可穿戴的分子印迹聚合物汗液睾酮传感器，用于无创辅助检测静息状态下的多囊卵巢综合征早期症状

《Biosensors and Bioelectronics》：Wearable Molecularly Imprinted Polymer Sweat Testosterone Sensor for Noninvasive Auxiliary Early-Stage Polycystic Ovary Syndrome at Rest

可穿戴分子印迹电化学传感器通过汗液检测实现非侵入性PCOS筛查，具有高灵敏度（检测限0.75 ng/ml）和与ELISA法强相关性（r=0.8892），未来可整合LH/FSH传感器提升诊断精度。

　　

刘家琪|王静|陈立通|纪永祥|苏本星|钟庚|董仁峰|徐Tailin

华南师范大学化学学院，广州510006，中国

摘要

雄激素与雌激素同样重要，对女性生殖和生理健康至关重要。多囊卵巢综合征（PCOS）通常由睾酮水平升高引起（睾酮是女性体内的主要雄激素），其特征是生殖功能障碍、不孕和代谢异常。然而，目前的睾酮检测方法仍然具有侵入性、技术复杂且灵敏度不足，这限制了其在早期和非侵入性PCOS筛查中的应用。本研究开发了一种可穿戴的分子印迹（MIP）电化学传感器，用于高灵敏度的原位汗液睾酮监测，为非侵入性PCOS筛查提供了一种新策略。该传感器结合了激光诱导石墨烯电极、氧化石墨烯/普鲁士蓝放大技术和邻苯二胺印迹技术，显示出从1到25 ng/ml的线性响应（R² = 0.9916），检测限为0.75 ng/ml。MIP传感器对汗液中的结构类似物和主要高浓度干扰物表现出可接受的选择性。在一名表现出部分PCOS症状的成年女性中，使用MIP传感器测得的汗液睾酮水平与酶联免疫吸附测定（ELISA）的结果具有强相关性（r = 0.8892）。这种集成了热刺激和无线传输功能的微流控平台，建立了一个简化的“刺激-收集-检测-传输”工作流程。这项技术有望用于未来的家庭内分泌筛查，并有可能与黄体生成素（LH）和促卵泡激素（FSH）结合使用，从而显著提高PCOS诊断的准确性。

引言

雄激素对女性生殖健康和生理功能至关重要。（Bienenfeld等人，2019；Shansky，2019；Ye等人，2024）如图1A所示，睾酮（女性体内的主要雄激素）的生物合成受下丘脑-垂体-卵巢（HPO）轴和下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的调节。卵巢中的睾酮生成由黄体生成素（LH）驱动，而肾上腺中的合成则受促肾上腺皮质激素（ACTH）刺激。这些轴的失调会破坏类固醇反馈机制，导致卵巢或肾上腺分泌过多的睾酮。多囊卵巢综合征（PCOS）通常由睾酮水平升高引起，其特征包括月经不规律、不孕、多毛症和代谢异常。（Damone等人，2019；Pasquali等人，2011）目前，血清睾酮提供了最及时和准确的信息，但诊断实践依赖于基于化学发光或电化学发光的免疫测定方法。然而，女性体内睾酮的生理浓度本身较低，加上需要静脉穿刺、复杂的预处理过程以及易受干扰，限制了这些方法的灵敏度和实用性（Anagnostis等人，2018；Bhasin等人，1984；Grassi等人，2019；Rosenfield和Ehrmann，2016；Xu等人，2022）。市面上的家用试剂盒可以提供非侵入性采样，但仍需要实验室分析，导致报告延迟。（Cao等人，2025；Meng等人，2025；Sheffield等人，2025；Tu等人，2025）因此，迫切需要高灵敏度、非侵入性和实时的睾酮检测技术。

与其他体液相比（Chen等人，2023a；Chun等人，2024；Liu等人，2021；Zheng等人，2021），容易获取的汗液含有睾酮和其他内分泌生物标志物，是一个有前景的替代选择。（Chen等人，2024b；Davis等人，2024）由于可穿戴传感器能够实时监测代谢物、电解质和激素，因此受到了越来越多的关注。（Cao等人，2025；Chen等人，2023b；Kim等人，2019；Li等人，2024）连续监测而非单次采样，可以动态评估生理状态，有助于早期发现疾病。（Bandodkar和Wang，2014）然而，使用当前的可穿戴汗液传感器进行原位激素监测面临挑战，包括灵敏度有限和选择性降低，这是由于汗液本身的分析物浓度低和复杂基质效应所致。（Ates等人，2022；Ma等人，2025）先前的研究表明，唾液中的睾酮与血清中的游离睾酮具有强相关性，因为两者都代表了能够自由扩散到外分泌液中的未结合活性部分。这表明汗液中的睾酮可以作为雄激素状态的类似指标，从而激发了开发用于动态激素监测的可穿戴传感器的动力。（Sathyapalan等人，2017）基于分子印迹聚合物（MIP）的传感器已成为选择性检测小分子的有希望的策略。（Kamat等人，2022）MIP是在目标分子（模板）存在下合成的合成聚合物，从而产生能够选择性重新结合目标分子的特定识别位点（Poma等人，2010）。当与电化学传感器结合时，MIP在血清、尿液和汗液等复杂生物基质中表现出增强的选择性和稳定性。（Hu等人，2023；Sun等人，2023）将MIP层与柔性微流控收集器和电化学换能器结合，可以实现稳定的汗液睾酮监测，为多囊卵巢综合征（PCOS）的早期识别提供了坚实的基础。

