Традиционные методы измерения уровня кортизола ограничены разовыми замерами в крови или слюне, что затрудняет изучение динамики гормона в течение дня. Горизонтальные экспресс-тесты, основанные на латеральном потоке (LFA), дают лишь «снимки» состояния организма и не показывают реакции на острый стресс или циркадные колебания. Это стимулировало ученых к созданию носимого решения.

Новая система превращает одноразовые LFA-тесты — те же, что применяются в тестах на беременность и экспресс-тестах COVID-19 — в непрерывные биосенсоры. Пластырь собирает пот и анализирует концентрацию кортизола, превращая его в оптический сигнал, который можно считывать камерой смартфона.

Это позволяет получать временные серии данных и отслеживать биохимические колебания на протяжении часов.

Платформа предлагает два подхода к сбору образцов: электронный и пассивный. В электронном варианте встроенный таймер запускает ионофорезные электроды, стимулируя выделение пота через определенные интервалы времени. Пассивная версия использует растворимые бумажные затворы, которые последовательно высвобождают пот, в паре с электрохромной ячейкой, служащей визуальным таймером. Это исключает необходимость в батареях.

Центральный элемент технологии — бумажная полоска с золотыми наночастицами, обеспечивающая усиленный оптический сигнал. В основе метода лежит конкурентный анализ: молекулы кортизола из пота борются с контрольными молекулами за место на тест-полоске. Чем выше концентрация гормона, тем слабее окрашивается линия. Это позволяет превратить яркость полоски в точные цифровые показатели стресса. Слои с разной гидрофильностью предотвращают запотевание и нежелательное впитывание, что повышает надежность.

Испытания на людях показали высокую точность и информативность системы.

Измерения следовали циркадным ритмам: кортизол был выше утром и снижался в течение дня. Во время стресс-тестов с погружением руки в ледяную воду уровни гормона в поте и крови повышались синхронно. После перелетов и смены часовых поясов утренние и дневные уровни кортизола временно менялись местами. Это показывает, что платформа может отслеживать нарушение циркадных ритмов и процесс восстановления организма.

Текущая система имеет ряд ограничений. Она фиксирует изменения уровня кортизола с задержкой 20 минут, поскольку пот проходит через сенсор за 6-12 минут, из-за чего быстрые колебания гормонов могут оставаться незамеченными. Кроме того, компактная конструкция вмещает лишь четыре тест-полоски, что ограничивает длительность пассивного мониторинга 1,5 часами подряд.

Тем не менее, преобразование одноразовых LFA-тестов в гибкие носимые устройства открывает путь к недорогому, высокочувствительному и малоинвазивному мониторингу биохимических показателей, считают разработчики.