Hybrid Functional Polymer-Enabled Multiplexed Chemosensor Patch for Wearable Adrenocortex Stress Profiling

氧化还原 生物传感器 安培法 分子印迹聚合物 组合化学 材料科学 化学 生物物理学 电化学 纳米技术 生物化学 生物 有机化学 电极 选择性 物理化学 催化作用
作者
Sanjida Yeasmin,Ahasan Ullah,Bo Wu,Xueqiao Zhang,Li‐Jing Cheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (43): 50034-50046 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c11374
摘要

Measuring bioactive stress hormones, including cortisol and dehydroepiandrosterone (DHEA), allows for evaluating the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis functioning, offering valuable insights into an individual's stress response through adrenocortex stress profiles (ASPs). Conventional methods for detecting steroid hormones involve sample collections and competitive immunoassays, which suffer from drawbacks such as time-consuming labeling and binding procedures, reliance on unstable biological receptors, and the need for sophisticated instruments. Here, we report a label-free and external redox reagent-free amperometric assay directly detecting sweat cortisol and DHEA levels on the skin. The approach utilizes multitarget sensors based on redox-active molecularly imprinted polymers (redox MIPs) capable of selectively binding cortisol and DHEA, inducing changes in electrochemical redox features. The redox MIP consists of imprinted cavities for specific capture of cortisol or DHEA in a poly(pyrrole-co-(dimethylamino)pyrrole) copolymer containing hydrophobic moieties to enhance affinity toward steroid hormones. The polymer matrix also incorporates covalently linked interpenetrating redox-active polyvinylferrocene, offering a stable electrochemical redox feature that enables sensitive current change in response to the target capture in the vicinity. The multiplexed sensor detects cortisol and DHEA within 5 min, with detection limits of 115 and 390 pM, respectively. Through the integration of redox MIP sensors into a wireless wearable sensing system, we successfully achieved ambulatory detection of these two steroid hormones in sweat directly on the skin. The new sensing method facilitates rapid, robust determination of the cortisol-DHEA ratio, providing a promising avenue for point-of-care assessment of an individual's physiological state.
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