前言

昼夜节律功能与身体的生理功能密切相关。它是人体内的生物节律，对24小时内暴露在光线和黑暗中的模式做出反应。它表现为体温波动、神经活动、睡眠-觉醒周期和激素/内分泌波动。昼夜节律受下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)的功能影响。体内的稳态对于昼夜节律时钟的功能至关重要。昼夜节律紊乱或不同步的一些表现是睡眠-觉醒周期的紊乱、血糖和胆固醇水平升高， 生活方式障碍如二型糖尿病、高血压和心脏异常过早发展的风险增加。虽然在临床上现在已经有一些技术被应用，但这些技术有一些缺点。这些技术不能准确地绘制内部生物节律，易受人类失误的影响，可能被不准确地报告，或者是昂贵和复杂的。此外，通常血清或血浆被用作诊断的生物流体，因此，有必要开发基于出汗的检测技术，以帮助跟踪体内肾上腺类固醇的昼夜周期。

研究内容

得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员旨在开发一种定点护理系统，以帮助以非侵入性方式跟踪昼夜节律相关生物标志物，即皮质醇和DHEA。传感器平台采用从微米到纳米级的混合孔隙率进行调整。利用活性传感器区域的纳米多孔性来帮助实现最佳的生物分子限制，从而提高灵敏度。所提出的系统是一次性系统，然而，它被设计成执行多个读数，以捕捉用户在单个生理周期内的生理节奏曲线。在这项工作中，他们首次证明了使用被动表达的小汗腺和无小汗腺汗液的混合微和纳米汗液可以被运输，从而可以在不需要积累汗液的情况下实现生物标志物的测量。这种传感器设计的主要含义是，它能够以连续的方式对这些生物标志物的时间动态进行“实时”监测。该系统是一个基于亲和的检测系统，使用电化学阻抗谱进行校准。为了提高传感器系统的灵活性以符合人体检测，使用了蛇形金电极。传感器平台在100个弯曲周期内机械稳定。使用模拟出汗条件的人造皮肤平台进行检测。该系统能够显著区分生理相关浓度范围内的皮质醇浓度。除此之外，该传感器还使用了少量的分析物，即10 μl的人体汗液。理想的传感器位置是手掌、脚底、腋窝区域，这些区域具有高的腺体密度，能够被动收集样本。在人造的无汗腺汗液复合物中检测DHEA，并且传感器在生理相关浓度范围内对DHEA敏感。还对传感器系统进行了评估，以检测在存在酸碱度波动时传感器响应的保存情况。最后，测试传感器的反应特异性并评估交叉反应性。研究表明，该传感器系统稳定，对目标生物标志物具有特异性，皮质醇和DHEA的信号不会交叉反应。

实验方法

基于毛细管的毛细作用对于分析物成分的选择性过滤是有用的，可以获得最佳的生物传感。使用色谱实验研究了纳米多孔结构膜内的流动。用作传感器基底的膜具有200纳米的孔径和110微米的厚度。毛细流动由扩散原理和其他毛细流动原理控制。层析片可以模拟成一组平行排列的纳米多孔通道。染料组分的分离不仅取决于膜的孔径，还取决于给定膜中的孔填充密度和孔填充排列。

图解说明通过多孔性限制生物分子。

使用PBS多次洗涤后基线的稳定性。

人造皮肤设置实验，人造皮肤设置示意图，

结论

这项工作展示了使用亲和电化学系统的时间生物学跟踪系统的发展。蛇形电极有助于传感器系统的灵活性和机械稳定性。该系统的基线特征表明，该系统可用于生物传感。通过电化学阻抗谱测试了该传感器对昼夜节律相关生物标志物皮质醇和DHEA的敏感性。该传感器对皮质醇和DHEA的检测限为0.1纳克/毫升，可在生理相关范围内以良好的灵敏度检测生物标志物。为了测试传感器系统的电化学稳定性，在人造皮肤中进行了测试。该传感器对模拟条件下的生物标记物浓度也很敏感。交叉反应性研究表明，传感器响应对目标生物标志物是特异性的。因此，该传感器是一种非侵入性、无标签、低成本的解决方案，用于跟踪昼夜节律诊断的时间生物学。

DOI: 10.1039/c9an01968e。