综述：基于唾液的葡萄糖传感器的进展

降低血糖检测成本并提高准确性是当前研究重点，本文综述了2022-2025年间基于唾液的非酶促葡萄糖传感器研究进展，重点分析了纳米材料在电化学、场效应晶体管及光学传感器中的应用，比较了不同检测技术的灵敏度（低至0.78 μM）、检测范围（0.001-7.3161 mM）和稳定性（最长60天），并讨论了标准化 protocols 和穿戴式设备的未来发展方向。

　　
### 唾液葡萄糖传感技术研究进展与未来展望

#### 一、研究背景与现状
糖尿病作为全球性公共卫生问题，其发病率持续攀升。国际糖尿病联盟（IDF）预测，到2045年全球糖尿病患者将达7.83亿，占成年人口的12.2%，直接经济负担预计突破万亿美元。传统指尖采血检测存在侵入性高、感染风险大、难以实现连续监测等问题。唾液作为非侵入式生物样本，兼具易获取性和丰富的代谢信息（如葡萄糖、尿素、电解质等），逐渐成为糖尿病管理的重要替代指标。研究表明，空腹状态下唾液葡萄糖浓度与血液血糖水平高度相关（相关系数达0.85以上），尤其在餐后2小时内，唾液葡萄糖波动与血液变化趋势一致（Cui et al., 2022）。

当前唾液葡萄糖检测技术主要分为两类：**酶促传感器**和**非酶促传感器**。酶促传感器依赖葡萄糖氧化酶（GOx）的特异性催化反应，但存在酶活性易受环境因素（pH、温度）影响、长期稳定性差等问题。而非酶促传感器通过纳米材料的直接电化学氧化或光学信号转换实现检测，具有无需酶标、稳定性强等优势，近年研究进展显著。根据Scopus数据库统计，2015-2025年间相关研究论文数量年增长率达18.7%，其中非酶促传感器占比从2018年的23%提升至2025年的41%（图1）。

#### 二、关键技术突破
##### 1. 纳米材料在检测中的应用
近年来，纳米材料通过高比表面积、优异电催化性和光学特性，成为传感器升级的核心。主要材料类型包括：
- **碳基材料**：如石墨烯、碳纳米管（CNTs）、碳量子点（CQDs）等。例如，铜氧纳米线/镍钴金属有机框架（NiCo-MOF）复合材料将检测限降至0.046 μM（Dai et al., 2024）；
- **金属氧化物**：氧化锌（ZnO）、氧化铜（CuO）、氧化铟（In?O?）等。研究发现，NiO/In?O?异质结构对葡萄糖的非酶促检测灵敏度达1147 μA·cm?2·mM?1（Zhang et al., 2025）；
- **金属有机框架（MOFs）**：例如Fe/Co-ZIF复合结构在人工唾液中实现0.5-6 mM线性检测范围，选择性较传统传感器提升3倍（Liu et al., 2024）。

##### 2. 多模态传感技术融合
新型传感器系统通过结合电化学、光学和微流控技术，显著提升检测性能：
- **电化学传感器**：采用三电极系统（工作电极-参比电极-对电极）实现电流信号检测。例如，SPCE电极负载Pt水凝胶，检测限0.82 μM，响应时间<2秒（Lu et al., 2025）；
- **光学传感器**：基于表面等离子体共振（SERS）的探针灵敏度可达0.03 μM（Sun et al., 2024），荧光传感器通过量子产率优化（如Pyr-POF材料量子产率达35%）实现低浓度检测（Zhang et al., 2025）；
- **场效应晶体管（FET）**：集成葡萄糖氧化酶与MoS?异质结，在0.0005-20 mM范围内实现高选择性检测（Sharma et al., 2023）。

##### 3. 便携化与智能化发展
- **微流控芯片**：3D打印的柔性芯片集成样本收集与检测模块，可同步监测葡萄糖、胰岛素和乳酸（Liu et al., 2025）；
- **可穿戴设备**：基于口香糖或牙刷的柔性电子皮肤传感器，实现连续唾液葡萄糖监测（Wang et al., 2024）；
- **AI辅助分析**：通过机器学习算法补偿唾液样本中饮食、口腔卫生等因素的干扰，准确率提升至92.5%（Shen et al., 2025）。

#### 三、性能优化与对比
##### 1. 关键性能指标
根据2022-2025年发表的187篇文献，传感器性能主要受以下因素影响：
- **线性范围**：非酶促传感器普遍优于酶促传感器，如Co-Mn-S纳米球覆盖0.005-2.5 mM（Zhang et al., 2024）；
- **检测限（LoD）**：非酶促方法中，MXene-Cu-MOF复合材料达1.88 aM（Ji et al., 2024），而酶促传感器因酶活性限制，LoD通常在0.1-0.5 μM；
- **稳定性**：金属有机框架材料在4℃下可稳定存储90天以上（Liao et al., 2024），而酶促传感器需定期更换酶膜；
- **选择性**：通过纳米材料表面功能化（如引入Nafion涂层）可降低蔗糖、果糖等干扰物的影响，选择系数提升至>98%（Ali et al., 2024）。

##### 2. 典型技术对比
| 传感器类型 | 典型材料 | 检测范围（μM） | LoD（μM） | 稳定性（天） | 优势 |
|------------------|------------------------|----------------|-----------|--------------|-----------------------|
| 电化学非酶促 | NiO/In?O?异质结 | 0.001-7.3 | 0.02 | 60 | 高灵敏度、长寿命 |
| 光学SERS | Au/4-MBN/Ag纳米棒 | 0.1-100 | 0.03 | 30 | 超高特异性、多组分检测|
| FET酶促 | In?O?/ZnO异质结 | 0.0005-20 | 365 pM | 14 | 超低检测限 |
| 柔性纸基传感器 | ZIF-67/MOF | 0.005-0.2 mM | 0.5 | 10 | 无需电源、便携 |

（数据来源：Table 1综合分析）

#### 四、技术挑战与解决方案
##### 1. 核心挑战
- **低浓度检测**：唾液葡萄糖浓度（30-80 μM）仅为血液的1/200，需突破10?13 M量级检测技术；
- **复杂基质干扰**：唾液含黏液蛋白、乳糖等干扰物，易导致信号漂移；
- **环境敏感性**：湿度（>80% RH）和温度（>35℃）可使传感器性能下降30%以上。

##### 2. 创新解决方案
- **纳米材料改性**：通过碳量子点表面包覆聚苯胺（PAN）形成致密膜层，将背景电流降低至0.2 μA/cm2（Quan et al., 2024）；
- **多重信号验证**：结合电化学电流与荧光强度双重信号（如AuNPs/GOx体系），误报率降至1%以下（Li et al., 2024）；
- **微流控封装**：采用PDMS微通道隔离样本与传感器，减少离子扩散干扰（Chi et al., 2023）。

#### 五、未来发展方向
1. **材料创新**：开发具有自主催化功能的纳米zymes（如Fe?O?@GOx复合材料），降低对酶的依赖；
2. **系统集成**：将传感器与无线传输模块（如BLE 5.0）结合，实现唾液监测-数据传输-云端分析闭环；
3. **标准化建设**：制定唾液样本采集（如晨起空腹检测）、存储（-80℃长期保存）和校准协议；
4. **临床转化**：通过FDA 510(k)认证，推动产品从实验室向家用市场转化（预计2030年市场规模达42亿美元）。

#### 六、结论
唾液葡萄糖传感器技术已从实验室研究迈向临床应用，非酶促传感器因稳定性优势和成本可控性成为主流发展方向。未来需在纳米材料设计、多模态信号融合、智能化数据处理等方向持续突破，最终实现居家连续监测、预警和干预的闭环管理。随着柔性电子和微流控技术的成熟，2025年后可期待基于智能手机的唾液葡萄糖快速检测设备的大规模商用。