Biossensores de Glicose Livres de Enzima Baseados em Nanocompósitos de MoS₂: Abordagem de Ponta

Resumo

Biossensores de glicose de alto desempenho são altamente desejados para saúde. Para atender a essas demandas, biossensores de glicose, particularmente biossensores de glicose livres de enzima, receberam muita atenção. Materiais bidimensionais, como grafeno, com alta área de superfície, excelentes propriedades elétricas e boa biocompatibilidade, têm sido o foco principal da pesquisa em biossensores na última década. Esta revisão apresenta o progresso recente em biossensores de glicose livres de enzima baseados em nanocompósitos de MoS₂. Duas técnicas diferentes para detecção de glicose são introduzidas, com ênfase em biossensores eletroquímicos de glicose. Desafios e perspectivas futuras de biossensores de glicose de nanocompósitos de MoS₂ também são discutidos.

Introdução

A concentração de glicose no sangue humano é um importante indicador de saúde. Por exemplo, pessoas saudáveis tipicamente têm nível de glicose no sangue em torno de 3,9–6,1 mM (1 mM = ∼18 mg/dL), e concentrações de glicose fora desta faixa podem indicar disfunção renal, diabetes, etc. Impulsionados pela demanda crescente por saúde, muitos esforços foram dedicados a biossensores de glicose enzimáticos baseados em glicose oxidase (GOx) desde o relato de eletrodo enzimático por Updike e Hicks em 1967. Apesar da simplicidade, eficiência, alta sensibilidade e seletividade dos biossensores de glicose enzimáticos, dois grandes desafios, ou seja, alto custo e instabilidade, ainda não podem ser satisfatoriamente resolvidos. Isso ocorre porque sensores de glicose enzimáticos usam enzimas, como GOx, para detectar glicose indiretamente, o que frequentemente envolve catalisadores caros e construção de dispositivo complicada, e assim, custo relativamente alto. Além disso, enzimas como GOx são vulneráveis a temperatura, umidade, pH e químicos não fisiológicos devido à sua instabilidade térmica e química intrínseca. A imobilização de GOx em superfície de eletrodo frequentemente adiciona outra camada de dificuldade na fabricação de sensores de glicose enzimáticos com boa estabilidade e reprodutibilidade.

Graças ao desenvolvimento da Internet das Coisas, sensores de baixo custo e alta confiabilidade atraíram atenção crescente. Na busca por sensores de glicose que atendam a essas demandas, biossensores eletroquímicos livres de enzima ganharam popularidade devido a várias vantagens, incluindo simplicidade, alta sensibilidade e estabilidade. Biossensores eletroquímicos livres de enzima detectam glicose diretamente via oxidação eletrocatalítica, o que evita o uso de enzima cara e melhora a estabilidade em condições ambientes. Tais biossensores são esperados para abrir novas oportunidades para incorporação com dispositivos portáteis e detecção de glicose em tempo real. A chave para realizar sensores de glicose livres de enzima práticos são catalisadores baratos, confiáveis, biocompatíveis e abundantes. Para este objetivo, nanocompósitos, por exemplo, compostos de materiais bidimensionais e nanopartículas, têm sido amplamente adotados como materiais de eletrodo de biossensor. Em particular, bioeletrônica baseada em materiais bidimensionais (2D) torna-se um novo campo interdisciplinar excitante, devido a muitas propriedades físicas e químicas únicas de materiais 2D, incluindo grande área de superfície específica, excelente condutividade e síntese facilitada. Por exemplo, a grande área de superfície específica de materiais 2D permite fácil funcionalização de superfície via hibridização. A alta condutividade permite transferência e coleta eficiente de carga em materiais 2D. Entre vários materiais 2D, grafeno e seus derivados são indiscutivelmente o material mais estudado em biossensores. Outro tipo de materiais 2D amplamente explorado em eletrônica e optoeletrônica também mostra méritos de ser materiais de bioeletrônica. Dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), especialmente dissulfeto de molibdênio (MoS₂), possuem vantagens semelhantes de grande área de superfície específica, inércia química e funcionalidade de superfície. Intercalação de íons ou moléculas estranhas em nanoestruturas de TMD pode ser prontamente alcançada dada sua estrutura atômica única. Uma propriedade importante que faz o MoS₂ destacar-se bem de outros materiais 2D é sua alta atividade catalítica proveniente de bordas expostas. No entanto, a desvantagem do MoS₂ também é bastante óbvia. Comparado com grafeno, folhas 2D de MoS₂ têm condutividade elétrica muito menor. Reempilhamento de nanoestruturas de MoS₂ limita ainda mais a transferência de carga e sítios de reação ativos.

