zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1622Research ArticleАННОТАЦИИ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ СТАТЕЙABSTRACTS ENGLISH-LANGUAGE ARTICLESУсовершенствованная хемометрическая модель для мониторинга уровня глюкозы в крови с использованием гигантского комбинационного рассеянияAn Advanced Chemometric Model Applied to Ratiometric Surface-Enhanced Raman Scattering for Monitoring Blood GlucoseTangY.TangY.

Чжучжоу; Чанша

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices; State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics

Zhuzhou; Changsha

ZhangS.-W.ZhangS.-W.

Чжучжоу

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices

Zhuzhou

WangQ.WangQ.

Чжучжоу

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices 

Zhuzhou

HanJ.-J.HanJ.-J.

Чжучжоу

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices

Zhuzhou

ChaoL.ChaoL.

Чжучжоу

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices

Zhuzhou

NieL.-B.NieL.-B.

Чжучжоу

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices

Zhuzhou

ChenY.ChenY.

Чжучжоу; Чанша

Hunan Key Lab of Biomedical Materials and Devices; State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics

Zhuzhou; Changsha

chenyao717@hnu.edu.cnWangT.WangT.

Чанша

State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics

Changsha

wangtong@hnu.edu.cnКолледж естественных наук и химии, Технологический университет Хунаня; Колледж химии и химической инженерии, Университет ХунаняCollege of Life Sciences and Chemistry, Hunan University of Technology; College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan UniversityКолледж естественных наук и химии, Технологический университет ХунаняCollege of Life Sciences and Chemistry, Hunan University of TechnologyКолледж химии и химической инженерии, Университет ХунаняCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan University202402082024914609609Copyright © Tang Y., Zhang S., Wang Q., Han J., Chao L., Nie L., Chen Y., Wang T., 20242024Tang Y., Zhang S., Wang Q., Han J., Chao L., Nie L., Chen Y., Wang T.Tang Y., Zhang S., Wang Q., Han J., Chao L., Nie L., Chen Y., Wang T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1622

Усовершенствованная хемометрическая модель, основанная на ратиометрическом гигантском комбинационном рассеянии (SERS), разработана для количественного определения глюкозы в образцах сыворотки крови. В отсутствие глюкозы это в основном сигнал SERS наночастиц серебра (НЧ Ag)–о-фенилендиамина (OPD). При добавлении глюкозы глюкозооксидаза расщепляет ее с образованием перекиси водорода (H2O2), которая окисляет OPD с образованием 2,3-диаминофеназина (DAP) в присутствии НЧ Ag. Сгенерированный DAP демонстрирует новый сильный сигнал SERS и изменяет соотношение пиков комбинационного рассеяния между DAP и OPD. Без использования внутреннего стандарта усовершенствованная хемометрическая модель уменьшает флуктуации интенсивности SERS и позволяет точно предсказать концентрацию глюкозы в образцах сыворотки крови с выходом в диапазоне 92.8—104.8 %. Точность количественных результатов, полученных с помощью предлагаемого метода, сопоставима с точностью эталонного метода измерения глюкометром. Предложенный сенсор показывает высокую чувствительность и селективность обнаружения глюкозы с пределом обнаружения LOD = 0.28 мкМ. Представленный сенсор SERS демонстрирует большие перспективы в определении метаболитов, связанных с H2O2, в реальных образцах сыворотки крови.

An advanced chemometric model based on ratiometric surface-enhanced Raman scattering (SERS) was developed for the quantification of glucose in serum samples. In the absence of glucose, it was mainly the SERS signal of silver nanoparticles (AgNPs)-o-phenylenediamine (OPD). When glucose was added, glucose oxidase catalyzed glucose to produce hydrogen peroxide (H2O2), which oxidized OPD to produce 2,3-diaminophenazine (DAP) in the presence of AgNPs. The generated DAP exhibited a new strong SERS signal and changed the Raman peak ratio between DAP and OPD. Without using any internal standard, the advanced chemometric model mitigated the fluctuations in SERS intensity and achieved accurate concentration predictions for glucose in serum samples with recoveries in the ranges of 92.8–104.8%. The accuracy of the quantitative results obtained using the proposed method is comparable with that of the reference method – glucometer. The proposed sensor showed high sensitivity and selectivity in detecting glucose with a limit of detection (LOD) of 0.28 μM. Additionally, the presented SERS sensor demonstrated great promise in determining H2O2-related metabolites in real serum samples.

