Stimuli-bioresponsive hydrogels as new generation materials for implantable, wearable, and disposable biosensors for medical diagnostics: Principles, opportunities, and challenges

自愈水凝胶 生物传感器 纳米技术 可穿戴计算机 材料科学 生物相容性 适体 生物医学工程 计算机科学 工程类 嵌入式系统 遗传学 生物 高分子化学 冶金
作者
Ahmed Barhoum,Omer Sadak,Ivon Acosta Ramirez,Nicole M. Iverson
出处
期刊:Advances in Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:317: 102920-102920 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.cis.2023.102920
摘要

Hydrogels are excellent water-swollen polymeric materials for use in wearable, implantable, and disposable biosensors. Hydrogels have unique properties such as low cost, ease of preparation, transparency, rapid response to external conditions, biocompatibility and self-adhesion to the skin, flexibility, and strain sensitivity, making them ideal for use in biosensor platforms. This review provides a detailed overview of advanced applications of stimuli-responsive hydrogels in biosensor platforms, from hydrogel synthesis and functionalization for bioreceptor immobilization to several important diagnostic applications. Emphasis is placed on recent advances in the fabrication of ultrasensitive fluorescent and electrically conductive hydrogels and their applications in wearable, implantable, and disposable biosensors for quantitative measurements. Design, modification, and assembly techniques of fluorescent, ionically conductive, and electrically conductive hydrogels to improve performance will be addressed. The advantages and performance improvements of immobilizing bioreceptors (e.g., antibodies, enzymes, and aptamers), and incorporating fluorescent and electrically conductive nanomaterials are described, as are their limitations. Potential applications of hydrogels in implantable, wearable, disposable portable biosensors for quantitative detection of the various bioanalytes (ions, molecules, drugs, proteins, and biomarkers) are discussed. Finally, the global market for hydrogel-based biosensors and future challenges and prospects are discussed in detail.
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