Esforços marginais foram feitos em sensores de glicose livres de enzima baseados em MoS₂ 2D até anos muito recentes. O desempenho ruim de dispositivos eletroquímicos baseados em MoS₂ foi bem contornado usando vários métodos que resolveram com sucesso a baixa condutividade intrínseca. Alguns biossensores eletroquímicos de glicose baseados em MoS₂ foram relatados com desempenho excedendo seus equivalentes de grafeno. Além de biossensores eletroquímicos, métodos não eletroquímicos de baixo custo também foram recentemente estudados para MoS₂ 2D, aproveitando o progresso do MoS₂ feito em eletrônica e optoeletrônica. Nesta revisão, resumimos os avanços recentes em biossensores de glicose baseados em MoS₂. Atenção particular é dada a biossensores eletroquímicos de glicose baseados em MoS₂, descritos na seção "Biossensores Eletroquímicos de Glicose Baseados em Nanocompósitos de MoS₂". Na seção "Detecção de Glicose de Alta Sensibilidade Usando Transistores de Efeito de Campo de MoS₂", transistores de efeito de campo de MoS₂ para detecção de glicose são brevemente introduzidos. Finalmente, a conclusão e perspectivas futuras de biossensores de glicose de nanocompósitos de MoS₂ são apresentadas.

Biossensores Eletroquímicos de Glicose Baseados em Nanocompósitos de MoS₂

Por algumas décadas, metais ou ligas foram as principais opções de catalisador para oxidação eletrocatalítica direta de glicose. Na última década, materiais bidimensionais com grande área de superfície e propriedades químicas e físicas únicas abriram novas oportunidades para muitos campos, incluindo sensoriamento eletroquímico, armazenamento de energia e eletrônica. Em termos de biossensoriamento eletroquímico, nanocompósitos de diferentes materiais 2D e catalisadores mostram vantagens claras sobre catalisadores tradicionais. O acoplamento sinérgico entre esses materiais, ou seja, efeitos sinérgicos, pode levar a aumento distinto na atividade catalítica. Um bom número de tais nanocompósitos, particularmente aqueles baseados em grafeno ou derivados de grafeno, foram desenvolvidos e aplicados a sensores de glicose livres de enzima. MoS₂ em camadas é esperado para possuir vantagens semelhantes, pois compartilha propriedades de material do grafeno. Particularmente, nanoestruturas de MoS₂ em camadas possuem grande número de bordas, que, similar a folhas de grafeno funcionalizadas, atuam como sítios ativos para reações catalíticas.

De fato, Huang et al. sintetizaram nanoflores de MoS₂ por método hidrotérmico. Um eletrodo de carbono vítreo modificado com nanoflores de MoS₂ e compósitos de quitosana/nanopartículas de Au mostrou redução distinta de sobrepotencial para oxidação de bisfenol A. O sensor de nanocompósito mostrou oxidação eletrocatalítica eficiente de bisfenol A, evidenciada pelo aumento significativo de corrente nos voltamogramas cíclicos. Boa faixa de detecção linear de 0,05 a 100 μM é obtida para sensoriamento de bisfenol A. Além disso, limite de detecção muito baixo de 5 nM é estimado. Este trabalho demonstrou claramente a excelente atividade eletrocatalítica e efeitos sinérgicos de nanocompósitos Au/MoS₂. Similarmente, nanocompósitos baseados em MoS₂ têm sido usados para detecção de glicose livre de enzima. Microflores de MoS₂ com grande área de superfície foram sintetizadas por método hidrotérmico usando brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) como surfactante. A morfologia das microflores pode ser controlada pelo pH da solução de reação, concentração de surfactante CTAB e temperatura de recozimento. As microflores de MoS₂ obtidas a temperatura de recozimento de 500 °C mostraram boa qualidade cristalina e, portanto, transferência de carga melhorada. Curiosamente, testes de sensoriamento eletroquímico de glicose livre de enzima mostraram que o eletrodo de microflor de MoS₂ sem qualquer funcionalização pode oferecer alta sensibilidade de 570,71 μA mM⁻¹ cm⁻². Adicionalmente, o sensor mostra ampla faixa de detecção linear de até 30 mM.

