铁基β-环糊精超分子网络纳米颗粒：一种用于肝癌诊断的新型潜在生物标志物装置

研究人员针对肝癌早期诊断需求，开发了一种基于铁(III)-β-环糊精纳米颗粒超分子网络(Fe(III)-βCD-NP)的新型生物传感器。该装置通过比色法、试纸条和电子传感器三种方式检测α-胎儿蛋白(AFP)，检测限低至0.076 ng/mL，具有高选择性、低成本和无细胞毒性等优势，为POCT（即时检测）设备研发提供了创新思路。

　　

论文解读

背景与挑战
肝癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，早期诊断对提高生存率至关重要。α-胎儿蛋白(AFP)是临床诊断肝癌的关键生物标志物，健康成人血清浓度应<11.0 ng/mL，而>350 ng/mL则确诊肝癌。然而，现有AFP检测方法常面临设备复杂、成本高昂或灵敏度不足等问题。与此同时，即时检测(POCT)技术因其操作简便、无需专业培训的特点，成为医疗诊断领域的研究热点。

β-环糊精(β-CD)因其独特的空腔结构和多重羟基修饰位点，成为构建金属超分子网络的理想配体。尽管金属游离的β-CD包合物研究广泛，但铁基β-CD配合物的开发仍属空白。如何利用这种材料构建高灵敏度、低成本的AFP检测系统，成为研究者亟待解决的难题。

研究设计与方法
由科学和技术发展基金(STDF)支持的研究团队，通过室温下β-CD与三氯化铁的简单反应，首次合成了铁(III)-β-环糊精纳米颗粒超分子网络(Fe(III)-βCD-NP)。采用SEM、EDX、FT-IR等技术表征材料形貌与成分，通过MTT实验评估细胞毒性，并开发了三种AFP检测策略：(1)基于颜色变化（淡黄→棕）的比色法；(2)裸眼定性检测试纸条；(3)集成电子读数的定量生物传感器原型机。

关键结果

1. 材料表征
   SEM显示Fe(III)-βCD-NP为1-3 nm的半球形纳米颗粒，EDX证实含Fe、C、O元素且无杂质。FT-IR证实β-CD羟基与Fe³⁺的配位作用，TGA显示材料在300°C以下稳定。

2. 生物相容性
   MTT实验表明，Fe(III)-βCD-NP对HepG2（肝癌）、A549（肺癌）、MCF7（乳腺癌）和PC3（前列腺癌）细胞系均无显著细胞毒性。

3. AFP检测性能

• 比色法：线性范围1.0-700.0 ng/mL，检测限(LOD)0.076 ng/mL，定量限(LOQ)0.23 ng/mL
• 试纸条：通过颜色梯度实现AFP半定量检测
• 电子传感器：集成试纸条涂层，实现用户友好的定量读数

讨论与意义
该研究首次将铁(III)-βCD-NP应用于生物传感领域，其优势体现在三方面：

1. 诊断革新：将实验室级AFP检测简化为POCT设备，尤其适合资源有限地区；
2. 材料创新：开辟了铁基β-CD超分子网络在生物医学应用的新方向；
3. 技术转化：通过比色-试纸条-电子传感器的梯度开发，展示了从概念到产品的完整路径。

作者Sheta M. Sheta等人在《Biosensors and Bioelectronics》发表的这项工作，不仅为肝癌早期诊断提供了新工具，更为超分子材料在POCT领域的应用树立了范例。未来可通过扩大临床样本验证，进一步推动该技术的产业化进程。