然而，由于化学分子种类多样、体液环境复杂、体液中生物信号分子浓度极低等因素，检测化学信号的方法非常有限。现有的生物传感器平台很难实现化学信号的高灵敏检测。
为了解决上述问题，来自加州大学洛杉矶分校（UCLA）的团队最近开发了一种新型可穿戴生物传感器。它首次可以直接实时检测人体汗液中的应激激素皮质醇，在体液环境下实现了比现有方法更高的灵敏度。 2个数量级。
该技术还解决了德拜长度带来的电荷屏蔽问题，实现了实时、原位、免标记、高灵敏度、高选择性的分子检测，突破了现有便携式皮质醇生物传感器的检测浓度限制。体液环境。 2 个数量级至1 pmol/dm3（皮摩尔每升，10-12mol/dm3）。
此外，团队还设计了一个集成电路系统，使该设备成为一个灵活的传感器（智能手表），可以通过蓝牙将健康信号实时传输到云端。
北京时间1月6日，相关论文以《用于无创皮质醇监测的可穿戴适体场效应晶体管传感系统》（用于无创皮质醇监测的可穿戴适体场效应晶体管传感系统）为题发表在《Science Advances》[1]上。
突破传感器在汗液中的低浓度检测极限，对多种生物分子实现高敏感、高选择性检测
该团队认为，准二维氧化物半导体晶体管由于其敏感性，可以用作监测生物分子和放大信号的载体。
纳米级晶体管的厚度仅为4纳米，并且具有很高的比表面积。此外，氧化物半导体表面具有更多的官能团，有利于更多的化学修饰。
但新的问题出现了：—— 哪些受体用于捕获生物分子而不破坏或稀释体液并且不受德拜屏蔽的影响？
近年来，DNA适体在药物筛选和分离纯化领域引起了广泛关注，通常被认为是人工合成的特异性靶向受体。在对受体进行比较后，研究人员发现DNA适体由于分子量小、分子易于合成、选择性高而“胜出”。
然而，市场上现有的DNA适配体不够稳定，选择性不够高，可能会导致体内结构相似的分子被错误识别或无法识别。
因此，团队找到哥伦比亚大学医学系实验治疗学系的Milan N Stojanovi教授合作，“创造”了一种新型DNA适配体序列。赵说：“我们使用系统选择技术（SELEX）来选择具有纳米级解离常数和对皮质醇超高选择性的新DNA适体序列。”
之前的类似研究大多需要其他二次处理，比如添加其他分子，而且没有办法原位检测或者灵敏度不够。
该团队首创利用DNA适配体作为受体，利用自身构型的变化进行生物信号传感，并结合纳米级（4 nm）准二维氧化物半导体晶体管实现体内信号传感。放大和传输[2]。
利用DNA和晶体管的“双层信号”放大，通过柔性纳米晶体管和皮质醇适体的结合，团队首次直接测量汗液中的皮质醇，突破了现有的便携式汗液中皮质醇。酒精生物传感器具有检测限（约0.1至1 nmol/dm3），实现检测浓度降低2个数量级。
而且，借助DNA适体的超高选择性，这种传感器只对相应的分子做出反应，而对其他结构相似的分子几乎没有反应，甚至是一些其他电化学方法难以区分的分子。
通过修饰不同的DNA适体，团队实现了多种生物分子（如血清素、多巴胺、葡萄糖、皮质醇等）的高选择性检测。
“与常用的抗体相比，DNA适配体具有更广泛的用途和更高的选择性，而且使用成本相对较低，可以直接化学合成。”赵说。
通过集成柔性系统实时反馈精神状态，有望实现对精神疾病的早期诊断和预防
皮质醇，也称为“应激激素”，是一种生物信号分子，可提供精神状态和心理健康的反馈。正如地震前有征兆一样，皮质醇检测有望量化人们的精神疾病和心理健康状况，并提供及时反馈、早期诊断、早期预防。
研究人员将新型可穿戴生物传感器与其他实验室分析方法（ELISA等）在唾液和汗液中的检测结果进行了比较，以验证该平台检测的准确性和可靠性。
他们在柔性聚酰亚胺基板上制备了纳米级氧化物晶体管，以更好地贴合人体皮肤。此外，它还集成了皮质醇生物传感器、温度传感器、微流体装置、显示屏和柔性电路系统。
赵振发说：“通过与加州大学洛杉矶分校电气工程系Sam Emaminejad教授研究组合作，我和王波博士及其团队设计了一套集成系统，可以同时实现汗液采集和汗液中皮层的控制。 ”
为了研究皮质醇传感器在抑郁症和焦虑症诊断和预防方面的应用前景，团队还进行了两项临床试验。
研究人员对受试者进行了特里尔社会压力测试（TSST），要求他们阅读一段文字或在一群人面前讲话。在受试者准备时以及演示后15 分钟、25 分钟和90 分钟内测试了受试者体内的皮质醇水平。
结果显示，TSST后15分钟，受试者体内皮质醇浓度显着升高； 25至90分钟后，体内皮质醇下降至测试前水平。
在另一项临床试验中，研究小组连续测量受试者汗液中的皮质醇浓度，发现人体内的皮质醇浓度全天有规律地波动：起床时浓度较高，起床前浓度较低。床。低的。
“这与我们熟悉的人体昼夜节律一致，也证明该传感器可以检测相关激素的昼夜节律。”赵说。
总的来说，研究小组证明皮质醇可以作为一种压力激素，实时反映身体的精神状态。此外，可穿戴设备可以实时监测相关激素状态，判断压力状态，有望实现对人们心理健康和精神疾病（如抑郁、焦虑、创伤后应激障碍、肥胖等）的定量分析。早期预防、早期诊断。
赵振发认为，这种新型可穿戴生物传感器在了解基本疾病机制和实时健康监测方面具有应用价值。这种生物传感技术基于不同的DNA适体。理论上，可检测的生物分子没有限制，是多种生物分子通用的平台技术。
未来，团队将围绕更低浓度、更准确、更稳定的检测继续研究。赵真真希望通过不断的技术升级，这种新型的可穿戴生物传感器未来能够实现“毫秒级”的响应。
“市场上已经有血糖检测传感器了，我相信在此基础上，未来五到十年将会出现更多的生物传感器产品。”他说。