在这项工作中，我们介绍了一种基于MIP的可穿戴传感器贴片，用于原位连续检测汗液中的睾酮。识别元件由普鲁士蓝纳米颗粒-氧化石墨烯（PB-GO）复合材料组成，作为协同信号放大探针，与邻苯二胺（oPD）印迹腔设计集成在一起。睾酮结合后，MIP层发生结构变化，增强了离子/电子向普鲁士蓝纳米颗粒的传输，从而放大了PB的氧化还原信号。确切的机制，如通道开放、电荷重新分布或可访问性提高，需要进一步研究。（图1B和图S1）。（Chen等人，2024a；Huang和Feng，2024；Jiang等人，2021）差分脉冲伏安法（DPV）峰电流（ΔI = I_peak–I_blank）的增加与睾酮浓度成正比，从而产生可量化的电化学信号。基于激光诱导石墨烯（LIG）的柔性三电极系统可以大规模生产。（Deng等人，2025；Gao等人，2016；Kamat等人，2022；Wen等人，2018；Yang等人，2020）传感器架构包括一个微流控芯片和热刺激模块（图1C），与微型电化学工作站和蓝牙模块集成，建立了封闭的“刺激-收集-检测-传输”工作流程（Zhang等人，2024；Zhong等人，2024a；Zhou等人，2024）（图1D和1E）。使用oPD作为功能单体和睾酮作为模板分子制造的MIP识别层确保了高选择性。通过使用高浓度干扰物进行选择性测试，系统地验证了传感器的性能。为了进一步评估临床适用性，从一名患有PCOS的女性志愿者在不同生理状态下收集了两天内的汗液样本，并使用MIP传感器和ELISA进行了测量。观察到强相关性（r = 0.8892，n = 9），证实了传感器跟踪汗液睾酮动态变化的能力。这种性能为开发家用女性PCOS筛查工具提供了新策略，未来整合多激素传感器（例如睾酮、LH、FSH）可以实现更精确的早期PCOS筛查（Givens等人，1976；Kuruvinashetti等人，2025；Lee和Gao，2025）。

MIP传感器的制备和表征

如图2A和图S2所示，使用激光诱导技术在聚酰亚胺薄膜上成功制备了一个三电极系统。该系统包括一个直径为4毫米的圆形工作电极，以及两个宽度均为1毫米的对电极和参比电极。为了避免高功率激光对石墨烯层的损伤（图2B和图S3），最终选择了20%的适中功率进行电极制备。LIG电极的拉曼光谱（图2

试剂和仪器

氧化石墨烯（GO）、铁氰化钾（K₃[Fe(CN)₆）、铁氰化钾（K₄[Fe(CN)₆）、邻苯二胺（oPD）、亚甲蓝（MB）、尿酸、尿素和乳酸，以及无水乙醇均购自上海Macklin生化技术有限公司。六水合氯化铁（FeCl₃·6H₂O）和乙腈（ACN）购自上海Aladdin生化技术有限公司。氯化钾（KCl）购自国药西龙科学试剂有限公司

结论

本研究展示了一种基于MIP技术的可穿戴电化学传感器贴片，用于汗液中睾酮的敏感、非侵入性监测，具有在早期PCOS筛查中应用的潜力。所提出的系统具有以下特点：（i）LIG的集成，用于简单制备柔性电极；（ii）GO/PB协同放大策略，提高了信号传输效率；（iii）集成仿生微流控、汗液诱导和

CRediT作者贡献声明

苏本星：方法学。钟庚：方法学。陈立通：方法学。纪永祥：方法学。董仁峰：写作——审稿与编辑，监督。徐Tailin：写作——审稿与编辑，监督，资金获取。刘家琪：写作——初稿，数据管理，概念构思。王静：方法学，形式分析

注释

作者声明没有竞争性财务利益。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢以下机构的资助：国家自然科学基金（项目编号：52573295）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2024A1515030080）、深圳市科技计划（项目编号：JCYJ20240813142503006）、深圳大学合成生物学研究中心、广东省高等教育机构海洋微生物组工程重点实验室（项目编号：2024KSYS011）、深圳市海外人才计划以及深圳大学仪器分析中心。