Os efeitos sinérgicos de catalisadores de MoS₂ dopados ou hibridizados por metais estranhos, como Cu, Ni, Co e Fe, também se mantêm verdadeiros para catálise eletroquímica aprimorada de glicose. Huang et al. conseguiram combinar as vantagens da forte atividade eletrocatalítica de cobre para oxidação de glicose e grande área de superfície e sítios de borda ativos de nanoestruturas de MoS₂. Nanoestruturas de MoS₂ decoradas com nanopartículas de Cu mostraram atividade eletrocatalítica para oxidação de glicose. Alta sensibilidade de 1055 μA mM⁻² cm⁻² e faixa de detecção linear de até 4 mM foram relatadas para sensor de glicose de nanocompósito Cu/MoS₂. A sensibilidade quase dobrou o valor medido do eletrodo de microflor de MoS₂. O sensor também demonstrou boa seletividade na detecção de glicose contra ácido úrico, ácido ascórbico e dopamina. A corrente de interferência causada por esses químicos é apenas cerca de 2,1–5,2% daquela da glicose, e tal nível baixo de corrente de interferência pode ser considerado insignificante em concentração fisiológica.

Outro candidato atraente é níquel (Ni), extensivamente estudado para híbridos Ni/grafeno. Similar ao Cu, Ni também é metal abundante na terra. O par redox Ni³⁺/Ni²⁺ oferece impressionante atividade catalítica em mídia alcalina. Portanto, Huang et al. usaram nanoestrutura de MoS₂ como suporte de catalisador para imobilizar nanopartículas de Ni. Nanoestrutura de MoS₂ foi sintetizada de pó de MoS₂ em solvente misto etanol/água via exfoliação líquida. Nanopartículas de Ni foram reduzidas em nanoestrutura de MoS₂ aquecendo solução de nanoestrutura de MoS₂-glicol etileno a 60 °C por 1 h após adição de precursor NiCl₂·6H₂O e soluções de N₂H₄·H₂O e NaOH. Eletrodo de sensor de glicose foi preparado depositando híbrido Ni-MoS₂ em eletrodo de carbono vítreo. Voltamograma cíclico do eletrodo modificado com híbrido Ni/MoS₂ revelou claramente oxidação de glicose com corrente maior que eletrodo de referência modificado com Ni. A atividade eletrocatalítica melhorada foi atribuída a mais sítios ativos em nanoestruturas de MoS₂ e redução de agregação de nanopartículas de Ni em suporte de material 2D. Resultados amperométricos confirmaram boa faixa de detecção linear até 4 mM, alta sensibilidade de 1824 μA mM⁻¹ cm⁻² e baixo limite de detecção de 0,31 μM em razão sinal/ruído de 3 (S/N = 3). Comparado com sensor de glicose de nanocompósito Cu/MoS₂, há melhoria adicional na sensibilidade usando nanocompósitos Ni/MoS₂. O impacto de espécies interferentes, incluindo dopamina, ácido ascórbico e ácido úrico, na sensoriamento de glicose também foi considerado marginal. Mais importante, o sensor mostrou boa reprodutibilidade e alta estabilidade. Redução insignificante de 3,4% na resposta do sensor foi medida após armazenamento ambiente por 4 semanas. Além disso, Anderson et al. relataram biossensor de glicose não enzimático altamente sensível incorporando nanopartículas de prata coloidal com MoS₂. A introdução de nanopartículas de Ag foi para abordar a condutividade intrínseca ruim do MoS₂. Excelente sensibilidade de 9044,6 μA mM⁻¹ cm⁻² e baixo limite de detecção de 0,03 μM foram relatados. No entanto, a faixa de detecção linear é apenas até 1 mM.

