: 07.07.Df, 87.19.xv, 87.85.fk (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2023.08.039541
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2024/5/c/
Цитата: Антонова И В, Иванов А И "Носимые неинвазивные сенсоры глюкозы на основе графена и других углеродных материалов" УФН 194 520–545 (2024)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 28 марта 2023, доработана: 7 августа 2023, 8 августа 2023

English citation: Antonova I V, Ivanov A I “Wearable noninvasive glucose sensors based on graphene and other carbon materials” Phys. Usp. 67 (5) (2024); DOI: 10.3367/UFNe.2023.08.039541

Список литературы (153) ↓ Похожие статьи (20)

  1. International Diabetes Federation, IDF Diabetes Atlas, 10th ed., Brussels, Belgium. 2021, дата обращения 28.03.2023, https://www.diabetesatlas.org
  2. Hatada M et al Sens. Actuators B 351 130914 (2022)
  3. Liu J, Bao S, Wang X Micromachines 13 184 (2022)
  4. Pullano S A et al Theranostics 12 493 (2022)
  5. Chen Z et al Green Chem. 26 3801 (2024)
  6. Clark L C (Jr.), Lyons C Ann. New York Acad. Sci. 102 29 (1962)
  7. Updike S J, Hicks G P Nature 214 986 (1967)
  8. Guilbault G G, Lubrano G J Anal. Chim. Acta 64 439 (1973)
  9. Тарасов Ю В и др Проблемы эндокринологии 61 (4) 54 (2015)
  10. Wang J Electroanalysis 13 983 (2001)
  11. Rahman M M et al Sensors 10 4855 (2010)
  12. Sabu C et al Biosens. Bioelectron. 141 111201 (2019)
  13. Niu X H et al Anal. Methods 8 1755 (2016)
  14. Pu Z et al Biomicrofluidics 10 011910 (2016)
  15. Peña-Bahamonde J et al J. Nanobiotechnol. 16 75 (2018)
  16. Ferreira R G, Silva A P, Nunes-Pereira J ACS Sens. 9 1104 (2024)
  17. Peng B et al Small 16 2002681 (2020)
  18. Jang M et al Sensors 22 6985 (2022)
  19. Khoshmanesh F et al Biosens. Bioelectron. 176 112946 (2021)
  20. Wei S et al J. Mater. Sci. Technol. 37 71 (2020)
  21. Liu Y et al RSC Adv. 6 18654 (2016)
  22. Gao W, Brooks G A, Klonoff D C J. Appl. Physiol. 124 548 (2018)
  23. Dang W et al Biosens. Bioelectron. 107 192 (2018)
  24. Alizadeh N, Salimi A, Hallaj R Microchim. Acta 187 14 (2020)
  25. Qu Z et al Chem. Commun. 49 9830 (2013)
  26. Tuchin V V (Ed.) Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues (Boca Raton, FL: CRC Press, 2009)
  27. Dunaev A, Tuchin V (Eds) Biomedical Photonics for Diabetes Research (Boca Raton, FL: CRC Press, 2022)
  28. Yu Z et al Prog. Biomed. Eng. 3 022004 (2021)
  29. Larin K V et al Phys. Med. Biol. 48 1371 (2003)
  30. Chen T-L et al J. Biomed. Opt. 23 047001 (2018)
  31. Phan Q-H, Lo Y-L Opt. Lasers Eng. 92 120 (2017)
  32. Othman H O, Hassan R O, Faizullah A T Microchem. J. 163 105919 (2021)
  33. Wu W et al Angew. Chem. Int. Ed. 49 6554 (2010)
  34. Sun X Anal. Chim. Acta 1206 339226 (2022)
  35. Haynes C L et al J. Raman Spectrosc. 36 471 (2005)
  36. Lyandres O et al Diabetes Technol. Therapeut. 10 257 (2008)
  37. Liu Y et al Biosens. Bioelectron. 94 131 (2017)
  38. Dina N E et al Anal. Chem. 90 2484 (2018)
  39. Bantz K C et al Phys. Chem. Chem. Phys. 13 11551 (2011)
  40. Chen H et al ACS Sens. 6 2378 (2021)
  41. Jin C M, Joo J B, Choi I Anal. Chem. 90 5023 (2018)
  42. Perez-Mayen L et al Nanoscale 8 11862 (2016)
