《Coordination Chemistry Reviews》：Engineered metal-organic frameworks for advanced lateral flow immunoassays: structural design, functional hybridization, and biosensing applications
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MOFs通过高比表面积、孔隙结构和可调化学性质提升侧流免疫层析法（LFIA）的灵敏度和稳定性，克服传统金纳米颗粒或碳基材料的光稳定性差、信号弱等缺陷，在环境污染物、生物标志物、细菌及药物检测中展现应用潜力。
蔡慧王|庄伟华|谭慧玲|白伟毅|铁鑫|余星志|滕玲|张红茵|李青|张家辉|李淑芬|姚永超|伊姆兰·沙基尔|苗小蕾|孙旭平|胡文创
中国四川省成都市四川大学华西医院疾病相关分子网络前沿科学中心精准医学转化研究中心实验室医学系
摘要
随着对快速、现场分析需求的不断增长，人们对即时检测（POCT）纳米传感器的兴趣日益浓厚，尤其是基于侧向流动免疫层析法（LFIA）的传感器，因为它们具有简单性、便携性和用户友好的操作性。然而，传统的免疫层析试纸仍存在灵敏度、特异性和稳定性不足的问题，限制了其更广泛的应用。近年来，金属有机框架（MOFs）因其独特的结构和性质而受到越来越多的关注。MOFs具有高比表面积、丰富的孔结构以及可调的化学性质，为提高免疫层析试纸在分析和诊断应用中的性能提供了有希望的策略。在这篇综述中，我们总结了MOFs在免疫层析中的应用研究，特别关注了它们与免疫层析试纸结合用于检测环境污染物、生物标志物、食品污染物、细菌和药物的情况。我们讨论了基于MOF的系统的性质、合成策略和优势，分析了当前的应用情况，并提出了MOF材料实际开发的未来方向。
引言
全球对快速分析技术的需求不断增长，推动了临床诊断[1]、环境监测[2]和食品安全管理[3]方面的创新。传统的分析平台，如气相/液相色谱-质谱[4]、[5]、酶联免疫吸附测定（ELISA）[6]和基于化学发光的方法[7]，虽然精度高，但其应用受到复杂仪器、劳动密集型程序和对操作人员技能要求的限制，不适合现场快速检测。因此，POCT技术应运而生，能够在患者床边或远程地点实现快速（<30分钟）且无需用户干预的分析[8]，从而提高了早期疾病诊断、治疗监测和预后评估的效率[9]、[11]。
在POCT平台中，侧向流动免疫层析法（LFIA）由于其低成本、操作简单性和可视化解读能力而被广泛采用[12]、[13]。LFIA依靠免疫化学特异性和层析流动在指定测试区域捕获分析物并生成可读信号[14]。胶体金[15]作为第一代LFIA产品的传统标记物，通过表面等离子体共振（SPR）产生显著的颜色变化，具有简单性和低成本优势，但其灵敏度相对较低，不适合检测低丰度分析物[16]、[17]。与此同时，碳纳米颗粒和碳纳米管虽然缺乏等离子体共振效应，但由于其黑色可以与白色硝酸纤维素背景形成强烈对比，从而提高了灵敏度[18]、[19]。然而，它们在复杂基质中仍面临光稳定性和抗干扰性的挑战[20]、[21]。为了提高检测灵敏度，荧光微球[22]、[23]凭借其强烈的荧光特性在低浓度检测中表现出优势，这已在第二代LFIA产品中得到广泛应用。不幸的是，荧光微球在复杂基质中的稳定性有限，且样品的自荧光会对其应用造成干扰[24]、[25]。为此，开发了时间分辨微球，它们可以避免样品的自荧光，并由于其长的荧光寿命和强的光稳定性而表现出良好的灵敏度，但其应用依赖于检测设备。为了进一步提高低丰度样品的检测精度，近年来广泛使用了磁性纳米颗粒，因为它们可以通过磁性质富集样品中的生物标志物，并提供光学或电化学信号，显著提高了灵敏度，但聚集和非特异性吸附问题仍需解决[26]、[27]、[28]。
