《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：From Molecule to Diagnosis: Aptamer-Driven Smart Materials Enabling Decentralized Cancer Detection
编辑推荐：
•将智能材料和适配体整合用于去中心化的癌症诊断。•比较了电化学、场效应晶体管、光学和等离子体传感策略。•评估了超越极限低检测限的转化准备情况。•识别了适配体传感器临床应用的关键障碍。•提供了通往临床可部署的癌症生物传感器的路线图。引言癌症仍然是全球主要的健康关切，2022年约
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将智能材料和适配体整合用于去中心化的癌症诊断。
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比较了电化学、场效应晶体管、光学和等离子体传感策略。
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评估了超越极限低检测限的转化准备情况。
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识别了适配体传感器临床应用的关键障碍。
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提供了通往临床可部署的癌症生物传感器的路线图。
引言
癌症仍然是全球主要的健康关切，2022年约有2000万例新发癌症病例和近1000万例与癌症相关的死亡[1]。疾病的进展在很大程度上受到诊断及时性和可用性的影响。及时的识别有助于实施更优的治疗方案，减少与进展期疾病相关的发病率，并缓解治疗方案的财务负担。然而，传统的癌症诊断方法主要依赖于集中式实验室设施、精密仪器、专业技术人员以及复杂的样品制备程序。尽管这些系统提供了可靠的分析性能，但它们可能会导致样品采集、传输至实验室、检验以及结果解释用于临床决策之间时间间隔的延迟。这些限制在初步筛查、评估治疗效果、监测复发以及实验室设施不足的环境中尤为显著。在此背景下，即时检测和去中心化诊断技术正逐渐作为传统实验室分析的补充方法变得重要[2]、[3]、[4]。此处，即时检测指的是在患者处或附近进行的检测，而去中心化诊断则描述了在集中实验室之外提供更广泛的诊断服务。单一的便携式传感基板或智能手机辅助读数并不能确定适用于这些场景；样品制备、操作人员要求和完整的分析工作流程也必须考虑在内。这些系统的主要目标不是完全取代传统临床方法，而是通过将样品处理、生物标志物识别、信号生成和数据分析整合为简化、快速和易于获取的平台，从而增强与患者的接近程度。这种方法在癌症诊断中展现出极大的潜力，特别是在微创样本中识别循环生物标志物、细胞外囊泡、循环肿瘤细胞和疾病相关蛋白方面。
适配体作为这些诊断系统中卓越的分子识别元件而著称。适配体是能够以卓越的选择性与特定靶标结合的单链DNA或RNA寡核苷酸，由于其化学稳定性、可重复合成、可修饰结构、可重新折叠以及与各种信号转导表面的兼容性，可以轻松地整合到便携式生物传感器平台中[5]、[6]。基于适配体的系统的诊断效能不仅取决于对靶标的结合亲和力，还取决于将这种生物识别事件转化为可测量且可靠的分析信号的能力。智能材料提供了满足这一需求的解决方案[7]、[8]。这些物质属于能够对pH、温度、湿度、电或磁场、光、化学试剂或生物影响等环境因素做出反应的材料类别。纳米材料、导电聚合物、刺激响应水凝胶、金属有机框架、碳材料以及杂化纳米复合材料提供了如增大的表面积、改善的电子转移、增强的光学或电化学信号、实现低检测阈值以及与各种分析格式的兼容性等优点[9]、[10]。当与适配体整合时，这些材料可以将靶标识别转化为可测量的分析信号。然而，临床适用性和去中心化使用的适用性需要验证整个测试工作流程。
本综述广泛分析了利用适配体平台结合智能材料进行癌症检测的最新进展。与其罗列具体的传感器实例，重点在于说明材料特性、适配体介导的生物识别和器件设计如何协同影响分析效能和治疗相关性。