As atividades eletrocatalíticas do MoS₂ podem ser ainda melhoradas hibridizando com grafeno. A baixa condutividade intrínseca do MoS₂ prejudica sua alta atividade catalítica. As transferências de carga entre nanomateriais de MoS₂ são lentas em reações eletroquímicas ou aplicações eletrônicas gerais. Por outro lado, grafeno tem condutividade elétrica superior e pode servir como solução imediata para transporte lento de elétrons em nanomateriais de MoS₂. Jeong et al. fabricaram nanocompósitos de aerogel 3D MoS₂/grafeno por método hidrotérmico one-pot. Embora atividades eletrocatalíticas aprimoradas tenham sido observadas usando estrutura porosa 3D comparada com amostra de referência 2D, o uso de glicose oxidase complicou a fabricação e enfrentou os mesmos problemas de sensores enzimáticos. Geng et al. sintetizaram nanopartículas de MoS₂ dopadas com Ni decoradas em óxido de grafeno reduzido (Ni-MoS₂/rGO) por método facilitado e escalável. Como mostrado na Fig. 1a, óxido de grafeno sintetizado pelo método Hummers e Offeman foi misturado com CH₃COOH e água desionizada. Solução precursora Ni-Mo foi preparada adicionando (NH₄)₂MoS₄ e Ni(CH₃COO)₂·4H₂O com diferentes razões molares na solução de óxido de grafeno. Suspensão Ni-MoS₂/rGO foi obtida após centrifugação e secagem a 80 °C. A suspensão Ni-MoS₂/rGO coletada foi então calcinada por 4 h a 600 °C em atmosfera de N₂. Os nanocompósitos Ni-MoS₂/rGO obtidos foram usados para sensoriamento de glicose não enzimático. A Figura 1b mostra a resposta amperométrica de um eletrodo de sensor modificado por nanocompósitos Ni-MoS₂/rGO à adição sucessiva de solução de glicose. Aumento claro de corrente foi observado após cada adição de glicose. Além disso, o inseto na Fig. 1b mostra que o sensor era capaz de responder a concentração de glicose tão baixa quanto 5 μM. O sinal de corrente extraído como função de concentração de glicose é plotado na Fig. 1c, que mostra claramente ampla faixa de detecção linear do sensor, 0,005–8,2 mM, cobrindo bem o nível típico de glicose no sangue humano. A sensibilidade e limite de detecção calculados são 256,6 μA mM⁻¹ cm⁻² e 2,7 μM (S/N = 3), respectivamente. Embora a sensibilidade e limite de detecção do sensor sejam distintamente menores que os anteriores, a faixa de detecção linear é bem melhorada. O trabalho relatou ainda taxas de transporte de elétrons melhoradas e atividade eletrocatalítica com coeficiente de difusão de 1,83 × 10⁻³ cm²s⁻¹ e constantes de taxa catalítica de 6,26 × 10⁵ cm³mol⁻¹s⁻¹ usando compósitos Ni-MoS₂/rGO. Como mostrado na Fig. 1d, quando o sensor foi armazenado em condições secas, sua resposta de corrente a 1 mM glicose permanece quase inalterada por 15 dias, mostrando boa estabilidade. A influência de químicos de interferência comuns, NaCl, dopamina, ácido úrico, ácido ascórbico e VB, também foi examinada. Os resultados são mostrados na Fig. 1e, e o impacto desses químicos na corrente de sinal é marginal. A mudança de corrente causada por 0,1 mM de NaCl, dopamina, ácido úrico, ácido ascórbico e VB, concentração típica de químicos de interferência em soro normal, é apenas 0,76%, 2,77%, 6,03%, 0%, 2,51% e 0,63% da resposta de corrente a 2,5 mM glicose. Finalmente, o trabalho demonstrou boa correspondência entre concentração medida pelo sensor Ni-MoS₂/rGO e valores hospitalares relatados, mostrando grande potencial dos sensores para aplicações práticas.

