文章导读

葡萄糖在人体生命活动中扮演着不可或缺的角色，其不仅为机体提供能量，还通过调节细胞内葡萄糖水平来控制细胞活动。在医学领域，葡萄糖检测对于糖尿病等疾病的诊断和管理至关重要。糖尿病作为全球常见且快速增长的疾病之一，主要特征为高血糖水平，而准确、灵敏、即时的葡萄糖检测有助于患者有效管理血糖水平，预防并发症的发生。金属有机框架 (MOF) 材料因其可调节的孔隙、多样的功能位点、稳定的结构和多功能性，在葡萄糖检测中发挥着重要作用，成为当前研究的热点之一。

本篇由中山大学生物医学工程学院戴宗、柳思扬团队撰写并在 Chemosensors 期刊为致敬陈洪渊院士的仿生识别与生物传感器专刊发表的综述文章，详细阐述了MOF基葡萄糖传感材料的合成策略，包括原始MOF、纳米颗粒修饰MOF、酶修饰MOF和MOF衍生材料的制备方法。同时探讨了电化学 (如计时电流法、线性扫描伏安法、循环伏安法、差分脉冲伏安法和电流法) 和光学 (比色法、荧光法、化学发光法和表面增强拉曼散射法) 检测方法的原理及应用。此外，还介绍了基于MOF材料的新型葡萄糖检测设备，如柔性可穿戴设备和微流控芯片，它们在无创连续血糖监测和低成本微量检测方面具有优势，为相关领域的研究和应用提供了全面的参考。

图文摘要

研究过程和结果

1.MOF基材料的合成策略

(1) 原始MOF的合成：原始MOF材料因其内在的氧化还原性质，在非酶促血糖检测中得到广泛应用。这些材料通常通过溶剂热或水热法合成，涉及金属盐与有机配体在高温高压条件下的反应。原始MOF材料的电化学性能使其在电化学检测中表现出色，能够作为葡萄糖氧化的催化剂 (图1)。

(2) 纳米颗粒修饰MOF (NPs-MOF)：将纳米颗粒 (NPs) 引入MOF结构中，可以增强材料的电催化性能和稳定性。通过物理吸附或化学键合的方式，将NPs固定在MOF的孔隙或表面，可以有效防止催化剂的聚集，提高催化活性。

(3) 酶修饰MOF (Enzymes-MOF)：酶修饰MOF材料结合了MOF的高比表面积和酶的高催化效率，通过物理吸附或共价键合的方式将酶固定在MOF上，提高了酶的稳定性和重复使用性。

(4) MOF衍生材料：通过热处理或溶剂处理等方法，可以从MOF前驱体中制备出具有不同功能的MOF衍生材料，如金属、金属氧化物/氢氧化物等。这些材料继承了MOF的形貌和结构特性，同时具有更大的比表面积和丰富的活性位点。

图1. MOF基葡萄糖传感材料的合成方法。

2.MOF基葡萄糖传感器的检测机制

(1) 电化学方法：电化学方法基于MOF或修饰材料的氧化还原反应，包括计时安培法 (CA)、线性扫描伏安法 (LSV)、循环伏安法 (CV)、差分脉冲伏安法 (DPV) 和安培法 (AMP)。这些方法因其高灵敏度、低成本和操作简便而在血糖检测中得到广泛应用 (图2)。

(2) 光学方法：光学方法利用MOF材料与葡萄糖相互作用产生的光学信号，包括比色法、荧光 (FL)、化学发光 (CL) 和表面增强拉曼散射 (SERS)。这些方法提供了一种可视化、低成本的血糖检测方式，尤其适合于快速检测和现场检测。

图2. (A) swnt-MOF(Cu)@gwe的葡萄糖氧化机理和相应的葡萄糖检测CA曲线；(B) Ni@Cu-MOF纳米复合材料的葡萄糖电催化氧化机理及相应的葡萄糖检测CV曲线；(C) NPC-Co₃O₄复合材料的制备及相应的葡萄糖检测DPV曲线；(D) 核壳UiO-67@Ni-MOF复合材料的合成及用于葡萄糖检测的相应AMP曲线。

3.新型MOF基葡萄糖检测设备

(1) 柔性可穿戴设备：与传统葡萄糖传感器相比，柔性可穿戴设备可原位分析体液 (如汗液和间质液) 中的生物标志物，实现无创血糖监测。柔性可穿戴设备如智能手环、贴片等，能够实现血糖的实时、非侵入式监测。这些设备通常集成了MOF基传感器和无线通信模块，可以与智能手机等移动设备连接，实现数据的实时传输和分析。

(2) 微流控芯片：微流控芯片 (如微流控纸基分析装置，μPAD) 将化学和生物学实验操作集成在小芯片上，实现少量样品的快速准确分析。微流控芯片 (μTAS) 集成了样本处理、分离、反应和检测等多个步骤，能够快速准确地分析少量样本。基于MOF的微流控芯片因其低成本、易读性和便携性，成为现场快速检测 (POCT) 的理想平台。

文章总结

MOF基材料在葡萄糖检测领域取得了显著进展。通过多种合成策略制备的MOF基材料，包括原始MOF、纳米颗粒或酶修饰的MOF以及MOF衍生材料，结合电化学和光学检测方法，为葡萄糖检测提供了丰富的选择。新型检测设备如柔性可穿戴设备和微流控芯片的出现，进一步拓展了MOF基材料在实际应用中的潜力。然而，仍面临一些挑战，如光学传感器的长期稳定性和可重复性有待提高，MOF基SERS底物的增强机制需进一步阐明等。未来的研究应致力于优化合成策略，提高材料性能，改进检测方法，推动新型设备的实用化和商业化，以满足临床诊断和日常健康监测对葡萄糖检测日益增长的需求，为糖尿病管理和相关疾病研究提供更有效的工具。

更多致敬陈洪渊院士的仿生识别与生物传感器特刊文章见：

进入特刊主页：https://www.mdpi.com/si/140256 

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2418756

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/chemosensors

Chemosensors 期刊介绍

主编：Nicole Jaffrezic-Renault, CNRS/Univeristy of Lyon, France; Jin-Ming Lin, Tsinghua University, China

期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。

2023 Impact Factor：3.7

2023 CiteScore：5.0

Time to First Decision：20.1 Days

Acceptance to Publication：2.9 Days