طراحی حسگر غیر آنزیمی گلوکز بر پایه کره های توخالی و نانومتخلخل مس کبالتیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه بیوشیمی و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی جهرم، جهرم، ایران
2 دانشجوی پزشکی عمومی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی جهرم، جهرم، ایران
چکیده
مقدمه: دیابت یک بیماری مزمن است که به عنوان یکی از شایعترین چالش بزرگ سازمان جهانی بهداشت شناخته شده است. یکی از مهم ترین مسائل در مبتلایان به دیابت، پایش منظم بر سطح گلوکز خون و تحت کنترل نگه داشتن آن در محدوده نرمال می باشد. هدف از مطالعه حاضر، طراحی حسگر غیر آنزیمی گلوکز بر پایه کره های توخالی و نانو متخلخل مس کبالتیت به عنوان حسگری جدید جهت اندازه گیری گلوکز بود. 
روش کار: این مطالعه یک مطالعه آزمایشگاهی بود که در آن کره های توخالی و نانو متخلخل مس کبالتیت به روش هیدروترمال و کلسینه سازی سنتز شد. ساختار و مورفولوژی آن با روش های طیف سنجی و تصویربرداری بررسی شد و کارایی الکتروشیمایی آن با تکنیک های ولتامتری چرخه ای و کرونوآمپرومتری مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج شناسایی ساختاری، مورفولوژی کره‌ای و ساختار توخالی و نانو متخلخل مس کبالتیت را تأیید کرد. نتایج بررسی‌های الکتروشیمیایی الکترود حسگر نیز نشان داد که پاسخ‌های این الکترود در دو دامنه 10 میکرو مولار تا 1.5 میلی مولار و 1.5 میلی مولار تا 13 میلی مولار نسبت به گلوکز خطی بوده و به ترتیب دارای حساسیتی برابر 6.4 و mA mM-1 cm-2 11.2 می‌باشد. زمان پاسخ‌دهی آن حدود 3.5 ثانیه و حد آشکارسازی آن نیز برابر 5 میکرو مولار (S/N = 3) به دست آمد.
نتیجه‌گیری: پتانسیل قابل توجه کره های توخالی و نانو متخلخل مس کبالتیت را به عنوان یک حسگر جدید برای اندازه گیری الکتروکاتالیستی گلوکز مورد تأیید قرار گرفت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design of non-enzymatic glucose sensor based on hollow and nanoporous copper cobaltite spheres

نویسندگان English

Seyyed Ebrahim Moosavifard 1
Seyed Mehdi Hosseini 2
1 Assistant Professor, Department of Biochemistry and Nutrition, Jahrom University of Medical Sciences, Jahrom, Iran.
2 Faculty of Medicine, Jahrom University of Medical Sciences, Jahrom, Iran
چکیده English

Introduction: Diabetes is a chronic disease that is known as one of the most common and deadly diseases and a great challenge of the World Health Organization. One of the most important issues for people with diabetes is regular monitoring of the blood glucose level and keeping it under control within the normal range. In this research, hollow and nanoporous spheres made of copper cobaltite were synthesized and used as a new sensor to measure glucose.
Materials & Methods: Hollow and nanoporous copper cobaltite spheres were synthesized by hydrothermal and calcination method. Its structure and morphology were investigated by spectroscopic and imaging methods, and its electrochemical efficiency was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques.
Results: The results of structural characterization confirmed the spherical morphology and the hollow and nanoporous structure of copper cobaltite. The results of the electrochemical investigations of the sensor electrode also showed that the responses of this electrode in two ranges of 10 μM to 1.5 mM and 1.5 mM to 13 mM were linear with respect to glucose and had a sensitivity of 6.4 and 11.2 mA mM-1 cm-2, respectively. Its response time was about 3.5 seconds and its detection limit was 5 μM (S/N = 3).
Conclusion: This research confirmed the significant potential of hollow and nanoporous copper cobaltite spheres as a new sensor for electrocatalytic measurement of glucose.