Uma forma alternativa de melhorar a transferência de carga em nanocompósitos de MoS₂ é hibridizar com outro material de carbono altamente condutivo e biocompatível, nanotubos de carbono (CNTs). Enquanto isso, esta forma pode limitar bem o reempilhamento de nanomateriais de MoS₂, fornecendo mais sítios de reação ativos. CNTs também têm sido amplamente sintetizados em estruturas 3D e aplicados em armazenamento de energia, colheita de energia, sensoriamento, etc. Li et al. prepararam nanocompósitos 3D de nanoestruturas de MoS₂ hibridizadas com nanopartículas de óxido de cobalto e CNTs. Nanopartículas de óxido de cobalto foram usadas para aumentar atividades eletrocatalíticas e CNTs para melhorar condutividade. Método hidrotérmico one-pot usado para sintetizar nanocompósitos Co-MoS₂/CNT é brevemente mostrado na Fig. 2a. Mistura de CNTs, 0,1 mmol Co(CH₃COO)₂ 4H₂O, 1,35 mmol Na₂MoO₄ e 7,5 mmol l-cisteína foi transferida para autoclave de aço inoxidável revestido de Teflon e mantida a 180 °C por 24 h. O produto foi então resfriado, centrifugado e enxaguado com água desionizada e etanol absoluto. Os nanocompósitos Co-MoS₂/CNT limpos foram finalmente secos em forno a vácuo a 60 °C por 6 h. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) dos nanocompósitos Co-MoS₂/CNT são mostradas nas Fig. 2b, c. CNTs 3D empacotados típicos com diâmetros em torno de 20 nm foram observados. A imagem MET mostra claramente CNTs ocos anexados a nanoestruturas de MoS₂. Tal estrutura serve como matriz altamente condutiva para suportar nanoestruturas de MoS₂ e imobilizar nanopartículas de Co. Tais nanocompósitos Co-MoS₂/CNT densamente empacotados não apenas fornecem boa quantidade de bordas cataliticamente ativas mas também permitem transferência de carga eficiente durante reações. Mais importante, a estrutura densamente empacotada Co-MoS₂/CNT e o espaçamento intercamadas razoavelmente grande de 0,65 nm para MoS₂ (maior que 0,34 nm para CNTs) suprimem efetivamente o reempilhamento do compósito MoS₂/CNT. Voltametria cíclica típica e medições amperométricas foram realizadas para examinar desempenho do sensor livre de enzima feito de nanocompósitos Co-MoS₂/CNT. As respostas amperométricas do eletrodo de sensoriamento Co-MoS₂/CNT medidas (a 0,65 V vs. Ag/AgCl) com adição sucessiva de glicose são mostradas na Fig. 2d. Aumento distinto em degrau na corrente de resposta à adição de glicose foi observado. Boa faixa de detecção linear foi alcançada até 5,2 mM, como mostrado nas Figs. 2e. A sensibilidade calculada é 131,69 μA mM⁻¹ cm⁻². Apesar da sensibilidade relativamente baixa, limite de detecção extremamente baixo de 80 nM foi obtido (S/N = 3) da Fig. 2f.

Similar aos efeitos sinérgicos exibidos por híbridos metal-material 2D, ligas bimetálicas e nanoestruturas também mostraram desempenho catalítico melhorado e bom potencial para muitas aplicações, incluindo sensoriamento, colheita de energia, etc. Li et al. sintetizaram recentemente nanopartículas bimetálicas Au-Pd para sensoriamento não enzimático de peróxido de hidrogênio e glicose. A fabricação do eletrodo de sensor Au-Pd/MoS₂ é ilustrada na Fig. 3a. As nanoestruturas de MoS₂ foram preparadas por exfoliação líquida. Nanopartículas bimetálicas Au-Pd foram sintetizadas por redução química. Os nanocompósitos Au-Pd/MoS₂ preparados foram então depositados em eletrodo de carbono vítreo para sensoriamento químico. Como mostrado na Fig. 3b, bons degraus de corrente foram observados com adição sucessiva de glicose. A faixa de detecção linear medida como 0,5–20 mM está bem além do nível normal de glicose no sangue humano (Fig. 3c). Em vez de usar nanopartículas bimetálicas convencionais frequentemente feitas de metais caros, Ma et al. projetaram nanocompósito de MoS₂ co-decorado com nanopartículas de ouro-polipirrol (PPY). Híbridos metal/polímero condutivo também são esperados para melhorar área de superfície e condutividade de eletrodo de sensor. Além disso, o uso de polímeros condutivos pode reduzir ainda mais o custo de sensores eletroquímicos. O eletrodo de vidro carbonoso MoS₂-PPY-Au fabricado mostrou detecção incrivelmente baixa de 0,08 nM, seletividade quase livre de interferência e estabilidade longa por mais de 3 semanas. No entanto, a sensibilidade do sensor é apenas 37,35 μA·μM⁻¹·cm⁻² e a faixa de detecção é bastante limitada (0,1–80 nM).