глюкозаратиометрическое гигантское комбинационное рассеяниехемометрическая модельglucoseratiometric surface-enhanced Raman scatteringchemometric modelThe authors acknowledge the financial support of the Hunan Provincial Education Department Scientific Research Outstanding Youth Project (No. 22B0579), the National Natural Science Foundation of China (No. 22204049), the Natural Science Foundation of Hunan Province (Nos. 2020JJ5124 and 2022JJ40042) and the Natural Science Foundation of Changsha (No. kq2202143).ReferencesZ. Pan, J. Yang, W. Song, P. Luo, J. Zou, J. Peng, H. Bo, Z. Luo, New J. Chem., 45 , 3059–3066 (2021).Z. Pan, J. Yang, W. Song, P. Luo, J. Zou, J. Peng, H. Bo, Z. Luo, New J. Chem., 45 , 3059–3066 (2021).Y. Zheng, S. H. Ley, F. B. Hu, Nat. Rev. Endocrinol., 14 , 88–98 (2018).Y. Zheng, S. H. Ley, F. B. Hu, Nat. Rev. Endocrinol., 14 , 88–98 (2018).Y. Cui, L. Zhang, M. Zhang, X. Yang, L. Zhang, J. Kuang, G. Zhang, Q. Liu, H. Guo, Q. Meng, Sci. Rep., 7 , 1–9 (2017).Y. Cui, L. Zhang, M. Zhang, X. Yang, L. Zhang, J. Kuang, G. Zhang, Q. Liu, H. Guo, Q. Meng, Sci. Rep., 7 , 1–9 (2017).T. A. Gaziano, Circ.-Cardiovasc. Qual., 8 , 535–538 (2015).T. A. Gaziano, Circ.-Cardiovasc. Qual., 8 , 535–538 (2015).C. Wanner, S. E. Inzucchi, J. M. Lachin, D. Fitchett, M. von Eynatten, M. Mattheus, O. E. Johansen, H. J. Woerle, U. C. Broedl, B. Zinman, New Engl. J. Med., 375 , 323–334 (2016).C. Wanner, S. E. Inzucchi, J. M. Lachin, D. Fitchett, M. von Eynatten, M. Mattheus, O. E. Johansen, H. J. Woerle, U. C. Broedl, B. Zinman, New Engl. J. Med., 375 , 323–334 (2016).G. Pambianco, T. Costacou, D. Ellis, D. J. Becker, R. Klein, T. J. Orchard, Diabetes, 55 , 1463–1469 (2006).G. Pambianco, T. Costacou, D. Ellis, D. J. Becker, R. Klein, T. J. Orchard, Diabetes, 55 , 1463–1469 (2006).M. Lundgren, B. Jonsdottir, H. E. Larsson, Diabetologia., 62 , 53–57 (2019).M. Lundgren, B. Jonsdottir, H. E. Larsson, Diabetologia., 62 , 53–57 (2019).K. Kamishima, H. Ogawa, K. Jujo, J. Yamaguchi, N. Hagiwara, Diabetes Res. Clin. Pr., 149 , 69–77 (2019).K. Kamishima, H. Ogawa, K. Jujo, J. Yamaguchi, N. Hagiwara, Diabetes Res. Clin. Pr., 149 , 69–77 (2019).H. Wang, L. Hu, P. Zhou, L. Ouyang, B. Chen, Y. Li, Y. Chen, Y. Zhang, J. Zhou, J. Food Compos. Anal., 96 , 103730 (2019).H. Wang, L. Hu, P. Zhou, L. Ouyang, B. Chen, Y. Li, Y. Chen, Y. Zhang, J. Zhou, J. Food Compos. Anal., 96 , 103730 (2019).M. H. Hassan, C. Vyas, B. Grieve, P. Bartolo, Sensors., 21 , 4672 (2021).M. H. Hassan, C. Vyas, B. Grieve, P. Bartolo, Sensors., 21 , 4672 (2021).F. Luo, Y. Lin, L. Zheng, X. Lin, Y. Chi, ACS Appl. Mater. Inter., 7 , 11322–11329 (2015).F. Luo, Y. Lin, L. Zheng, X. Lin, Y. Chi, ACS Appl. Mater. Inter., 7 , 11322–11329 (2015).M. J. Cho, S. Y. Park, Sensor. Actuat. B-Chem., 282 , 719–729 (2019).M. J. Cho, S. Y. Park, Sensor. Actuat. B-Chem., 282 , 719–729 (2019).X. Liu, D. Huang, C. Lai, L. Qin, G. Zeng, P. Xu, B. Li, H. Yi, M. Zhang, Small, 