کلیدواژه‌ها English

Sensor
Non-enzymatic
Glucose
Hollow Sphere
Copper Cobaltite
1.WHO. World Health Statistics 2016 [OP]: Monitoring
Health for the Sustainable Development Goals
(SDGs). Geneva: World Health Organization.
2016:21.
2.Niknami M, Mirbalouchzehi A, Zareban I, Kalkalinia
E, Rikhtgarha G, Hosseinzadeh H. Association of
health literacy with type 2 diabetes mellitus selfmanagement and clinical outcomes within the primary
care setting of Iran. Aust J Prim Health.
2018;24(2):162-70.
3.International diabetes federation. IDF diabetes atlas
8
th ed. Brussels, Belgium: International diabetes
federation. 2017: 150.
4.Mishra S, Bhadoria AS, Kishore S, Kumar R.
Gestational diabetes mellitus 2018 guidelines: An
update. J Family Med Prim Care. 2018;7(6):1169-72.
5.Yoo EH, Lee SY. Glucose biosensors: an overview of
use in clinical practice. Sensors. 2010;10(5):4558-76.
6.Hassan IU, Salim H, Naikoo GA, Awan T, Dar RA,
Arshad F, et al. A review on recent advances in
hierarchically porous metal and metal oxide
nanostructures as electrode materials for
supercapacitors and non-enzymatic glucose sensors. J
Saudi Chem Soc. 2021;25(5):101228.
7.Almutairi N, Hosseinzadeh H, Gopaldasani V. The
effectiveness of patient activation intervention on type
2 diabetes mellitus glycemic control and selfmanagement behaviors: a systematic review of RCTs.
Prim Care Diabetes. 2020;14(1):12-20.
8.Edwards J, Hosseinzadeh H. The impact of structured
physical activity on glycaemic control in diabetes
prevention programmes: a systematic review. Proceed
Singapore Healthcare. 2018;27(3):193-204.
9.Lunder M, Janić M, Šabovič M. Prevention of
vascular complications in diabetes mellitus patients:
focus on the arterial wall. Curr Vasc Pharmacol.
2019;17(1):6-15.
10. Teymourian H, Barfidokht A, Wang J.
Electrochemical glucose sensors in diabetes
management: an updated review (2010–2020). Chem
Soc Rev. 2020;49(21):7671-709.
11. Toghill KE, Compton RG. Electrochemical nonenzymatic glucose sensors: a perspective and an
evaluation. Int J Electrochem Sci. 2010;5(9):1246-
301.
12. Jiang L-C, Zhang W-D. A highly sensitive
nonenzymatic glucose sensor based on CuO
nanoparticles-modified carbon nanotube electrode.
Biosens Bioelectron. 2010;25(6):1402-07.
13. Higson SP, Reddy SM ,Vadgama P. Enzyme and
other biosensors: Evolution of a technology. Eng Sci
Educ J. 1994;3(1):41-8.
14. Duan X, Liu K, Xu Y, Yuan M, Gao T, Wang J.
Nonenzymatic electrochemical glucose biosensor
constructed by NiCo2O4@ Ppy nanowires on nickel
foam substrate. Sens Actuators B Chem.
2019;292:121-8.
15. Vennila P, Yoo DJ, Kim AR. Ni-Co/Fe3O4 flowerlike nanocomposite for the highly sensitive and
selective enzyme free glucose sensor applications. J
Alloys Compd. 2017;703:633-42.
16. Fan H-H, Weng W-L, Lee C-Y, Liao C-N.
Electrochemical cycling-induced spiky CuxO/Cu
nanowire array for glucose sensing. ACS Omega.
2019;4(7):1222-9.
17. Ramachandran K, Raj Kumar T, Babu KJ, Gnana
Kumar G. Ni-Co bimetal nanowires filled multiwalled
carbon nanotubes for the highly sensitive and selective
non-enzymatic glucose sensor applications. Sci Rep.
2016;6(1):36583.
18. Suneesh P, Vargis VS, Ramachandran T, Nair BG,
Babu TS. Co–Cu alloy nanoparticles decorated TiO2
nanotube arrays for highly sensitive and selective
nonenzymatic sensing of glucose.
Sens Actuators B Chem. 2015;215:337-344.
19. Long L, Liu X, Chen L, Wang S, Liu M, Jia J. MOFderived 3D leaf-like CuCo oxide arrays as an efficient
catalyst for highly sensitive glucose detection.
Electrochim Acta. 2019;308:243-52.
20. Wang Y, Xu Y, Luo L, Ding Y, Liu X, Huang A. A
novel sensitive nonenzymatic glucose sensor based on
perovskite LaNi0.5Ti0.5O3-modified carbon paste
electrode. Sens Actuators B Chem. 2010;151(1):65-
70.
21. Zhang D, Wang Z ,Li J, Hu C, Zhang X, Jiang B, et
al. MOF-derived ZnCo2O4 porous micro-rice with
enhanced electro-catalytic activity for the oxygen
evolution reaction and glucose oxidation. RSC Adv.
2020;10(15):9063-9.
22. Babu TS, Ramachandran T. Development of highly
sensitive non-enzymatic sensor for the selective
determination of glucose and fabrication of a working
model. Electrochim Acta. 2010;55(5):1612-18.