Além de metais, óxidos metálicos de altas atividades catalíticas também foram tentados para catálise eletroquímica melhorada. Além de sua alta atividade eletrocatalítica, o baixo custo de óxidos metálicos é outra vantagem que não pode ser exagerada para sensores eletroquímicos de baixo custo. Entre vários óxidos metálicos, nanomateriais de Cu₂O com diferentes morfologias são promissores para catálise em várias aplicações. Fang et al. estudaram MoS₂ decorado com nanopartículas de Cu₂O para sensoriamento de glicose não enzimático. As medições amperométricas do eletrodo modificado com híbrido Cu₂O/MoS₂ mostram boa faixa linear de 0,01 a 4 mM. O limite de detecção extraído é cerca de 1 μM. A sensibilidade foi calculada como alta como 3108,87 μA mM⁻¹ cm⁻², que é maior que a maioria dos sensores de glicose não enzimáticos baseados em MoS₂. Os resultados também indicam bom potencial de óxidos metálicos para sensores de glicose não enzimáticos de baixo custo. A comparação dos biossensores de glicose livres de enzima baseados em nanocompósitos de MoS₂ é apresentada na Tabela 1.

Detecção de Glicose de Alta Sensibilidade Usando Transistores de Efeito de Campo de MoS₂

Transistores de efeito de campo (FETs) de MoS₂ possuem várias vantagens, como alta razão de corrente de comutação, baixa corrente de fuga, swing sublimiar pequeno e alta mobilidade. Graças às suas excelentes propriedades eletrônicas e robustez mecânica, transistores de MoS₂ mostram boa promessa para eletrônica de baixa energia, baixo custo e vestível. Biossensores, fotodetectores, sensores de gás e seus equivalentes flexíveis baseados em transistores de MoS₂ foram recentemente relatados. As vantagens dos transistores de MoS₂ tornam esses sensores altamente sensíveis, baixo consumo de energia, portáteis, etc. FETs de MoS₂ foram relatados como vários sensores para umidade, H₂O₂, NO, NO₂, NH₃, DNA, etc. Shan et al. relataram o primeiro transistor de efeito de campo baseado em MoS₂ para detecção de glicose. Como mostrado na Fig. 4a, um FET de MoS₂ com porta traseira foi fabricado em substrato SiO₂/Si. Eletrodos de fonte e dreno foram padronizados por fotolitografia e litografia de feixe de elétrons. Contatos Au/Ni (70 nm/10 nm) foram depositados por evaporação. Deve-se notar que o material de canal de MoS₂ de cerca de 2 μm × 3 μm foi exfoliado mecanicamente e transferido para eletrodos pré-padronizados, como mostrado na Fig. 4b. O transistor fabricado foi colocado em célula de amostra e testado.

