該研究開發(fā)了一種基于目標(biāo)誘導(dǎo)鏈置換適體的無線可穿戴納米生物傳感器，用于無創(chuàng)監(jiān)測汗液中的雌二醇。該傳感器采用金納米顆粒-MXene復(fù)合電極增強信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，實現(xiàn)了0.14 pM的超高檢測靈敏度。集成系統(tǒng)通過離子電滲自主誘導(dǎo)汗液、微流控精確采樣及多參數(shù)實時校準(zhǔn)，首次在人體驗證了汗液與血清雌二醇濃度的高度相關(guān)性，并成功追蹤到月經(jīng)周期中的激素動態(tài)波動，為個性化生殖健康管理提供了突破性技術(shù)。

研究思路

1、目標(biāo)鎖定與核心挑戰(zhàn)——實現(xiàn)無創(chuàng)、靈敏的雌二醇監(jiān)測：現(xiàn)有雌二醇檢測方法依賴有創(chuàng)采血和大型設(shè)備，無法滿足居家、動態(tài)監(jiān)測的需求。研究核心挑戰(zhàn)在于：如何在汗液這一pM級濃度的復(fù)雜基質(zhì)中，實現(xiàn)對雌二醇的超高靈敏度、高選擇性原位分析。

2、解決方案設(shè)計——構(gòu)建“信號開啟”型適體納米生物傳感器：設(shè)計一種基于目標(biāo)誘導(dǎo)鏈置換機制的適體傳感器：將識別界面（固定雌二醇適體與MB-ssDNA雜交體）與檢測電極（固定互補捕獲DNA）對置。雌二醇存在時，競爭結(jié)合適配體并釋放MB-ssDNA，后者被捕獲至電極產(chǎn)生電信號。該“信號開啟”型設(shè)計具有背景低、無需試劑的優(yōu)勢。

3、性能優(yōu)化——界面工程與傳質(zhì)強化以實現(xiàn)超高靈敏度：采用噴墨打印的AuNPs-MXene復(fù)合材料構(gòu)建工作電極，利用AuNPs的大比表面積增加DNA固定量，利用MXene的超高導(dǎo)電性構(gòu)建“電子高速公路”，將檢測靈敏度提升至0.14 pM。進一步，通過施加外部電場，利用電泳效應(yīng)加速帶負電的MB-ssDNA的定向傳輸，將孵育時間從60分鐘縮短至10分鐘。

4、系統(tǒng)集成——構(gòu)建全自動、抗干擾的可穿戴平臺：開發(fā)集成了離子電滲模塊（按需誘導(dǎo)汗液）、微流控系統(tǒng)（通過毛細管爆裂閥實現(xiàn)6.66 μL精確采樣與靜止檢測）和多參數(shù)傳感陣列（實時監(jiān)測溫度、pH、離子強度以校準(zhǔn)信號）的柔性可穿戴貼片，并與無線電路集成，實現(xiàn)從樣本采集到結(jié)果輸出的全自動化。

5、效果與機理驗證——證實汗液雌二醇的生理相關(guān)性及臨床價值：在人體實驗中，該傳感器成功追蹤到女性受試者月經(jīng)周期中汗液雌二醇的動態(tài)波動（卵泡期低、排卵前高、黃體期中等），趨勢與血清激素水平一致。相關(guān)性分析顯示，汗液與血清雌二醇濃度高度相關(guān)，首次確鑿證明了汗液可作為無創(chuàng)、可靠的雌二醇監(jiān)測樣本。

圖1可穿戴傳感器系統(tǒng)設(shè)計原理

圖2傳感器設(shè)計與性能表征

圖3微流控系統(tǒng)集成與性能

圖4人體實驗驗證

文獻總結(jié)

本研究成功開發(fā)了一種基于目標(biāo)誘導(dǎo)鏈置換機制的可穿戴適體傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)了對汗液中雌二醇的超高靈敏度檢測。該系統(tǒng)通過AuNPs-MXene復(fù)合電極增強信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，檢測限達0.14 pM；利用微流控技術(shù)實現(xiàn)自動汗液采樣，并通過多參數(shù)傳感器進行實時校準(zhǔn)；首次在人體實驗中證實了汗液與血清雌二醇濃度的高度相關(guān)性，成功追蹤到月經(jīng)周期中的激素動態(tài)波動。該研究為女性生殖健康的個性化、無創(chuàng)監(jiān)測提供了突破性的技術(shù)平臺，展現(xiàn)了可穿戴生物傳感器在精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

來源：神農(nóng)嘗道