《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：A review of nucleic acid aptamer-functionalized metal-organic frameworks for cancer biomarker detection
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癌症的及时检测是提高治愈率和改善患者预后的关键步骤，而生物标志物的灵敏检测是这一方向的重要里程碑。金属有机框架（MOFs）因其高比表面积、可调孔径和优异功能化能力在生物传感应用中具有独特优势。通过将高亲和力核酸适配体与MOFs结合，所得传感器可具备更高的灵敏度
癌症的及时检测是提高治愈率和改善患者预后的关键步骤，而生物标志物的灵敏检测是这一方向的重要里程碑。金属有机框架（MOFs）因其高比表面积、可调孔径和优异功能化能力在生物传感应用中具有独特优势。通过将高亲和力核酸适配体与MOFs结合，所得传感器可具备更高的灵敏度和检测性能。本文综述了近五年来适配体-MOF复合系统在检测癌症生物标志物方面的研究进展，重点阐述了固定化策略、信号转导机制以及电化学、光学、光电化学、电化学发光等新兴传感平台的开发，及其在ATP、CEA、CA15-3和ctDNA等生物标志物检测中的应用。最后，探讨了适配体-MOF生物传感器的性能、局限性和前景，包括其灵敏度、选择性、重现性和可转化性。
癌症是一类以异常细胞不受控增殖为特征的疾病，早期发现对其诊断和治疗至关重要。传统检测方法如酶联免疫吸附测定（ELISA）、免疫层析法和质谱分析虽广泛应用，但存在样本基质干扰、耗时长、成本高等局限。因此，开发高灵敏、高特异性、快速响应的新型检测技术成为迫切需求。金属有机框架（MOFs）作为多孔材料，具备可调孔隙结构、高比表面积和表面功能化能力，在生物传感中展现出巨大潜力。核酸适配体具有高亲和力与特异性，两者结合形成的适配体-MOF复合系统为癌症生物标志物检测提供了新思路。本文发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》，系统综述了近五年该领域的研究进展，旨在总结技术方法、应用成果及未来挑战。
研究主要基于文献调研与比较分析，对适配体-MOF复合系统的构建策略、传感机制及应用案例进行系统性归纳。关键技术方法包括：（1）适配体在MOF表面的固定化策略，如共价偶联、静电吸附、π-π堆积等；（2）信号转导机制设计，涵盖电化学、光学、光电化学（PEC）、电化学发光（ECL）及表面增强拉曼散射（SERS）等多模式传感；（3）针对ATP、CEA、CA15-3、ctDNA等代表性癌症生物标志物的检测平台构建与性能评估；（4）通过比较不同传感平台的分析性能，总结其检测限、线性范围、优势与局限。
研究结果
1. 适配体在MOF上的固定化策略
适配体固定化是构建MOF基传感平台的关键步骤，直接影响探针负载量、界面性质和传感性能。主要策略包括共价偶联、静电相互作用、π-π堆积及DNA四面体功能化等。例如，通过磷酸基团与MOF表面官能团共价连接可形成稳定的DNA功能化MOF；DNA四面体修饰的MOF纳米棒可降低空间位阻，提升靶标结合效率。这些策略旨在保持适配体构象稳定性，增强其在复杂生物环境中的抗干扰能力。
2. 适配体-MOF生物传感器在代表性癌症生物标志物检测中的应用
本节概述了针对ATP、CEA、CA15-3和ctDNA四种关键癌症相关标志物的适配体-MOF传感策略。对于小分子代谢物ATP，MOF作为高负载载体与信号放大器，结合电化学或光学读出实现超灵敏检测；对于蛋白标志物CEA和CA15-3，MOF提供高表面积用于适配体固定，并通过催化活性或荧光猝灭效应放大信号；对于循环肿瘤DNA（ctDNA），MOF-适配体复合物可实现特异性捕获与电化学或荧光信号转换。这些应用表明，MOF能有效富集靶标、促进界面电荷转移，并提升检测灵敏度与选择性。
3. 其他适配体-MOF传感策略用于癌症生物标志物分析
除上述代表性标志物外，新型传感策略正通过集成多样化转导机制扩展该领域。例如，光电化学（PEC）与电化学发光（ECL）系统通过光-电耦合实现信号放大与低背景检测；表面增强拉曼散射（SERS）与场效应晶体管（FET）平台可提供多重信号输出，提升检测可靠性。这些多模式传感平台致力于解决复杂样本中干扰问题，推动技术向临床实用化发展。
4. 癌症生物标志物检测中适配体-MOF传感平台的比较分析
通过对比电化学、PEC/ECL、SERS/FET及双模式等不同传感平台在ATP、CA15-3、CEA、ctDNA检测中的性能，研究总结了各平台的检测限、线性范围、优势与主要挑战。总体而言，适配体-MOF系统在灵敏度与选择性方面表现突出，但其在实际样本中的稳定性、重现性及标准化仍是亟待解决的问题。平台选择需综合考虑检测对象、样本复杂度及实际应用场景。
5. 挑战与未来展望
尽管适配体-MOF传感系统在癌症生物标志物检测中展现出高灵敏度与多模式潜力，但其在复杂生物样本与临床诊断中的广泛应用仍面临系列挑战：（1）适配体识别层在生理环境中的稳定性受核酸酶降解、构象漂移及非特异性相互作用影响；（2）MOF的生物相容性与毒性高度依赖于金属节点、有机配体及表面性质，需通过合理设计降低生物毒性；（3）传感系统的重现性与标准化不足，制约其临床转化。未来研究应致力于提升适配体稳定性、优化MOF表面功能化、开发多重检测平台，并推动系统标准化与临床验证。
结论
适配体-MOF生物传感器已成为检测癌症生物标志物的有前景平台，其结合了适配体的高特异性与可编程性以及MOF的结构与功能优势。适配体提供选择性分子识别，MOF提供大比表面积、可调孔隙结构与多样化表面化学，二者协同促进了探针固定、信号放大与界面调控。通过整合电化学、光学、光电化学与电化学发光等多种转导机制，该系统已实现对ATP、CEA、CA15-3、ctDNA等关键生物标志物的超灵敏检测。然而，适配体稳定性、MOF生物安全性及系统标准化仍是实现临床转化的主要瓶颈。未来工作需聚焦于材料设计、界面工程与多重检测策略，以推动该技术向实时、高通量、床边检测方向发展。