22 岁首次以一作身份在国际期刊发表论文，致力于研究更多样的生物分子信号
2015年赴加州大学洛杉矶分校化学与生物化学系攻读博士学位。攻读博士学位期间，导师为Paul Weiss教授（ACS Nano杂志创始主编）和Anne Andrews教授。
赵振发的研究方向从量子点合成的生物应用开始，从如何让基础生物器件变得更加灵敏，到如何在制备过程中优化纳米器件的功能。在他攻读博士学位期间。研究中，韦斯和安德鲁斯教授经常鼓励他“发现更重要的问题”。由此，他意识到科学研究不应该停留在某些设计创新上，而应该切实将科研成果影响到更多的人。
因此，他更多地关注临床方面和结果转化，并慢慢对——利用生物传感器检测体内生物分子信号产生了兴趣。赵振发说，“我很享受设计和制备装置的过程，甚至合成一些新材料、新分子来监测体内的生物信号。未来独立实验室的建立也会继续围绕这个方向。”
生物电子领域的发展为实现个性化医疗模型、实时检测人体健康状况提供了新的机遇。
他认为生物分子信号是人类健康的核心，并希望未来能够建立设备平台，其中可以包括可植入和可穿戴设备，以更好地理解和检测人体的生物信号分子。 “柔性电子产品是与人体的最终接口，因此更柔软、更小型的传感器将成为该领域的发展趋势。”
参考：
1.王博等.科学进展8, eabk0967(2022).DOI: 10.1126/sciadv.abk0967
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用户评论
々爱被冰凝固ゝ
太厉害了！这技术能帮助我们更了解压力对身体的影响，还能开发出更精准的压力检测方法！
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封锁感觉
直接检测汗液中的应激激素，这科技真是越来越牛了！
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红尘滚滚
这项技术很有前途，可以帮助我们及时了解身体的压力水平，以便更好地进行心理调节。
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墨城烟柳
这个研究太棒了，可以帮助我们开发新的压力管理方法，提高生活质量。
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一别经年
这真是个好消息，期待这项技术能尽快应用到实际生活中。
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ー半忧伤
汗液检测应激激素，真是个巧妙的思路，太佩服中国科学家了！
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莫飞霜
用晶体管传感器直接检测，这技术简直是黑科技！
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Hello爱情风
这技术可太方便了，以后压力太大直接测测汗液就知道了。
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浅巷°
这研究太有意义了，可以帮助我们更好地理解压力对身体的影响。
有5位网友表示赞同！
哥帅但不是蟋蟀
这技术真是太实用了，以后就能更精准地评估自己的压力水平了。
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如你所愿
中国科学家真是太厉害了，这项研究太有突破性了！
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暮光薄凉
这个技术太棒了，希望能尽快普及开来。
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浮光浅夏ζ
用汗液检测应激激素，这方法真是太巧妙了！
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漫长の人生
这研究太有价值了，可以帮助我们开发新的压力管理方法。
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西瓜贩子
期待这项技术能早日应用到医疗领域，造福更多人。
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你很爱吃凉皮
中国科学家真是太棒了，又一项重大科技突破！
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巷雨优美回忆
这研究太有意义了，可以帮助我们更好地理解压力对身体的负面影响。
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绳情
这技术太实用了，以后就可以更及时地进行压力管理了。
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柠栀
这技术太方便了，以后测压力就不用抽血了，直接测汗液就行了。
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娇眉恨
这研究太有前景了，未来可能会改变我们对压力的认知和管理方式。
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