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本综述聚焦金属有机框架（MOF）基电化学适体传感器在癌症生物标志物检测中的前沿进展，剖析单金属、双金属及煅烧 MOF 的性能优劣，探讨灵敏度与选择性优化策略，展望该技术在早期癌症诊断中的应用前景，为相关领域研究提供重要参考。
引言
癌症是全球主要致死疾病之一，2020 年全球约 1000 万人死于癌症，早期检测手段不足是死亡率高的重要原因。传统临床诊断技术如 X 射线、超声、磁共振成像等依赖组织器官形态学成像，在分子 / 细胞水平检测灵敏度和特异性不足，且设备复杂、成本高。基于生物标志物的诊断技术有望实现无创、实时、高特异性的癌症检测，其中电化学适体传感器因分析性能优异、操作简便、可小型化备受关注。
适体（aptamer）作为识别元件，具有高亲和力、易修饰、稳定性强等优势，其与金属有机框架（MOF）结合的电化学适体传感器成为研究热点。MOF 是由金属离子 / 簇与有机配体通过配位键自组装形成的多孔材料，具有高比表面积、可调孔隙结构和功能基团，适用于固定适体并增强信号放大。但原始 MOF 存在导电性低、结构稳定性差等问题，需通过与导电材料复合、构建双金属 MOF 或煅烧处理等策略优化性能。
基于单金属 MOF 的电化学适体传感器
单金属 MOF 因金属中心特性在生物传感中展现独特优势。以铁基 MOF（Fe-MOF）为例，其晶体结构中丰富的 Fe 中心具有氧化还原活性，可作为血红素的支撑基质，制备具有高催化活性的仿生催化剂。例如，有研究将血红素封装于纳米级 Fe-MOF（MIL 系列）中，构建三明治型电化学适体传感器用于结核病检测，利用 Fe-MOF 的高负载能力和电化学响应特性提升检测灵敏度。
然而，单一金属中心的 MOF 在稳定性、催化活性等方面存在局限。例如，部分单金属 MOF 在生理环境中易发生结构降解，且电子传递效率有限，影响传感器性能。因此，研究重点逐步转向复合结构设计，如与石墨烯、金属氧化物纳米颗粒等导电材料结合，以改善导电性和机械强度，同时保留 MOF 的高比表面积和多孔特性。
基于双金属 MOF 的电化学适体传感器
双金属 MOF 通过引入两种不同金属离子，实现金属中心间的协同效应，提升 MOF 的结构稳定性和催化活性。相较于单金属 MOF，双金属体系可调节电子结构，增强对目标分析物的特异性识别和信号放大能力。例如，通过混合两种金属离子与单一有机配体结合，或利用含金属配位基团的有机配体与单金属离子作用，构建具有独特电化学性能的双金属 MOF。
双金属 MOF 在癌症生物标志物检测中表现出更高的灵敏度和选择性。其双金属中心不仅增强框架稳定性，还可通过协同催化反应提高电子转移效率，从而降低检测限（LOD）。例如，在检测癌胚抗原（CEA）等标志物时，双金属 MOF 基传感器的 LOD 可达皮摩尔（pM）级别，显著优于传统单金属体系。
基于煅烧 MOF 衍生物的电化学适体传感器
煅烧处理是改善 MOF 导电性的有效策略。MOF 在可控热条件下煅烧可转化为多孔碳结构或金属 / 金属氧化物纳米复合材料，保留原始 MOF 的高比表面积和形貌，同时大幅提升导电性和化学稳定性。例如，煅烧后的 MOF 衍生物可形成金属 - 碳复合材料，兼具导电网络和催化活性位点，适用于高效电子传递和信号放大。
此类传感器在检测低浓度癌症生物标志物时优势显著。例如，针对早期癌症中标志物浓度常低于传统方法检测限的问题，煅烧 MOF 衍生物基传感器通过增强电子转移和信号放大，可实现飞摩尔（fM）级别的检测灵敏度。此外，煅烧处理还可调控材料孔径和表面化学性质，优化适体固定效率和目标分子结合动力学。
传感器稳定性提升策略与实际应用挑战
为提升传感器在生理环境中的稳定性，研究人员采用 MOF 表面功能化策略，如引入聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等聚合物，增强生物相容性并防止框架降解。例如，经 PEG 修饰的 MOF 可减少非特异性蛋白吸附，维持适体构象稳定，提升传感器在血清等复杂样本中的检测可靠性。
在复杂生物流体（如血清、血浆）中，传感器面临非特异性吸附、离子干扰等挑战。解决方案包括优化 MOF 表面电荷特性、设计抗干扰适体序列，以及结合微流控技术实现样本预处理。例如，通过在 MOF 表面接枝带负电荷的官能团，可减少带负电蛋白质的非特异性结合，提高检测选择性。
性能对比与未来展望
与石墨烯、碳点、MXenes 等纳米材料基适体传感器相比，MOF 基传感器因高比表面积和可调功能位点，在灵敏度（LOD 低至亚皮摩尔级）和动态范围上表现突出。例如，基于锆基 MOF（UIO-66）的传感器检测肿瘤标志物时，LOD 可达 0.1 pM，且响应时间短于 10 分钟。
未来研究方向包括：开发多模态 MOF 基传感器，结合光学与电化学信号实现多重检测；设计可降解 MOF，降低生物毒性以适用于体内实时监测；利用人工智能算法优化 MOF 结构设计，加速高性能传感器开发。随着材料科学与生物医学的交叉融合，MOF 基电化学适体传感器有望在早期癌症诊断和个性化医疗中发挥关键作用，为实现癌症的精准诊疗提供新工具。
