综述：基于MXene的电化学生物传感器在早期癌症检测方面的最新进展

《Microchemical Journal》：Recent advancement in MXene-based electrochemical biosensor for early cancer detection

癌症早期检测面临传统方法成本高、灵敏度不足等问题，MXene基电化学传感器因其高导电性、大比表面积和可调表面化学特性，在CEA、CA-125、HER2和miRNA等生物标志物检测中展现出优异性能，并有望集成到可穿戴设备和智能手机平台实现POC诊断。

　　癌症作为全球最主要的健康威胁之一，其高发病率和死亡率持续引发广泛关注。根据世界卫生组织（WHO）的统计，2022年全球癌症新发病例达1900万例，死亡病例约为1000万例。癌症的种类繁多，包括乳腺癌、肺癌、前列腺癌、肝癌和结直肠癌等，每种癌症都有其独特的风险因素和遗传特征。然而，无论癌症类型如何，其早期诊断对于改善预后和提高生存率都至关重要。当前，传统的癌症诊断方法虽在临床中广泛应用，但往往存在高成本、操作复杂、涉及辐射暴露以及早期灵敏度不足等问题，限制了其在基层医疗和实时监测中的应用。

近年来，随着纳米技术的快速发展，MXene基电化学生物传感器逐渐成为癌症生物标志物检测的新希望。MXene是一种二维过渡金属碳化物和氮化物，因其出色的导电性、大的比表面积、良好的生物相容性和可调表面化学特性，被认为在生物传感领域具有广阔的应用前景。这些材料不仅能够提高检测的灵敏度和特异性，还能够实现对多种癌症生物标志物的识别，包括癌胚抗原（CEA）、CA-125、HER2以及微小RNA（miRNA）等。MXene的这些优势使其成为开发新一代癌症诊断工具的重要材料。

在癌症早期检测中，MXene基电化学生物传感器展现出独特的性能。其高导电性使得传感器能够在微弱信号下实现快速响应，而大的比表面积则有助于提高检测的灵敏度和选择性。此外，MXene的表面可以进行化学修饰，从而增强其对特定生物标志物的识别能力。例如，通过引入贵金属纳米颗粒（如金、铂、钯）或导电聚合物（如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)），MXene基传感器能够进一步提升其性能，使其能够适应不同类型的生物样本，如血液、组织和体液。这种灵活性使得MXene基传感器能够广泛应用于临床前的筛查和早期诊断。

在实际应用中，MXene基生物传感器不仅限于实验室环境，还逐渐向便携式、可穿戴和植入式平台发展。这些平台通常包括微流控系统、印刷电路板、软件界面、信号处理器、通信模块和电源等组件，能够实现对生物样本的实时监测和数据传输。例如，一些研究已经开发出能够集成到智能手机中的MXene传感器，使得患者可以在家中进行简单的检测，并通过无线方式将结果发送给医生。这种技术的突破不仅降低了检测成本，还提高了检测的便捷性和可及性，为癌症的早期筛查提供了新的解决方案。

尽管MXene基电化学生物传感器在癌症检测领域展现出巨大的潜力，但其在实际应用中仍面临一些挑战。首先，MXene材料的生物相容性和安全性尚未得到充分验证，尤其是在长期使用或植入式设备中的表现。目前，虽然MXene被认为具有良好的生物相容性，但关于其细胞毒性、生物降解性和免疫原性的研究仍较为有限，这可能影响其在临床中的广泛应用。其次，MXene的集成和功能化仍然存在技术难点，尤其是在开发紧凑、灵活且低功耗的传感系统时。此外，MXene传感器的稳定性和耐用性也需要进一步优化，以确保其在复杂生物环境中的长期性能。

为了克服这些挑战，研究人员正在探索多种策略。一方面，通过改进MXene的表面修饰和功能化，可以提高其在生物环境中的稳定性和选择性。例如，使用不同的化学修饰方法，如引入官能团或结合特定的生物分子，可以增强MXene对目标生物标志物的识别能力。另一方面，通过优化传感器的设计和制造工艺，可以提高其集成度和适用性。例如，开发更轻便、更灵活的传感器结构，使其能够适应不同的应用场景，包括可穿戴设备和移动健康平台。

此外，MXene基生物传感器的临床应用也受到多种因素的影响。除了技术上的挑战，还需要考虑实际应用场景中的伦理和法律问题。例如，如何确保患者隐私和数据安全，如何规范传感器的使用和管理，以及如何建立有效的医疗数据共享机制，都是需要解决的问题。同时，还需要加强对患者教育和公众认知的宣传，提高人们对癌症早期检测重要性的认识，从而促进这些新型检测技术的普及和应用。

在未来的癌症检测领域，MXene基电化学生物传感器有望成为一种重要的工具。通过不断优化材料性能和传感器设计，这些技术将能够实现更高的灵敏度和特异性，同时降低成本和提高操作便捷性。这不仅有助于癌症的早期诊断，还能够为患者提供更及时的治疗方案，从而显著改善预后和生存率。此外，随着人工智能和大数据技术的发展，MXene基传感器与其他技术的结合也将为癌症的个性化治疗和精准医疗提供新的可能性。

总之，MXene基电化学生物传感器在癌症生物标志物检测中的应用前景广阔。尽管目前仍面临一些技术和伦理上的挑战，但随着研究的深入和技术的进步，这些传感器有望在未来成为癌症诊断和监测的重要工具。通过进一步的创新和优化，MXene基传感器不仅能够提高癌症检测的效率和准确性，还能够为全球范围内的癌症防控提供更加可行的解决方案。