综述：MXene荧光传感系统在生物分子检测中的最新进展

（编辑推荐）本综述系统阐述了MXene（二维过渡金属碳/氮化物）在荧光生物传感中的前沿应用，重点解析其作为FRET（荧光共振能量转移）猝灭剂和MQDs（MXene量子点）荧光源的协同机制，涵盖酚类化合物、癌症标志物、神经递质等靶标检测，为开发超灵敏（<1分钟响应）生物传感器提供创新思路。

　　

MXene荧光传感系统：生物分子检测的革命性突破

Abstract

MXene基二维材料凭借卓越的物理化学性质和信号转导能力，已成为荧光生物传感器的核心组件。这类材料在超灵敏生物分子检测中表现突出，响应时间常低于1分钟。MXene衍生的纳米片和量子点（MQDs）具有大比表面积、优异亲水性、可调表面化学和固有生物相容性，使其成为理想的荧光信号转导平台。本文全面梳理了2018-2025年MXene荧光生物传感器的进展，特别关注绿色合成策略、探针功能化设计及其在生物医学诊断中的应用。

Introduction

MXenes是一类具有M_n+1X_nT_x通式的二维材料（M=Ti/V/Mo等过渡金属，X=C/N，T_x=–OH/–O/–F表面终止基）。通过选择性蚀刻MAX相中的A层获得，其独特的层状结构兼具石墨烯的高比表面积和金属级导电性。MXenes的突出特性包括：

• •

  本征亲水性（–OH终止基）

• •

  超高电导率（M–C/N键网络）

• •

  抗光漂白稳定性

• •

  量子限域效应（MQDs发光效率达20%）

在传感领域，MXenes通过双重机制发挥作用：纳米片作为FRET猝灭剂，而MQDs则成为本征荧光发射体。例如，氮磷掺杂的Ti₃C₂ MQDs可实现Cu²⁺的特异性检测，3D多孔AuNPs/MXene杂化传感器对Hg²⁺的检测限达飞摩尔级。

Evolution of MXene fabrication and applications

传统HF蚀刻法虽高效但存在安全隐患，新兴绿色合成策略如：

• •

  电化学蚀刻（避免强酸）

• •

  熔盐法（可控表面终止基）

• •

  机械剥离（保持结构完整性）

这些方法显著提升了MXenes在生物相容性敏感应用中的适用性。

Fluorescence-based sensor

MXene荧光传感器的核心优势体现在：

1. 1.

   信号放大：单层Ti₃C₂T_x纳米片的猝灭效率超95%

2. 2.

   多模式检测：如AuNPs/MXene体系同时支持电化学"开启"和荧光"关闭"信号

3. 3.

   快速响应：多巴胺检测可在30秒内完成

典型应用案例包括：

• •

  癌症标志物（PSA/CEA）的pg/mL级检测

• •

  神经退行性疾病相关β-淀粉样蛋白动态监测

• •

  环境污染物（酚类/重金属）原位筛查

Conclusion and future prospects

MXene荧光传感器的未来发展将聚焦：

• •

  智能响应型MQDs（pH/温度敏感型探针）

• •

  微流控芯片集成（实现POCT诊断）

• •

  人工智能辅助的多靶标同步分析

通过跨学科协同创新，MXene基传感技术有望突破现有生物分子检测的灵敏度与通量瓶颈。