15 , 1900133 (2019).X. Liu, D. Huang, C. Lai, L. Qin, G. Zeng, P. Xu, B. Li, H. Yi, M. Zhang, Small, 15 , 1900133 (2019).J. Ju, C. Hsieh, Y. Tian, J. Kang, R. Chia, H. Chang, Y. Bai, C. Xu, X. Wang, Q. Liu, ACS Sensors, 5 , 1777–1785 (2020).J. Ju, C. Hsieh, Y. Tian, J. Kang, R. Chia, H. Chang, Y. Bai, C. Xu, X. Wang, Q. Liu, ACS Sensors, 5 , 1777–1785 (2020).X. Sun, Anal. Chim. Acta, 1206 , 339226 (2022).X. Sun, Anal. Chim. Acta, 1206 , 339226 (2022).Y. Kang, X. Xue, W. Wang, Y. Fan, W. Li, T. Ma, F. Zhao, Z. Zhang, J. Phys. Chem. C, 124 , 21054–21062 (2020).Y. Kang, X. Xue, W. Wang, Y. Fan, W. Li, T. Ma, F. Zhao, Z. Zhang, J. Phys. Chem. C, 124 , 21054–21062 (2020).Y. Huang, Y. Luo, H. Liu, X. Lu, J. Zhao, Y. Lei, Eng. Sci., 14 , 59–68 (2020).Y. Huang, Y. Luo, H. Liu, X. Lu, J. Zhao, Y. Lei, Eng. Sci., 14 , 59–68 (2020).I. Al-Ogaidi, H. Gou, A. K. A. Al-kazaz, Z. P. Aguilar, A. K. Melconian, P. Zheng, N. Wu, Anal. Chim. Acta, 811 , 76–80 (2014).I. Al-Ogaidi, H. Gou, A. K. A. Al-kazaz, Z. P. Aguilar, A. K. Melconian, P. Zheng, N. Wu, Anal. Chim. Acta, 811 , 76–80 (2014).S. K. Deb, B. Davis, G. M. Knudsen, R. Gudihal, D. Ben-Amotz, V. J. Davisson, J. Am. Chem. Soc., 130 , 9624–9625 (2008).S. K. Deb, B. Davis, G. M. Knudsen, R. Gudihal, D. Ben-Amotz, V. J. Davisson, J. Am. Chem. Soc., 130 , 9624–9625 (2008).Z. Yu, Y. Park, L. Chen, B. Zhao, Y. M. Jung, Q. Cong, ACS Appl. Mater. Inter., 7 , 23472–23480 (2015).Z. Yu, Y. Park, L. Chen, B. Zhao, Y. M. Jung, Q. Cong, ACS Appl. Mater. Inter., 7 , 23472–23480 (2015).Y. Chen, Z.-P. Chen, S.-Y. Long, R.-Q. Yu, Anal. Chem., 86 , 12236–12242 (2014).Y. Chen, Z.-P. Chen, S.-Y. Long, R.-Q. Yu, Anal. Chem., 86 , 12236–12242 (2014).J.-W. Jin, Z.-P. Chen, L.-M. Li, R. Steponavicius, S. N. Thennadil, J. Yang, R.-Q. Yu, Anal. Chem., 84 , 320–326 (2012).J.-W. Jin, Z.-P. Chen, L.-M. Li, R. Steponavicius, S. N. Thennadil, J. Yang, R.-Q. Yu, Anal. Chem., 84 , 320–326 (2012).R. J. Yu, J. J. Sun, H. Song, J. Z. Tian, D. W. Li, Y. T. Long, Sensors, 17 , 530 (2017).R. J. Yu, J. J. Sun, H. Song, J. Z. Tian, D. W. Li, Y. T. Long, Sensors, 17 , 530 (2017).Z. Yu, Y. Park, L. Chen, B. Zhao, Y. M. Jung, Q. Cong, ACS Appl. Mater. Interfaces, 7 , 23472–23480 (2015).Z. Yu, Y. Park, L. Chen, B. Zhao, Y. M. Jung, Q. Cong, ACS Appl. Mater. Interfaces, 7 , 23472–23480 (2015).R. Boqué, J. Ferré, N. K. M. Faber, F. X. Rius, Anal. Chim. Acta, 451 , 313–321 (2002).R. Boqué, J. Ferré, N. K. M. Faber, F. X. Rius, Anal. Chim. Acta, 451 , 313–321 (2002).A. Lorber, Anal. Chem., 58 , 1167–1172 (1986).A. Lorber, Anal. Chem., 58 , 1167–1172 (1986).Y. K. Gao, C. M. Zhang, Y. X. Yang, N. Yang, S. C. Lu, T. T. You, P. G. Yin, J. Alloys Compd., 863 , 158758 (2021).Y. K. Gao, C. M. Zhang, Y. X. Yang, N. Yang, S. C. Lu, T. T. You, P. G. Yin, J. Alloys Compd., 863 , 158758 (2021).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.