本综述考察了与适配体整合的智能和功能性材料在癌症生物标志物检测中的作用及其对可在中央实验室之外使用的诊断平台的贡献。文献检索在2026年期间进行了，涵盖了各种数据库，主要是WOS、Elsevier和Scopus。尽管基本方法评估的文献引用范围从2012年至2026年，但评估主要基于2023年至2026年的出版物；因此，文中的"当前进展"一词指的是这一时期。文献检索的重点是旨在通过将基于适配体的分子识别与智能材料设计相结合，在患者床边和中央实验室之外检测癌症生物标志物的研究。研究范围集中在解释基于适配体的识别与材料特性、靶标捕获或增强、信号生成以及器件架构之间关系的癌症相关研究，同时使用了一些现有的综述来解释基本概念。本综述排除了仅关注治疗或药物递送且不提供与癌症相关的诊断功能或对样品制备方法贡献于此功能的研究。表格中的例子是选择性地用来比较性地说明不同的材料类别、蛋白质和核酸生物标志物、外泌体和循环肿瘤细胞、不同的信号转导机制以及纸质平台。在这些例子中，靶标、样品基质、适配体信息、材料组成、检测限和操作范围一起呈现；评估不仅关注低检测限，还关注材料的贡献、其在生物样品中的应用以及其与便携系统的整合。未直接适用于即时检测的先锋平台被包括以展示相关功能，如样品制备、受控细胞捕获和释放或集成分析。
各节摘要
适配体作为癌症诊断中的分子识别元件
适配体由能够以显著的亲和力和选择性结合到指定靶标分子上的单链DNA或RNA序列组成。这些分子能够采取由其核苷酸序列影响的独特三维结构，并可以通过氢键、静电作用、疏水相互作用和几何匹配等机制与靶标分析物相互作用。获取适配体的最常见方法是在体选择过程。
智能材料启用的信号转导策略
在基于适配体的癌症检测设备中，分析效能不仅受适配体对靶标分子的亲和力影响，还受将这种结合相互作用转化为可测量信号的效率影响。因此，信号传输方法在适配体传感器的设计中至关重要。智能材料在此背景下必不可少，因为它们可以增大表面积、增强适配体对靶标的可及性、促进电子或能量。
去中心化和即时适配体平台
如今，临床诊断正在从基于中央实验室的传统分析向使诊断更靠近患者的去中心化诊断方法发生重大转变。该策略的主要目标是通过减少对精密实验室设施、昂贵设备和培训人员的需求，从而增强诊断程序的速度、可用性和可行性。即时（POC）诊断系统脱颖而出。
向临床实施和性能要求面临的挑战
肿瘤学的全球负担需要将从集中式实验室检测向快速、可获取的即时检测的转变，以提高患者生存率。基于适配体的智能材料正在成为这一过程中的关键平台，提供高选择性和灵敏度以检测液体活检中的癌症生物标志物[101]。尽管具有飞莫级检测限的分析前景，但这些平台面临临床转化的重大障碍，包括核酸酶降解。
新兴方向和未来展望
预计去中心化癌症诊断将从基于单一分析物测量的方法转变为能够产生具有临床意义的分子图谱的集成平台，这是由于基于适配体的智能材料的进步。单一生物标志物的诊断价值可能受到肿瘤亚型、疾病分期和个人生理差异的影响，这也是为什么多传感系统在这一转变中特别重要的原因。
结论
基于适配体的智能材料近年来已成为为癌症生物标志物去中心化诊断开发的生物传感器技术中增长最快的研究领域之一。正如本综述所示，智能材料在生物传感器中的作用已经从简单地作为被动信号发生组件演变为一个涵盖分子识别事件管理、靶标富集、信号放大、增强的整体方法。
CRediT作者贡献声明
?nci Uluda? An?l：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，软件，资源，调查，概念构思。Canan ?zyurt：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，软件，资源，调查，概念构思。Mustafa Kemal Sezgintürk：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，监督，软件，资源，正式分析，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的经济利益竞争或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
?nci Uluda? An?l|Canan ?zyurt|Mustafa Kemal Sezgintürk
