作为生物体的核心能源物质，葡萄糖在细胞代谢中发挥着至关重要的作用（Dal Canto et al., 2019）。葡萄糖不仅是糖酵解和三羧酸循环的关键底物，还是生物大分子合成的碳源前体（Liberti and Locasale, 2016），是维持细胞活动的基础。与正常细胞相比，癌细胞表现出被称为Warburg效应的代谢异常，其特征是癌细胞即使在氧气充足的条件下也倾向于通过糖酵解途径获取能量，而非依赖氧化磷酸化（Maxwell et al., 1997; Pavlova and Thompson, 2016）。葡萄糖代谢水平与细胞周期、信号转导和氧化还原稳态密切相关，直接影响并反映癌细胞的状态。因此，监测葡萄糖消耗可以直接量化Warburg效应并评估肿瘤代谢活性。另一方面，高水平的糖酵解为癌细胞的快速增殖提供了能量和生物合成前体，而代谢中间产物也促进肿瘤的侵袭和转移。癌细胞的葡萄糖代谢水平可作为其增殖和侵袭潜力的间接指标（Chai et al., 2025; Ma et al., 2020）。因此，有必要开发一种简单且高灵敏度的策略来实时监测癌细胞的葡萄糖代谢，该策略还可用于评估治疗干预的效果。
葡萄糖的细胞摄取是代谢的初始步骤，可反映葡萄糖代谢水平（Petrosino and Grumati, 2026; Tsuchiya et al., 2024）。不同细胞系以及处于不同生理状态的细胞表现出不同程度的葡萄糖摄取，在避免其他生物分子干扰的同时监测葡萄糖消耗至关重要（Sto?er et al., 2021; Zhang et al., 2021）。尽管传统的非酶葡萄糖传感器具有成本低和稳定性好的优势，但在复杂的生物系统中面临严重的干扰问题，抗坏血酸、乳酸和尿素等小分子可产生非特异性电化学信号，而常规非酶传感器难以消除这些干扰。MIP是能够模拟天然抗体识别特性的合成受体（Chen et al., 2016）。其核心原理是利用目标分子作为模板，在功能单体和交联剂的聚合过程中形成空间匹配的识别空腔（Chai et al., 2023）。去除模板后，聚合物保留与模板分子在尺寸、形状和功能基团上精确互补的三维结构。MIP层作为物理屏障，将传感器与检测环境隔离。近年来，分子印迹技术作为一种制备具有"人工抗体"特性的聚合物的策略而兴起，已应用于各种传感器的制备，用于癌症生物标志物检测（Bao-Xuan Xie et al., 2025; Kubo et al., 2022）、生物分子分析和污染物监测（Bitas and Samanidou, 2018; Ostovan et al., 2022; Shen et al., 2026; Ahmed et al., 2023）。然而，大多数报道的传感器专为血液或食品分析而设计，缺乏在复杂细胞培养液中实时监测所需的选择性和稳定性。
具有良好导电性和大比表面积的碳纳米框架，由静电纺丝纳米纤维碳化获得，不仅促进电子转移，还为金属纳米颗粒提供锚定位点，从而减少纳米颗粒团聚并暴露更多活性位点（Song et al., 2021）。过渡金属氧化物因其独特的晶体结构和优异的电催化性能，在电催化领域引起了广泛关注。与贵金属（如Pt和Au）相比，过渡金属氧化物更具成本效益（Alhazmi et al., 2023）。此外，NiO和MnO的协同效应可显著增强对葡萄糖氧化的电催化活性，这可调节电子结构并降低反应能垒（Li et al., 2023）。以吡咯和3-氨基苯硼酸为聚合单体，制备了分子印迹葡萄糖传感器，硼酸可与含有邻二醇基团的葡萄糖分子稳定结合和捕获（Li et al., 2024; Luo et al., 2012）。通过将分子印迹技术与非酶葡萄糖传感器集成，原位沉积的分析物匹配MIP层可实现与酶类传感器相当的特定检测（Ahmed et al., 2022; Ahmed et al., 2025; Imran et al., 2023）。
本文通过在碳纳米框架上负载过渡金属氧化物构建了葡萄糖传感器。随后，以葡萄糖为模板在碳纳米框架表面聚合MIP层。去除葡萄糖模板后，获得分子印迹葡萄糖传感器。反干扰实验证明了传感器的优异选择性。通过检测细胞培养液中葡萄糖浓度随时间的变化来监测葡萄糖消耗，间接反映了葡萄糖代谢的差异。此外，还鉴定了不同细胞周期阶段葡萄糖代谢的差异。这些发现验证了所制备传感器实时监测细胞葡萄糖代谢的可行性。
