用于超聲促滲的可拉伸電子面膜研究獲進展 _健康小知識

經皮給藥在醫學治療上已有較大貢獻。相對來說，傳統直接給藥方法（注射或口服）適用于全身性疾病和需要立即給藥的急性疾病，而對于某些局部疾病，需要主動和靶向釋放機制來降低非靶點的毒性并提高治療的總體療效，經皮給藥系統具有顯著優勢。目前，加速藥物經皮導入的策略主要包括傳統化學增強、離子促滲、超聲促滲、微針等。超聲促滲，即利用超聲波的物理效應促使藥物導入或穿過皮膚，如甘油、透明質酸（HA）、煙酰胺、納米顆粒、蛋白質、DNA和病毒疫苗。與傳統化學增強劑和離子導入相比，超聲促滲可以在更大的分子量范圍內增加皮膚的滲透性，最大可達數萬道爾頓（納米級長度），而不涉及對活細胞的刺激或毒性以及嚴重的皮膚疼痛。微針可以導入小分子，也可以導入大分子，但它具有物理入侵性，這增加了對安全性和無菌性的額外考慮。超聲促滲包括低頻超聲促滲（LFS ， 20-100kHz）和高頻超聲促滲（HFS ， ≥0.7MHz）基于空化效應，但LFS的空化產生在皮膚表面上，而HFS的空化發生在皮膚細胞間。其他機理如熱效應，在某些情況下也可能發揮重要作用。
改善面部健康狀況對所有年齡段的人均具有重要意義，設計出可穿戴柔性電子器件將超聲促滲技術應用于面部健康護理是頗有吸引力的想法。近年來，研究設計和制備出一系列的大變形柔性超聲器件，這些器件在醫療健康領域頗有應用潛力，其中多數用于貼合復雜表面來監測或成像內部結構，如復雜內部缺陷的三維圖像、中心動脈血壓、深層組織血液動力學、血流速度等。關于此類超聲器件的主動治療能力，有研究開發了柔性超聲治療貼用于加速慢性傷口愈合。然而，目前，尚未發現有研究將其應用于經皮給藥或將其應用于具有大面積、復雜表面的整個人臉。
中國科學院力學研究所研究員蘇業旺團隊設計并制備了一種可拉伸電子面膜（SEFM），可集成各種傳感器和執行器，作為面部健康護理平臺（圖1）。作為一個器件級的演示，將超聲促滲的功能組件集成在平臺上，以促進經皮給藥。 SEFM由可拉伸島橋網狀電路、特別設計的諧振頻率為1MHz的壓電陣列和人臉狀封裝組成。為了克服人臉大面積復雜曲面帶來的技術挑戰，本工作開發的關鍵設計和技術（圖2）包括壓電元件的單側結構設計，以實現低彎曲剛度和高彎曲能力；由兩個平面半臉部分沿非直線邊界拼接的封裝層設計，能夠實現平面島橋網狀電路的封裝，并可與具有三維復雜曲面的人臉共形貼合；單面軟壓（SSSP）封裝工藝，進一步降低SEFM的剛度；有機-無機復合結構，以增強互連導線（“橋”）的延展性和魯棒性；具有細長外形的四柱設計，以實現均勻的聲強和較大的聲場總功率，其中許多可擴展到其他可拉伸電子器件的設計和制造。研究通過有限元方法和實驗驗證了SEFM的力學、熱學、電學和超聲性能（圖3、4），并通過動物實驗和人臉實驗證明了SEFM對于加速透明質酸導入皮膚的效果（圖5）。此外，前人文獻已證明的其他藥物也可以通過使用SEFM更有效地穿透皮膚，以達到不同的治療效果。該成果具有重要的基礎研究學術意義以及較好的產業化應用前景。
近日，相關研究成果以StretchableElectronicFacialMasksforSonophoresis為題，發表在ACSNano上。研究工作得到大連理工大學、中科院動物研究所、哈爾濱工業大學的支持，并得到國家自然科學基金、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、中科院“創新交叉團隊”項目等的資助。