铁蛋白是广泛存在于生物体中的一种铁储藏蛋白，其主要生物学功能有两种：一是将二价铁离子转化成可溶无毒且生物可利用的三价铁形式并储存于蛋白质内部空腔，调节铁代谢平衡；二是清除亚铁离子介导的自由基反应，保护细胞免受氧化性损伤。天然的铁蛋白由蛋白质外壳和内部铁核两部分组成，外壳是由24 个相同或不同的亚基构成的具有高度对称结构的中空笼状蛋白质分子，铁核则是由大量氢氧化铁和磷酸盐组成。在无氧条件下可利用还原反应将铁核去除，从而制备得到具有内部空腔的脱铁铁蛋白外壳。铁蛋白的笼状外壳非常稳定，具有较强的酸碱耐受性（pH 2.0～12.0）以及热稳定性（蛋白质变性温度为70～80 ℃）。铁蛋白的高级结构主要是由亚基间的氢键和疏水作用维持，故可以通过物理化学的手段将其亚基解离及重新组装，其可逆的解离重组特性为铁蛋白纳米笼作为包埋外壳以及递送载体的应用奠定了基础。

铁是生物体必需的微量元素之一，而缺铁性贫血（IDA）则是世界范围内最为普遍的一种营养素缺乏症，严重影响着人类的营养与健康，其主要原因在于铁摄入不足或过量消耗，因此科学家们在不断探索高效且安全的补铁制剂。目前，市场上常见的补铁剂主要是以硫酸亚铁或葡萄糖酸亚铁为代表，该类补剂虽然铁含量高、价格便宜，但性质不稳定且易受到食物其他组分的影响，同时会对人体产生一定副作用，如腹泻、呕吐、生长迟缓等。天然植物铁蛋白特别是豆科类种子中的铁蛋白，由于其广泛来源以及丰富的铁含量受到了科学家的关注，被认为是一种新型天然膳食的补铁因子。得益于蛋白质外壳的保护，植物铁蛋白的铁不容易受到膳食中螯合剂如植酸和单宁酸的影响。在豆科类种子中，90%以上的铁元素以铁蛋白的形式贮存在淀粉质体中，研究者比较了大鼠对硫酸亚铁与分离提取的大豆铁蛋白的铁吸收效果后发现，两组之间没有显著性差异，故大豆铁蛋白中的铁能被人体很好地吸收，具有与硫酸亚铁相似的补铁功效。铁蛋白可以抑制亚铁离子自氧化生成具有毒副作用的活性氧， 具有去毒作用，蛋白可作为一种植物来源的新型补铁制剂。

钙是人体含量最为丰富的无机元素，参与体内多种生理过程，对人体的生长发育、营养健康起着重要作用。目前我国缺钙现象仍然普遍，市场上补钙制剂主要分为无机钙、生物活性钙、有机钙以及氨基酸螯合钙等，这些钙制剂均存在一定的应用缺陷，随后以多肽或蛋白质为主要配体的钙制剂迅速发展，研究发现钙或其他矿物元素可以通过肽转运机制或蛋白质的特异性受体被小肠细胞所吸收。虽然乳制品是生物可利用钙的良好来源，但不适合于素食主义者等人群，因此开发植物来源蛋白质为载体的补钙制剂尤为重要。为解决上述问题，研究人员将钙离子装载进植物铁蛋白空腔中，制备得到铁蛋白钙复合物。细胞吸收实验发现，植物铁蛋白能够保护钙离子不受膳食抑制因子如草酸、单宁酸的干扰。此外，与已知的二价金属离子转运蛋白1（DMT1）介导的二价金属离子吸收途径不同，细胞可通过新的TfR1参与途径吸收铁蛋白-钙复合物，故铁蛋白包裹的钙离子不会干扰其他二价金属离子的吸收。随后，锌、铜、硒等多种矿物元素被装载到铁蛋白空腔已得到实验验证，其特殊的中空结构和笼形的蛋白质外壳可以克服金属离子溶解度低以及易受外界环境干扰的缺点，显著提高矿质元素的生物利用率。综上所述，铁蛋白作为矿质营养元素载体具有广阔的应用前景。

汞是一种剧毒重金属，其可通过食物链进行生物累积从而严重威胁着人体健康。汞化合物可以分为无机汞和有机汞。无机汞主要以二价汞离子（Hg²⁺）形式存在于环境中，摄入或吸入会对人神经、胃肠道系统以及内脏器官等产生严重危害，因此建立能快速准确检测汞离子的方法对于食品安全、人类健康以及环境检测等方面具有重要意义。目前，原子吸收光谱、原子发生光谱、电感耦合等离子体质谱、电化学法等仪器方法可用于检测Hg²⁺等重金属离子，但这些传统方法存在成本高、处理过程繁琐等应用缺陷。近年来，荧光探针检测技术由于其灵敏度高、选择性好、应用方便等优势逐渐受到了研究人员的广泛关注。Wang Yingjie等通过在HFn纳米笼外表面连接一段MBP，成功制备了一种对Hg²⁺具有高结合能力的蛋白纳米笼（HFn-MBP）。用异硫氰酸荧光素（FITC）标记的HFn-MBP的荧光可以被GO猝灭，而在上述体系中加入Hg²⁺可以以剂量依赖的方式恢复被猝灭的荧光（图4B）。该传感器由FITC标记的HFn-MBP和GO组成，对Hg²⁺具有较高的灵敏度和选择性，检测限可达1.0 nmol/L。此研究为铁蛋白纳米笼在重金属离子检测中的应用开辟了新的途径。