2021年3月30日， Advanced Materials在線發表了題為Touch-Based Stressless Cortisol Sensing的論文，該論文由上海師範大學bevictor伟德官网楊海峰團隊師資博士後湯婉鑫、美國加州大學聖地亞哥分校 (University of California, San Diego, UCSD) 博士生尹鹿和Juliane R. Sempionatto等人合作完成，UCSD的Joseph Wang教授為論文通訊作者。
皮質醇是一種類固醇激素，存在于各種生物液體中，包括唾液、血液、尿液、汗液和細胞間液。由人體在應對心理和生理壓力時釋放，在機體的應激反應以及調節新陳代謝和免疫應答過程中起着重要作用。傳統的皮質醇檢測方法雖具備高靈敏度，但檢測過程過于冗長、檢測裝置過于龐大而不具備可穿戴應用價值，同時還需要人體大量運動來收集汗液，這往往會擾亂體内皮質醇水平。美國加州大學聖地亞哥分校Joseph Wang課題組研發了一種新型無壓皮質醇傳感平台，可以通過指尖觸摸快速而準确的檢測人體汗液當中皮質醇含量。
由于指尖是人體汗腺分布最密集區域，Wang課題組創新性的使用了選擇性分子印迹（MIP）識别層改性的高延展絲網印刷電極作為新型壓力檢測平台，并以水溶性蔗糖分子為模闆制備了一種高孔隙率，高吸汗性的PVA水凝膠用以采集指尖汗液。采用簡單快速的電聚合法，制備了内置普魯士藍（PB）氧化還原探針的聚吡咯MIP膜，并将皮質醇分子内嵌至膜内。當指尖汗液接觸到MIP膜後，聚吡咯發生過氧化反應釋放出皮質醇分子，汗液中的皮質醇分子與MIP膜上的表面識别腔相結合，從而堵塞PB電子傳輸通路，導緻PB氧化電流降低，并以此來作為分析信号，反應汗液中皮質醇濃度。同時搭載“島橋”結構加固的可拉伸油墨傳感器，可以在3.5 min内完成整個“觸碰-響應-檢測”過程，比傳統的皮質醇檢測方法快十倍以上，這在捕捉急性應激時急劇波動的皮質醇含量方面具備明顯優勢。
該組研究的皮質醇傳感器的性能分别通過監測每天周期内内源性皮質醇水平的變化和皮質醇對急性物理刺激的反應來評估。（1）根據皮質醇水平與晝夜節律相關，早晨皮質醇濃度較高，白天下降，最後在晚上達到較低水平，通過半連續地動态跟蹤人體皮質醇水平一天的變化來評估個人的慢性壓力水平。該研究中将觸摸式汗液皮質醇傳感器與具有較好吸附性能的多孔水凝膠結合，在同一天時間内的早上7點和下午5點分别對5名志願者的指尖汗液中皮質醇水平進行評估，并通過藥物刺激排汗樣本的免疫分析進行驗證。
圖2 内源性晝夜周期的皮質醇監測和驗證示意圖
此外，通過将受試者的手浸入冰水容器3分鐘，通過刺激激活下丘腦-垂體-腎上腺軸釋放皮質醇（CPT）得到了實驗室的直接應激源。因此，為了監測由于CPT誘發的壓力而引起的皮質醇水平的波動，參與者被要求将他們的手浸泡在冰水中3分鐘，之後使用觸摸式皮質醇的皮質醇水平傳感器進行測量。圖3的數據清楚地說明了檢測由外部刺激引起的循環皮質醇短時間達到峰值的能力。常用的IP汗液刺激技術，由于相應的長時間滞後，不能檢測到如此快的汗液皮質醇變化，這可以從冷水應激後受刺激的汗液中相應的皮質醇濃度看出。
圖3使用可穿戴傳感器貼片進行體内皮質醇檢測
該工作創新性使用内置PB氧化還原探針的MIP膜快速檢測指尖自然汗液中的皮質醇濃度，與傳統的檢測方法相比，本裝置具有簡便、免标記、低成本的優勢，并可以在醫院或者臨床實驗室之外進行快速準确的人體皮質醇含量檢測。本裝置着重解決了三個問題：1.極大的縮短了人體皮質醇含量的檢測時間；2.本裝置消除了傳統檢測方法的時間延遲缺點，幾乎能夠實時監測皮質醇濃度變化；3.基于MIP皮質醇傳感器制備成柔性可穿戴皮膚貼，用于在運動過程中直接檢測汗液當中的皮質醇含量，避免了采樣時間，進一步加快檢測速度。但是對于實際人體參數檢測當中，汗液pH、人體溫度以及貼片舒适度等因素都會有所影響，因此接下來的工作可以在材料優化和多參數檢測控制方面繼續發展。