Biosens Bioelectron：用于静息状态下无创辅助早期多囊卵巢综合征的可穿戴分子印迹聚合物汗液睾酮传感器

      雄激素对女性生殖和生理健康至关重要，睾酮升高是多囊卵巢综合征（PCOS）的主要病因，表现为生殖功能障碍、不孕和代谢异常。目前睾酮检测依赖侵入性采血，技术复杂且灵敏度不足，限制了早期无创筛查。汗液作为易获取的体液，含有睾酮等生物标志物，可穿戴汗液传感器虽受关注，但现有技术因汗液中分析物浓度低、基质复杂，面临灵敏度和选择性挑战。分子印迹聚合物（MIP）传感器在复杂生物基质中具有高选择性和稳定性，故本研究旨在开发基于MIP的可穿戴汗液睾酮传感器，实现PCOS的无创早期辅助筛查。

     本文开发了一种基于分子印迹聚合物（MIP）的可穿戴电化学传感器，用于高灵敏度原位监测汗液中的睾酮，为PCOS的无创早期筛查提供新策略。传感器结合激光诱导石墨烯电极、氧化石墨烯/普鲁士蓝信号放大及邻苯二胺印迹技术，线性响应范围1-25 ng/ml，检测限0.75 ng/ml，且具有良好选择性。在具有部分PCOS症状的成年女性中，传感器检测的汗液睾酮水平与ELISA结果显著相关（r=0.8892），集成微流控平台实现“刺激-收集-检测-传输”一体化流程，有望用于家庭内分泌筛查。

• 高度集成的可穿戴平台：打破了传统电化学传感器仅停留在实验室“滴加检测”的局限，构建了一个集成了仿生微流控、汗液诱导、微型电化学工作站（包含模拟前端、微控制器和电池）以及无线通信模块的完整闭环硬件工作流 。

• 静息状态下的热刺激促汗：针对以往汗液传感器多需要患者“剧烈运动”才能采样的痛点，本研究巧妙集成了一个安全的热刺激模块 。该模块能在 25 秒内以 0.46°C/s 的速率将局部皮肤梯度加热至 35°C ，在无痛且人体完全静止的状态下有效诱导出汗 。

• 毫米级单微球集成分析平台：结合定制的 PDMS 多通道微流控芯片，实现了新分泌汗液的自动毛细管引导和定向收集，为电极提供了一个免受流体波动干扰的稳定传感环境。

  
  

Fig. 1 |一种基于分子印迹聚合物的可穿戴式汗液传感器，用于女性睾酮检测，有助于筛查早期多囊卵巢综合征。A、女性体内的睾酮是通过下丘脑-垂体-肾上腺轴和下丘脑-垂体-卵巢轴产生的，对女性健康起着至关重要的作用;可穿戴传感器对汗液进行分析，实现无创跟踪。LH，黄体生成素;CRH，促肾上腺皮质激素释放激素;促肾上腺皮质激素ACTH;DHEA，脱氢表雄酮;ASD，雄烯二酮。B, MIP传感器示意图。PB，普鲁士蓝;GO，氧化石墨烯;LIG，激光诱导石墨烯电极(三电极系统:WE，工作电极;CE，对电极;RE，参比电极)。C，柔性微流控可穿戴贴片的分层设计，其核心微流控组件(III, IV, V)在PDMS中制造以实现灵活性。它可以实现热刺激汗液诱导，精确采样和基于MIP的睾酮分析。组件I-VI表示:(I)激光诱导石墨烯传感器阵列，(II)热刺激单元，(III)微流控出口，(IV)微通道层，(V)微流控进口，(VI)皮肤界面。D，可穿戴电子系统方框图。E，照片显示用于女性睾酮监测的小型化电化学工作站。比例尺，1厘米。

Fig. 2 |分子印迹电化学传感器的制造与表征。A、激光诱导石墨烯(LIG)传感器照片。B, LIG电极的扫描电镜(SEM)图像。C, LIG典型峰D(~1350cm−1))和G(~1580cm−1))的拉曼光谱。D，连续表面改性后LIG的CV。E，分子印迹过程中MIP@PB-GO/LIG的CV:洗脱前(BE)，洗脱后(AE)，孵育后(AI)。F, NIP@PB-GO/LIG和MIP@PB-GO/LIG电极电聚合时的第一次循环CV扫描。G、H、(G) CV图和(H)PB-GO/LIG电极在不同扫描速率下的拟合曲线。1、MIP@PB-GO/LIG的EDS表征。(D)、(E)和(G)的测试在含有5 mM K3Fe(CN)6的0.1M KCl中以100 mV/s的速度进行。J，睾酮分子的静电电位图。K，睾酮检测示意图。L，当睾酮浓度分别为1、5、10、15、20和25 ng/ /时，分子印迹睾酮传感器在人工汗液(0.2×PBS，pH 7.4)中的DPV响应增加。M，由l中DPV伏安图的峰值电流差(ΔI =Ipeak-Iblank))导出的校准曲线。每个DPV伏安图由独立的睾酮传感器(n = 3)获得。误差条表示三次测量的平均值的±1标准差(SD)。

Fig. 3 | 用于自动原位激素分析的集成微流控可穿戴系统。A，“刺激-收集-检测-传输”工作流程的示意图。B，热刺激元件的实验热红外图像。C, D，光学图像(C)和示意图(D)，描绘了体外汗液取样过程的各个阶段，实现了自动睾酮分析。比例尺(B, C, D): 1 cm。

Fig.4 |用于女性睾酮监测的传感器性能和原位性能评估。A，多囊卵巢综合征(PCOS)的常见症状。B，佩戴无线传感器进行身体测试的女性参与者。数据无线传输到智能手机，并显示在自定义app中。比例尺，2厘米。C、不同生理状态下睾酮波动。D，一名出现部分PCOS症状的成年女性，持续睾酮监测2天。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)和MIP传感器检测汗液。E，用酶联免疫吸附法(ELISA)验证MIP传感器对人汗液样品中睾酮定量(n = 9)。虚线表示线性拟合趋势线。R，线性相关系数。F，成年女性汗液睾酮的检测，随后的监测揭示了与其他时间段汗液稀释相关的矩阵效应。G，三个不同制造批次的睾酮传感器的DPV伏安图中的峰值电流高度差(ΔI)，在含有20 ng/ml睾酮的人工汗液(0.2 ×PBS, pH 7.4)中测量。H，在睾酮浓度为20 ng/ml时，分子印迹睾酮传感器的再生能力演示。1、分子印迹睾酮传感器(20 ng/ml睾酮)对人体汗液中潜在干扰物的选择性。J、用于检测基线的MIP传感器在低温条件下(4◦C))和室温下15天的储存稳定性。

本研究成功开发基于MIP的可穿戴汗液睾酮传感器，集成LIG电极、PB-GO放大及微流控平台，实现1-25 ng/ml睾酮的高灵敏检测，对干扰物选择性良好，初步临床验证与ELISA结果高度相关，为PCOS无创早期筛查提供新工具。同时提供无创、实时的睾酮检测技术，突破传统采血检测的局限性，为PCOS早期筛查及家庭健康监测提供可能。也推动可穿戴传感器在激素检测领域的发展，为其他微量生物标志物的无创监测提供借鉴。

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