  43. Yang D et al Anal. Chem. 90 14269 (2018)
  44. Hu S et al ACS Appl. Mater. Interfaces 12 55324 (2020)
  45. Lyandres O et al Analyst 135 2111 (2010)
  46. Lussier F et al ACS Nano 13 1403 (2019)
  47. He X et al Anal. Chem. 91 4296 (2019)
  48. Koh A et al Sci. Transl. Med. 8 366ra165 (2016)
  49. Xiao J et al Anal. Chem. 91 14803 (2019)
  50. Ray T R et al Sci. Transl. Med. 13 (587) eabd8109 (587)
  51. Klasner S A et al Anal. Bioanal. Chem. 397 1821 (2010)
  52. Bandodkar A J et al Sci. Adv. 5 eaav3294 (2019)
  53. Han H et al ACS Nano 12 932 (2018)
  54. Hou J et al Small 11 2738 (2015)
  55. Cui Y et al ACS Sens. 5 2096 (2020)
  56. Nyein H Y Y et al Sci. Adv. 5 eaaw9906 (2019)
  57. Saha S et al Sci. Rep. 7 6855 (2017)
  58. Hanna J et al Sci. Adv. 6 eaba5320 (2020)
  59. Choi H et al Proc. of the 2017 IEEE MTT-S Intern. Microwave Symp., IMS 2017, Honolulu, Hawaii, USA, 4-9 June 2017 (Piscataway, NJ: IEEE, 2017) p. 876
  60. Yilmaz T, Foster R, Hao Y Diagnostics 9 6 (2019)
  61. Cherevko A G et al Materials 15 7267 (2022)
  62. Zhang J et al ACS Omega 5 12937 (2020)
  63. Omer A E et al Sci. Rep. 10 15200 (2020)
  64. Bariya M, Nyein H Y Y, Javey A Nat. Electron. 1 160 (2018)
  65. Mani V et al TrAC Trends. Anal. Chem. 135 116164 (2021)
  66. Ren X et al ACS Sens. 8 2691 (2023)
  67. Sieg A, Guy R H, Delgado-Charro M B J. Pharma. Sci. 92 2295 (2003)
  68. Holze R "Book Review: Electrochemical Methods. Fundamentals and Applications (2nd Edition). By Allen J. Bard and Larry R. Faulkner" Angew. Chem. Int. Ed. 41 655 (2002)
  69. Zhang S et al Front. Bioeng. Biotechnol. 9 774210 (2021)
  70. Zheng L, Liu Y, Zhang C Sens. Actuators B 343 130131 (2021)
  71. Veeralingam S, Khandelwal S, Badhulika S IEEE Sensors J. 20 8437 (2020)
  72. Bauer M et al Anal. Bioanal. Chem. 413 763 (2021)
  73. Xiao J et al Anal. Chem. 91 14803 (2019)
  74. Jin X et al Biosens. Bioelectron. 196 113760 (2022)
  75. Heikenfeld J Electroanalysis 28 1242 (2016)
  76. Sonner Z et al Biomicrofluidics 9 031301 (2015)
  77. Karpova E V et al Anal. Chem. 91 3778 (2019)
  78. Sabury S, Kazemi S H, Sharif F Mater. Sci. Eng. C 49 297 (2015)
  79. Mazaheri M, Simchi A, Aashuri H Microchim. Acta 185 178 (2018)
  80. Gutés A, Carraro C, Maboudian R Biosens. Bioelectron. 33 56 (2012)
  81. Wu B et al Nanomaterials 8 993 (2018)
  82. Maity D, Minitha C R, Rajendra Kumar R T Mater. Sci. Eng. C 105 110075 (2019)
  83. Akhtar M A et al ACS Appl. Nano Mater. 2 1589 (2019)
  84. Yuan Y et al J. Electroanal. Chem. 855 113495 (2019)
  85. Peña-Bahamonde J et al J. Nanobiotechnol. 16 75 (2018)
  86. Zhang Z et al Lab Chip 19 3448 (2019)
  87. Zhang X et al Anal. Chem. 90 11780 (2018)
  88. Sempionatto J R, Moon J-M, Wang J ACS Sens. 6 1875 (2021)
  89. Jang H et al Nat. Commun. 13 6604 (2022)
  90. Ameri S K et al ACS Nano 11 7634 (2017)
  91. Bandodkar A J et al Biosens. Bioelectron. 54 603 (2014)
  92. Jia W et al Anal. Chem. 85 6553 (2013)
  93. Gao W et al Nature 529 509 (2016)
  94. He X et al npj Flexible Electron. 6 60 (2022)
  95. Lee H et al Sci. Adv. 3 e1601314 (2017)
  96. Pu Z et al Sci. Adv. 7 eabd0199 (2021)
  97. Chang T et al Microsyst. Nanoeng. 8 25 (2022)