As curvas Ids–Vds medidas com diferentes concentrações de soluções de glicose mostraram claramente aumentos de corrente fonte-dreno com aumento de concentração de glicose. Deve-se notar que enzima GOx foi adicionada à concentração de glicose. Portanto, a sensoriamento não é completamente livre de enzima. O aumento da corrente de canal ao aumentar concentração de glicose foi atribuído à oxidação enzimática de glicose. Os elétrons produzidos da reação foram transferidos para o canal de MoS₂ tipo n e, portanto, aumentaram sua condutividade. Para ilustrar a resposta do sensor à glicose, medição de Ids em tempo real foi realizada com adição sucessiva de diferentes concentrações de glicose, como mostrado na Fig. 4c. As medições começaram com solução PBS pura e solução de concentração maior com 1 mM mais glicose colocada a anterior a cada minuto. A resposta de corrente fonte-dreno a diferentes concentrações de glicose é plotada na Fig. 4d. Claramente, o sensor FET de MoS₂ mostra faixa linear muito grande para detecção de glicose, até 30 mM. Os testes foram repetidos para baixa concentração de soluções de glicose para sondar limite de detecção e sensibilidade do sensor FET de MoS₂. Como mostrado no inseto da Fig. 4d, o sensor pode detectar claramente a presença de glicose com concentração tão baixa quanto 300 nM. A sensibilidade do biossensor de glicose FET de MoS₂ é calculada como 260,75 mA mM⁻¹. Além de alta sensibilidade e baixos limites de detecção, o dispositivo também mostrou alta estabilidade por até 45 dias. No entanto, o dispositivo atual tem que envolver adição de enzima GOx na solução de glicose sob teste, o que o torna menos prático para aplicações portáteis.

Conclusão e Perspectivas

Esta mini-revisão apresenta os esforços recentes no desenvolvimento de biossensor livre de enzima baseado em nanocompósitos de MoS₂. Estas publicações apresentaram meios facilitados e de baixo custo para sensores de glicose de alto desempenho, em termos de sensibilidade, faixa de detecção linear e limite de detecção. Estes estudos abrem indubitavelmente novas oportunidades para sensores de glicose de baixo custo e sensíveis. Os avanços dependem largamente do progresso recente na síntese de novos nanocompósitos de materiais 2D, nanomateriais metálicos e nanopartículas de óxido catalítico. Pode-se esperar que mais esforços seriam investidos nesta direção, e a experiência acumulada é altamente benéfica para estudos futuros em materiais relacionados para aplicações de sensoriamento.

No entanto, ao mesmo tempo, deve-se perceber que muitos esforços ainda são necessários para aplicações clínicas ou quaisquer outras aplicações práticas. A estabilidade e reprodutibilidade destes dispositivos ainda precisam ser melhoradas. Ou tempo de armazenamento limitado ou em condições secas foram usados até agora. Em segundo lugar, os métodos de síntese química são facilitados e de baixo custo, mas se os métodos são escaláveis permanece incerto. Novas técnicas, como impressão a jato de tinta, podem ser usadas para fabricação repetível em larga escala de sensores. Embora sensores eletroquímicos baseados em MoS₂ mostrem desempenho competitivo comparado com equivalentes baseados em materiais de carbono, as vantagens, por exemplo, sítios de borda catalíticos de MoS₂, não são substanciais. Há claramente muito espaço para realmente aproveitar as propriedades únicas do MoS₂ para melhorias adicionais em sensoriamento de glicose não enzimático. Além disso, o desenvolvimento de biossensor de glicose flexível baseado em nanocompósitos de MoS₂ é importante para sensoriamento flexível em saúde e deve ser mais competitivo no mercado, o que certamente se tornará um foco de pesquisa no futuro.

Finalmente, sensores baseados em FET de MoS₂ mostram excelente desempenho em sensoriamento de glicose. Dado o desenvolvimento recente de FETs de MoS₂, esta direção parece muito promissora no desenvolvimento de sensores de glicose de baixo custo e outros tipos de sensores químicos. Deve ser reenfatizado que o trabalho atual relatado em sensores de glicose FET de MoS₂ foi apenas funcional a solução de glicose dopada com GOx. Trabalho futuro precisa encontrar alternativas para evitar o uso de GOx para implantação mais prática de sensores de glicose FET de MoS₂.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Não aplicável.

Abreviações

2D:

Bidimensional

3D:

Tridimensional

CNT:

Nanotubos de carbono

CTAB:

Brometo de cetiltrimetilamônio

FETs:

Transistores de efeito de campo

GOx:

Glicose oxidase

Iniciais:

Nome completo

MoS₂:

Dissulfeto de molibdênio

Ni:

Níquel

SEM:

Microscopia eletrônica de varredura

TEM:

Microscopia eletrônica de transmissão

TMDs:

Dicalcogenetos de metais de transição