引言
葡萄糖和乳酸是两种重要的生物标志物，它们经常同时存在于人体生物液体中，如汗液和血液中。血液或汗液中葡萄糖水平的变化对糖尿病的诊断和监测至关重要[1]。同时，乳酸也是多种病理状态的生物标志物。例如，由于瓦尔堡效应（Warburg effect），癌症患者的血液中乳酸水平通常会显著升高。此外，汗液中乳酸浓度过高可能表明因过度运动导致的肌肉酸痛。因此，监测葡萄糖和乳酸在评估人体的生理和病理状态方面起着重要作用。与单一分析物检测相比，同时监测这两种生物标志物可以更全面地评估代谢平衡及相关并发症，同时减少其他共存物质的干扰。
与其他检测方法（如红外光谱[2]、拉曼光谱[2, 3]、光学相干断层扫描[4]以及上转换玻璃基方法[5, 6]）相比，电化学传感技术（包括电化学发光传感器[7]等）具有成本效益高、选择性强、灵敏度高和便携性强等优点。电化学传感器可以分为酶基[8, 9, 10]和非酶基[11, 12]传感器。然而，酶基传感器对温度波动和pH值变化非常敏感，这导致其性能受pH值和温度的影响较大。在极端环境下，酶的活性可能会受到影响，这些传感器通常需要严格的储存条件以确保其对两种分析物的检测功能性和可靠性[13]。如果这些条件得不到满足，传感器的使用寿命可能会缩短，检测性能也会受到影响[14]。因此，非酶基传感器已成为一个重要的研究领域，它们具有更好的稳定性，并有效克服了酶基传感器的局限性。然而，在电化学方法中，如何从电流、电压和电荷转移电阻等变化中区分不同的碳水化合物仍然是关键问题。尽管最近有关于葡萄糖[15, 16]和乳酸[17, 18, 19, 20]的综述文章分别对其传感机制、不同类型材料、人体采样位置以及不同基底上的应变效应进行了探讨，但尚缺乏直接比较非酶基生物传感器如何对葡萄糖和乳酸具有特异性选择性的研究，这些研究有助于揭示传感机制、不同金属氧化物（如基于石墨烯的金属有机框架）的形态观察，以及“制造-结构-性能”之间的关系，从而为其他研究人员选择合适的合成路线以进行选择性分子识别提供指导。因此，有必要撰写另一篇综述文章，展示如何在不同类型材料中调整选择性，以实现对葡萄糖和乳酸的检测。本文重点讨论非酶基传感器，并详细探讨了葡萄糖检测的最新进展，并对其局限性进行了批判性评估。深入的讨论可能会揭示未来区分葡萄糖与其他碳水化合物的检测方法，以及乳酸检测可能受到的影响。为此，除了材料优化之外，还需要更深入的机制理解 and 可靠的区分策略。
最近的一些综述总结了非酶基电化学葡萄糖传感技术的进展，重点关注传感机制、各种金属氧化物材料以及基于复合材料和聚合物辅助架构的电极制造策略。然而，大多数现有综述主要关注葡萄糖检测或特定类型的电极材料，而不同生物标志物（特别是葡萄糖和乳酸）的分子氧化特性与金属氧化物基传感材料的发展之间的关系尚未得到系统讨论[13, 21, 22, 23, 24]。虽然已经开发了多种材料工程技术来提高电化学传感性能，但大多数研究主要评估了这些技术在优化检测条件下的灵敏度和稳定性。关于材料设计在解决非酶基传感实际问题（包括分析物区分、抗干扰能力、检测结构相似的生物分子以及在复杂生物基质中的可靠分析）方面的更广泛影响，仍不够充分。此外，根据具体应用要求选择合适的性能参数也较少受到批判性讨论。
因此，本综述重点关注基于金属氧化物的非酶基电化学传感器，系统总结了葡萄糖和乳酸检测的最新进展，并对当前传感方法的局限性进行了批判性评估。除了在实验室条件下的性能评估外，还进一步考虑了在实际应用中的要求，包括在含有多种干扰物质的复杂基质下的可靠检测、传感器性能参数与特定应用场景之间的关系，以及区分葡萄糖与其他结构相似的碳水化合物的方法学挑战。
以金属氧化物作为基本传感平台[25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32]，本综述系统总结了相关复合材料的开发策略。这些材料设计并非独立的方法，而是代表了金属氧化物基传感系统的逐步功能扩展，包括不同金属氧化物的形态工程[33, 34, 35, 36, 37]、将碳基材料（如石墨烯）整合到金属氧化物中[39, 40, 41]，以及将金属氧化物基复合材料进一步集成到框架架构中[15, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49]。首先介绍了基于金属氧化物的非酶基电化学传感器的基本工作原理，并概述了用于葡萄糖和乳酸监测的新兴微流控策略。随后，从材料设计和传感性能的角度批判性地审视了基于金属氧化物的复合材料的最新进展。最后，讨论了推进非酶基电化学传感技术的剩余挑战和未来机遇。