  98. Gordonov T et al Nat. Nanotechnol. 9 605 (2014)
  99. Zhang M G, Gorski W J. Am. Chem. Soc. 127 2058 (2005)
  100. Cuña M et al J. Nanosci. Nanotechnol. 6 2887 (2006)
  101. Wang L et al J. Mater. Chem. B 5 4019 (2017)
  102. Tehrani F, Bavarian B Sci. Rep. 6 27975 (2016)
  103. Wang Y et al ACS Nano 4 1790 (2010)
  104. Wang Z et al J. Phys. Chem. C 113 14071 (2009)
  105. Cao S et al Chem. Soc. Rev. 45 4747 (2016)
  106. Haghighi N, Hallaj R, Salimi A Mater. Sci. Eng. C 73 417 (2017)
  107. Panigrahi P et al Appl. Surf. Sci. 573 151579 (2022)
  108. Wu H et al Talanta 80 403 (2009)
  109. Taguchi M et al J. Diabetes Sci. Technol. 8 403 (2014)
  110. Hussain T et al Carbon 163 213 (2020)
  111. Emaminejad S et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114 4625 (2017)
  112. Kinnamon D et al Sci. Rep. 7 13312 (2017)
  113. Imani S et al Nat. Commun. 7 11650 (2016)
  114. Sempionatto J R et al Lab Chip 17 1834 (2017)
  115. Shavelkina M B et al High Energy Chem. 57 (Suppl. 1) S200 (2023)
  116. Antonova I V et al Phys. Chem. Chem. Phys. 26 7844 (2024)
  117. Batvani N et al Sensing Bio-Sensing Res. 38 100532 (2022)
  118. Farandos N M et al Adv. Healthcare Mater. 4 792 (2015)
  119. Elsherif M et al Front. Med. 9 858784 (2022)
  120. Lee H et al Adv. Healthcare Mater. 7 1701150 (2018)
  121. Chatterjee P R et al J. Indian Med. Assoc. 101 481 (2003)
  122. Elsherif M et al ACS Nano 12 5452 (2018)
  123. Lin Y-R et al Sensors 18 3208 (2018)
  124. Park J et al Sci. Adv. 4 eaap9841 (2018)
  125. Ruan J-L et al Polymers 9 125 (2017)
  126. Guo S et al Matter 4 969 (2021)
  127. Keum D H et al Sci. Adv. 6 eaba3252 (2020)
  128. Kim J et al Nat. Commun. 8 14997 (2017)
  129. Mannoor M S et al Nat. Commun. 3 763 (2012)
  130. Na K et al IEEE Sens. J. 16 5003 (2016)
  131. Park J et al Nanoscale 8 10591 (2016)
  132. Figiela M et al Electroanalysis 34 1725 (2022)
  133. Sharma A et al ACS Omega 7 37748 (2022)
  134. Phetsang S et al Sci. Rep. 11 9302 (2021)
  135. Chen H-C, Su W-R, Yeh Y-C ACS Appl. Mater. Interfaces 12 32905 (2020)
  136. Wang Z et al Nanoscale 10 6629 (2018)
  137. Lipani L et al Nat. Nanotechnol. 13 504 (2018)
  138. Felix S et al Appl. Phys. A 123 620 (2017)
  139. Elahi M Y, Khodadadi A A, Mortazavi Y J. Electrochem. Soc. 161 B81 (2014)
  140. Liu M, Liu R, Chen W Biosens. Bioelectron. 45 206 (2013)
  141. Luo J et al Microchim. Acta 177 485 (2012)
  142. Luo L, Zhu L, Wang Z Bioelectrochemistry 88 156 (2012)
  143. Palanisamy S, Vilian A T E, Chen S-M Int. J. Electrochem. Sci. 7 2153 (2012)
  144. Xuan X, Yoon H S, Park J Y Biosens. Bioelectron. 109 75 (2018)
  145. Zhang Q et al Appl. Surf. Sci. 515 146062 (2020)
  146. Figiela M et al Sens. Actuators B 272 296 (2018)
  147. Mathew M, Sandhyarani N Electrochim. Acta 108 274 (2013)
  148. Phetsang S et al Sci. Rep. 11 9302 (2021)
  149. Cai S et al Nano Energy 93 106904 (2022)
  150. Lee H et al Nat. Nanotechnol. 11 566 (2016)
  151. Oh S Y et al ACS Appl. Mater. Interfaces 10 13729 (2018)
  152. Zhu X et al Anal. Chem. 91 10764 (2019)
  153. Daboss Е V, Shcherbacheva E V, Karyakin A A Sens. Actuators B 380 133337 (2023)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение