该文档是一篇发表于国际期刊 *RSC Advances*（2026年，卷16，期34，页码34-54）的学术综述论文。论文的通讯作者是来自土耳其伊斯坦布尔伊斯廷耶大学的 Ali Zarrabi 和独立研究者 Siavash Iravani，其他作者包括 Meisam Samadzadeh、Mahshid Danesh、Atefeh Zarepour 和 Arezoo Khosravi 等多位来自土耳其、德国和中国台湾地区研究机构的学者。论文的标题为 “MXenes in Diabetes: Diagnostic and Therapeutic Applications”，系统性地回顾并展望了新型二维材料MXenes在糖尿病诊断与治疗领域的前沿应用、当前挑战及未来发展方向。
本综述的核心论点是：MXenes 凭借其独特的物理化学性质，如高电导率、亲水性、可调控的表面化学以及良好的机械性能，在糖尿病管理中展现出巨大的双向应用潜力——既可用于构建高灵敏度的即时诊断（POC）与连续监测生物传感器，也可作为多功能平台用于治疗糖尿病并发症（尤其是糖尿病足溃疡）和促进组织再生。然而，其临床转化仍面临合成方法有害、稳定性不足、长期生物相容性数据缺乏以及规模化生产等关键挑战。未来，通过开发绿色合成方法、结合人工智能（AI）、机器学习（ML）、物联网（IoT）和3D生物打印等尖端技术，MXenes有望推动糖尿病管理向个性化、智能化和一体化方向变革。
一、MXenes在糖尿病诊断中的应用 论文首先强调了早期检测对于糖尿病管理的重要性，它能显著改善预后、降低医疗成本。传统检测方法（如指尖采血）存在侵入性、不适感和数据不连续等问题。MXenes作为新兴的二维过渡金属碳化物/氮化物，其高比表面积、优异电导率和丰富的表面官能团，为克服这些局限提供了理想材料平台。 本部分详细阐述了MXenes在构建各类糖尿病相关生物传感器中的具体应用与性能表现： * 非侵入式葡萄糖传感：MXenes被集成到多种传感平台中，用于检测唾液、汗液和泪液等体液中的葡萄糖，实现无痛、连续的监测。例如： * 唾液检测：利用还原氧化石墨烯（rGO）-Ti3C2 MXene与金纳米颗粒（Au NPs）复合物构建的传感器，对唾液葡萄糖的检测限低至3.1 µM，线性范围宽（10 µM – 21 mM）。 * 汗液检测：多项研究展示了MXenes在可穿戴汗液传感器中的卓越性能。一种基于MXene功能化导电水凝胶的皮肤贴片传感器，灵敏度高达21.7 µA mM−1 cm−2，检测限为1.9 µM，且与商业血糖仪测量结果高度吻合。另一种三维石墨烯-MXene气凝胶平台，集成了葡萄糖和pH双功能传感，能实时补偿汗液pH波动，确保葡萄糖测量的准确性，灵敏度为15.5 µA mM−1 cm−2。 * 泪液检测：通过将Ti3C2Tx MXene与Au NPs结合，并负载葡萄糖氧化酶（GOx），开发出一种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的纸基传感器，对泪液葡萄糖的检测灵敏度比传统试纸条高约300倍，能区分健康人与糖尿病患者禁食后的泪糖水平。 * 其他生物标志物检测：MXenes的应用不限于葡萄糖，还可用于检测与糖尿病及其并发症相关的多种其他标志物。 * 气体标志物：基于钾钨酸盐纳米棒与Ti3C2Tx MXene的异质结传感器，能在室温下高灵敏度、高选择性地检测呼吸中的丙酮（一种与血糖控制相关的挥发性有机化合物），且抗湿度干扰能力强。 * 蛋白质标志物：例如，利用Au NPs与MXene复合物修饰的电极，结合木瓜蛋白酶，开发了用于快速、灵敏检测妊娠期糖尿病（GDM）标志物胱抑素C（Cys-C）的电化学免疫传感器，其检测结果与标准方法有良好相关性（R² = 0.91），且能预测不良妊娠结局。 * 核酸标志物：针对糖尿病肾病潜在生物标志物miRNA-377，研究者设计了基于MXene-Au纳米复合物和G-四链体纳米放大策略的电化学生物传感器，实现了超低检测限（1.35 aM）和宽线性范围（10 aM – 100 pM）。 * 多重检测：利用单层Ti3C2 MXene优异的荧光猝灭特性，构建了可同时检测胰岛素和内脏脂肪组织源性丝氨酸蛋白酶抑制剂（Vaspin）的荧光共振能量转移（FRET）适体传感器，为糖尿病分型诊断提供了新工具。 尽管这些传感器在实验室研究中表现出卓越性能（高灵敏度、宽线性范围、良好选择性），但论文也指出，其性能数据多来自单次研究，缺乏大规模样本验证、长期稳定性测试以及在真实生理环境下干扰因素的系统评估，因此可重复性和实际应用的可靠性仍需未来通过标准化、多中心研究来确认。
二、MXenes在糖尿病治疗中的应用 论文的第二大部分聚焦于MXenes在糖尿病治疗，尤其是并发症管理中的治疗潜力。MXenes的生物相容性、光热效应、活性氧（ROS）清除能力以及促进血管生成和细胞行为的特性，使其成为组织工程和药物递送的理想材料。 * 促进糖尿病伤口愈合：这是MXenes治疗应用中最受关注的领域。研究通过将MXenes集成到水凝胶、微针、纳米纤维膜和海绵支架等多种剂型中，赋予其多重功能： * 微针（MN）递送系统：多项研究利用MXenes增强微针的机械强度并实现可控药物释放。例如，将积雪草苷（Asiaticoside）负载于Ti2C3 MXenes并嵌入聚（γ-谷氨酸）微针中，该体系能促进血管生成（上调CD31表达）和成纤维细胞迁移，加速糖尿病小鼠伤口愈合。另一种将GOx负载于Ti3C2 MXene的微针贴片，能在近红外（NIR）光照射下产生温和热疗（~40°C），协同GOx降低局部葡萄糖和ROS水平，显著促进愈合、减轻炎症、增加胶原沉积和血管生成。 * 抗菌与免疫调节：MXenes的光热性能被广泛用于对抗感染。例如，将Fe3O4/MXene异质结负载于双层层状明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）微针中，在NIR照射下不仅能产热杀菌，其类催化酶活性还能调节ROS，释放的铁离子可诱导细菌铁死亡，对多重耐药菌（如MRSA）有效。此外，MXenes还能调节免疫微环境。例如，将M2巨噬细胞来源的外泌体与MXene整合到水凝胶中，能通过PI3K/Akt通路促进巨噬细胞向促修复的M2表型极化，抑制炎症、促进血管生成和胶原有序沉积。 * 多功能水凝胶与支架：将铜功能化MXene与GelMA、多巴胺接枝藻酸盐复合，构建的水凝胶能响应NIR和pH变化，实现Cu²⁺离子的可控释放和光热抗菌，同时促进血管生成和骨再生（在糖尿病骨缺损模型中）。另一种将MXene微凝胶嵌入壳聚糖/明胶纳米纤维的复合伤口敷料，结合了高温光热疗法（杀菌）和温和光热疗法（促组织再生），有效加速了感染糖尿病伤口的愈合。 * 应对植入物相关感染：针对糖尿病患者植入手术后易感染的问题，开发了由钽碳化物MXene（Ta4C3）、磷酸银（Ag3PO4）和GOx组成的生物异质结酶涂层。该体系在NIR下能产生级联放大的ROS反应，同时消耗细菌内的谷胱甘肽（GSH），破坏生物膜并发挥广谱抗菌作用，同时还能支持成骨细胞活性。 * 糖尿病本身的细胞治疗探索：除了并发症治疗，MXenes还被探索用于糖尿病本身的潜在疗法。例如，将Ti2C MXene掺入聚己内酯（PCL）纳米纤维中构建的3D培养支架，能显著改善人脐带华通氏胶间充质干细胞（hWJ-MSCs）的黏附、增殖，并更有效地诱导其向具有胰岛素分泌功能的胰腺β细胞样细胞分化，为干细胞治疗糖尿病提供了新的材料平台。 MXenes通过其光热、催化、导电和药物负载能力，在糖尿病伤口愈合、抗感染、免疫调节乃至β细胞再生方面展现了多效治疗潜力。
三、当前面临的挑战 尽管前景广阔，论文详细剖析了MXenes迈向临床转化所必须克服的多重障碍： 1. 合成与可扩展性：目前主流的氢氟酸（HF）蚀刻法具有强腐蚀性和毒性，安全风险高，环境不友好，且步骤复杂，难以保证批次间质量一致性和大规模生产。 2. 稳定性与氧化问题：MXenes在空气、水或生理体液中易氧化，形成表面金属氧化物，导致电导率、机械性能和催化活性下降，限制了其在植入式器件中的长期稳定性。尽管已有表面钝化（如单宁酸）、共价交联等策略改善稳定性，但长期生理环境下的氧化动力学研究仍不足。 3. 生物相容性与长期毒性：初步研究表明MXenes具有良好生物相容性，但长期、系统的体内毒性、免疫反应（如巨噬细胞极化、细胞因子释放）、生物分布、降解产物命运及潜在纤维化风险等数据仍然匮乏。特别是在富氧生理环境中，MXenes（如Ti3C2Tx）会降解生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒等副产物，其长期生物效应需全面评估。 4. 重现性、标准化与监管壁垒：合成参数的微小变动会导致材料性能（片层尺寸、表面化学、氧化程度）显著差异，影响器件性能重现性。此外，缺乏针对MXene生物医学应用的标准化灭菌方法、质量控制和长期稳定性测试指南，监管路径不明确。 5. 与现有技术的集成：将MXenes集成到可穿戴传感器或治疗设备中，需解决材料兼容性、器件制造复杂性、机械耐久性和规模化制造等问题。 6. 成本与商业可行性：高昂的前驱体成本、危险化学品的使用和复杂的工艺导致当前生产成本较高，不利于在资源有限地区的普及。 7. 临床转化挑战：任何MXene基医疗器械都需要经过严格、耗时的临床前和临床试验，以验证其在糖尿病患者这一特殊人群中的安全性、有效性和长期性能，这是将其从实验室推向市场的必经之路。
四、未来展望 论文最后描绘了MXenes在糖尿病管理领域的未来发展方向，强调多学科交叉与技术融合： 1. 与人工智能和机器学习融合：AI/ML模型与MXene传感器结合，可实现对复杂生理数据的实时、高精度解析，预测血糖波动趋势和并发症早期迹象，实现个性化、前瞻性管理。 2. 新型药物递送系统：利用MXenes的电学特性开发智能微针贴片，实现按需、精准的胰岛素或其他药物递送，模拟胰腺功能。 3. 多功能一体化平台：开发集诊断（传感）、治疗（药物释放）和监测于一体的闭环系统，例如能检测高血糖并自动释放胰岛素的“诊疗一体”平台。 4. 与物联网和远程医疗整合：MXene可穿戴设备通过IoT将实时健康数据传输至云端和医疗端，实现远程监控、数据驱动决策和个性化治疗调整，提升患者参与度和管理效率。 5. 胰腺β细胞修复：MXenes在支持干细胞分化为功能性β细胞方面的潜力，为糖尿病（尤其是1型糖尿病）的细胞替代疗法和潜在治愈提供了新的材料工具。 6. 绿色合成与稳定性提升：开发更安全、环保、可扩展的合成方法（如使用铵盐或氟化锂替代HF），并通过表面工程化（如官能团调控、包覆）提高MXenes在生理环境中的长期稳定性，是临床转化的基础。 7. 结合3D生物打印与生物电子学：将MXenes整合到3D生物打印的支架或柔性生物电子器件中，可构建更复杂的仿生组织工程结构和智能植入式设备。
五、论文的价值与意义 这篇综述论文的价值在于： * 全面性与前瞻性：它不仅系统梳理了MXenes在糖尿病诊断和治疗两大领域的最新研究进展，还深入剖析了当前面临的核心挑战，并前瞻性地提出了与AI、IoT等前沿技术融合的未来发展方向，为领域研究者提供了清晰的“路线图”。 * 批判性视角：论文并未一味宣扬MXenes的优势，而是客观指出了现有研究中普遍存在的局限，如传感器性能验证不足、长期生物安全性数据缺失、标准化缺乏等，这对于引导未来高质量、可转化研究至关重要。 * 跨学科启发：论文内容跨越材料科学、生物医学工程、分析化学、临床医学等多个学科，展示了MXenes作为平台型材料的强大交叉应用潜力，能够启发不同背景的研究者开展合作创新。 * 推动临床转化：通过明确指出现有瓶颈和未来突破点，该综述有助于加速MXene基糖尿病管理技术从实验室原型向实际临床产品和个性化医疗方案的转化进程，最终有望改善全球数亿糖尿病患者的生活质量与健康结局。