相比之下，金属有机框架（MOFs）作为LFIA中的标记材料展现出巨大潜力[29]、[30]。它们极高的比表面积和高度有序的多孔结构提供了显著的信号放大效果，同时有效减少了纳米颗粒的聚集[31]。这些优异的物理性质使MOFs成为解决传统标记材料局限性的理想选择，特别是在灵敏度、稳定性和抗干扰性能方面[32]。MOFs的功能与其结构特性和合成方法密切相关，为基于MOF的材料的开发及其在LFIA检测中的应用提供了宝贵的指导。此外，MOFs的表面功能化提高了它们的生物相容性和稳定性，确保了其在复杂生物基质中的可靠应用[33]。
MOFs在LFIA中的潜力不仅体现在其物理结构上，还体现在其多功能性上[34]。首先，基于MOF的纳米酶可以模拟天然酶的活性，加速反应速率并增强信号放大，从而显著提高LFIA的灵敏度和特异性。其次，一些MOFs具有固有的荧光或发光特性，适合作为光学探针，或者通过结合量子点（QDs）和荧光染料进一步放大信号输出，提高检测灵敏度。最重要的是，MOFs的高比表面积和多孔结构优化了目标捕获效率，提高了信号传输的准确性和灵敏度。这些特点为MOFs在LFIA中的应用奠定了坚实的基础。
最近关于MOF-LFIA技术的研究展示了其在疾病监测、细菌检测和食品安全方面的潜力，证明了其在快速、低成本和高灵敏度检测中的强大能力[35]、[36]。通过解决传统标记物的系统性问题，如“单色信号、稳定性差和负载效率低”，MOFs推动了精准诊断技术的创新[37]、[38]、[39]。特别是“纳米酶+载体”或“光学探针+载体”等多功能组合的协同效应，不仅提高了LFIA的灵敏度和稳定性，还推动了技术向更高效率和稳定性的发展。这些优势使MOFs成为未来研究和实际应用的关键材料。
如图1所示，我们探讨了MOF材料的结构-性质关系，详细介绍了它们在LFIA中的信号转导机制及其实际优势[40]。通过研究基于MOF的材料在信号放大和生物标志物检测中的多种功能，本文旨在为MOFs在生物分析和精准诊断中的未来应用提供理论见解，同时也考虑了它们在POCT应用中的潜在发展[41]、[42]。
MOFs的结构分类和合成方法
MOFs的结构多样性和性质主要由其分子构建块和合成途径决定。本节系统地概述了基于配体化学和基本合成方法的主要结构分类。
MOFs的固有性质
MOFs是通过金属阳离子和多齿有机配体之间的配位反应合成的结晶多孔材料[29]、[72]。如图2所示，通过选择合适的金属簇和有机连接剂，可以定制其多样的形态和可调的架构，从而获得具有高比表面积和可调孔隙率的材料。此外，MOFs表现出良好的生物相容性，为生物分子的固定和封装提供了有效的平台。基于MOF的复合材料的信号转导机制和合成策略
在MOF复合材料的研究中，信号转导机制和合成策略起着关键作用。MOF材料凭借其高度有序的多孔结构、可调的孔隙率和优异的表面性质，在信号放大、催化反应和多模式检测方面展现出独特优势。通过合理的合成策略，MOFs不仅作为金属纳米颗粒和纳米酶等功能组分的载体，还增强了这些组分的性能。将抗体固定在MOF上的策略
精确的抗体-抗原识别机制是免疫测定的特异性和灵敏度的基础。在设计抗体-MOF结合物时，保持抗体的结构完整性和生物活性对于确保分析结果的可靠性和可重复性至关重要。MOFs具有分层多孔结构、超高的比表面积和可调的表面化学性质，为抗体固定提供了理想的基质。已经开发了多种策略MOF材料在侧向流动免疫层析中的应用
LFIA由于其简单性、快速读数和低成本，已成为即时检测的基石，在大规模病原体筛查（如SARS-CoV-2大流行期间）中发挥了关键作用。传统的LFIA系统（包括基于AuNP的比色测定）受到经典纳米材料固有光学性质的限制，这限制了其对微量分析物的检测灵敏度。将MOFs集成到LFIA中提供了一种变革性的解决方案。MOFs的高表面积
总结与展望
本综述概述了MOFs在LFIA中的应用，强调了MOFs作为高度可调纳米材料在提高灵敏度、特异性和稳健性方面的巨大潜力。然而，尽管取得了显著进展，MOFs在LFIA中的实际应用仍面临若干挑战，特别是在水溶性、尺寸控制、孔隙调节、抗体固定和复合材料稳定性方面。未来的研究应重点关注以下关键问题
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。致谢
本工作得到了国家科技重大项目（2025ZD0551200）和中央高校基本科研业务费（ZYGX2022YGRH002）的支持。作者感谢沙特阿拉伯麦地那伊斯兰大学科研处的资助。
