皮質醇（CORT）又稱壓力激素，是壓力應激中的重要生物標志物，參與調節碳水化合物代謝、調節血壓、促進糖異生等，其異常分泌破壞心血管、免疫系統、腎臟、骨骼和內分泌系統的穩態，進而導致全身性代謝紊亂和慢性疾病。

近日，北京理工大學的研究人員報道了一種銪金屬-有機骨架微針（Eu-MOF@PAH MN）傳感器，這種傳感器集成微針的高效采樣和Eu-MOF的光學傳感特性，為壓力激素的在體檢測和即時分析提供一種無痛微創、便捷高效的可視化微針檢測平臺。相關工作以“Lab on the Microneedles: A Wearable Metal-organic Frameworks-Based Sensor for Visual Monitoring of Stress Hormone”為題發表在《ACS Nano》期刊上。

圖1 微針貼片制備及應用示意圖

首先，研究人員以Eu3?為中心金屬，H?BTB為配體，通過溶劑熱法構筑Eu-MOF，并對其結構、性能和CORT響應能力進行詳細研究。同時，使用氨基酸、蛋白質、葡萄糖、鹽離子等潛在的干擾分子考察其選擇特異性，評估Eu-MOF在復雜生物樣本中的應用潛力。

圖2 Eu-MOF的合成及表征

此外，研究人員通過分子動力學模擬，結合Eu-MOF與CORT傳感前后的熒光特性分析，深入探究并闡明了Eu-MOF對CORT的傳感機理，即CORT在強相互作用下通過物理吸附附著于Eu-MOF表面，形成了不發光的Eu-MOF-CORT復合物，從而導致靜態熒光淬滅，證實其在CORT的可視化檢測方面具有潛在應用價值。

圖3 CORT的響應特性及機制研究

隨后，研究人員將具有CORT選擇性識別特性的Eu-MOF負載至凝膠微針中，通過光固化法制得Eu-MOF@PAH MN（圖4）。該微針貼片能承受15 N的正應力，具有優異的機械性能，可有效刺入模擬皮膚和小鼠皮膚組織。其優異的溶脹性能（溶脹率超過150%）和低溶出率（24 h低于0.1%）確保微針在刺入皮膚組織后能夠快速實現ISF采樣以及目標分析物捕獲和傳感檢測。

圖4 Eu-MOF@PAH MNs的制備和表征

體外實驗數據表明，該微針在模擬皮膚和小鼠皮膚中呈現出優異的采樣能力和采樣效率，10 min即可達到CORT的最佳檢測效果。可實現10??~10?3M寬動態范圍內CORT的有效檢測，檢測限可達10??M，表明Eu-MOF@PAH MN對CORT具有極高對的檢測靈敏度，可覆蓋人體正常生理和病理狀態下的檢測范圍。更重要的是，不同批次的Eu-MOF@PAH MN與CORT的作用效果相同。并且，微針在靜置一周后對CORT的響應性一致，證明該微針具有良好的穩定性。

圖5 ISF中CORT的體外檢測

基于上述研究發現，研究人員進一步構建急性應激模型驗證了Eu-MOF@PAH微針傳感的高靈敏度和高選擇性，可以有效區分靜息狀態（200.98±17.67 ng/mL）和應激狀態（294.38±32.15 ng/mL）的CORT水平，組織學分析結果表明微針貼片具有良好的生物安全性。

圖6 在急性應激模型中使用Eu-MOF@PAH MNs檢測體內CORT及生物安全性評估

總之，本研究成功開發了一種高靈敏度、高選擇性和良好生物安全性的集成式微針傳感器，可實現體內CORT的即時檢測，并闡明了CORT誘導Eu-MOF熒光淬滅的傳感機理。未來，結合便攜式成像設備和智能手機，該策略可有效推動床旁、居家監測技術發展，在壓力激素異常分泌的早期預警中具有巨大的應用潛力和臨床轉化能力。

審核編輯：彭菁