加州理工学院 :一种用于无创女性激素监测的可穿戴适配体纳米生物传感器

该研究开发了一种基于目标诱导链置换适体的无线可穿戴纳米生物传感器，用于无创监测汗液中的雌二醇。该传感器采用金纳米颗粒-MXene复合电极增强信号转导，实现了0.14 pM的超高检测灵敏度。集成系统通过离子电渗自主诱导汗液、微流控精确采样及多参数实时校准，首次在人体验证了汗液与血清雌二醇浓度的高度相关性，并成功追踪到月经周期中的激素动态波动，为个性化生殖健康管理提供了突破性技术。

研究思路

1、目标锁定与核心挑战——实现无创、灵敏的雌二醇监测：现有雌二醇检测方法依赖有创采血和大型设备，无法满足居家、动态监测的需求。研究核心挑战在于：如何在汗液这一pM级浓度的复杂基质中，实现对雌二醇的超高灵敏度、高选择性原位分析。

2、解决方案设计——构建“信号开启”型适体纳米生物传感器：设计一种基于目标诱导链置换机制的适体传感器：将识别界面（固定雌二醇适体与MB-ssDNA杂交体）与检测电极（固定互补捕获DNA）对置。雌二醇存在时，竞争结合适配体并释放MB-ssDNA，后者被捕获至电极产生电信号。该“信号开启”型设计具有背景低、无需试剂的优势。

3、性能优化——界面工程与传质强化以实现超高灵敏度：采用喷墨打印的AuNPs-MXene复合材料构建工作电极，利用AuNPs的大比表面积增加DNA固定量，利用MXene的超高导电性构建“电子高速公路”，将检测灵敏度提升至0.14 pM。进一步，通过施加外部电场，利用电泳效应加速带负电的MB-ssDNA的定向传输，将孵育时间从60分钟缩短至10分钟。

4、系统集成——构建全自动、抗干扰的可穿戴平台：开发集成了离子电渗模块（按需诱导汗液）、微流控系统（通过毛细管爆裂阀实现6.66 µL精确采样与静止检测）和多参数传感阵列（实时监测温度、pH、离子强度以校准信号）的柔性可穿戴贴片，并与无线电路集成，实现从样本采集到结果输出的全自动化。

5、效果与机理验证——证实汗液雌二醇的生理相关性及临床价值：在人体实验中，该传感器成功追踪到女性受试者月经周期中汗液雌二醇的动态波动（卵泡期低、排卵前高、黄体期中等），趋势与血清激素水平一致。相关性分析显示，汗液与血清雌二醇浓度高度相关，首次确凿证明了汗液可作为无创、可靠的雌二醇监测样本。

图1 可穿戴传感器系统设计原理

图2 传感器设计与性能表征

图3 微流控系统集成与性能

图4 人体实验验证

文献总结

本研究成功开发了一种基于目标诱导链置换机制的可穿戴适体传感器系统，实现了对汗液中雌二醇的超高灵敏度检测。该系统通过AuNPs-MXene复合电极增强信号转导，检测限达0.14 pM；利用微流控技术实现自动汗液采样，并通过多参数传感器进行实时校准；首次在人体实验中证实了汗液与血清雌二醇浓度的高度相关性，成功追踪到月经周期中的激素动态波动。该研究为女性生殖健康的个性化、无创监测提供了突破性的技术平台，展现了可穿戴生物传感器在精准医疗领域的巨大应用潜力。

来源：神农尝道