吉林大學(xué)晁單明/賈曉騰/田亞平《Nat. Commun.》：鎂電池驅(qū)動(dòng)可穿戴離子電滲透貼片用于銀屑病治療

2023-01-20 來(lái)源：高分子科技

可穿戴式自供電經(jīng)皮離子電滲療法為皮膚病患者帶來(lái)了舒適和便捷，但是基于目前的供能策略在支持長(zhǎng)期有效給藥治療方面受到了限制，也是這一領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。

近期，吉林大學(xué)晁單明教授、賈曉騰副教授、田亞平教授與澳大利亞伍倫貢大學(xué)王彩云教授共同提出了一種簡(jiǎn)化的可穿戴離子電滲貼片，內(nèi)置鎂電池，用于高效和可控的透皮藥物遞送。這種電池供電的離子電滲療法具有穩(wěn)定和高效的能量供應(yīng)、簡(jiǎn)化的配置和最佳的設(shè)備-皮膚界面，為慢性皮膚疾病提供一種新的非侵入性治療方案。該工作以“An integrated Mg battery-powered iontophoresis patch for efficient and controllable transdermal drug delivery”為題發(fā)表在《Nature Communications》上。

自供電離子電滲透技術(shù)的基本設(shè)計(jì)包括電源和面向皮膚表面的藥物儲(chǔ)存器。藥物貯存器對(duì)于在電流/電壓的小窗口內(nèi)無(wú)害地促進(jìn)經(jīng)皮遞送至關(guān)重要。常用的自供電離子電滲透技術(shù)是將電源與基于水凝膠的藥物儲(chǔ)存器耦合，但是這種配置增加了離子電滲裝置的復(fù)雜性。研究人員采用通過(guò)自由基聚合方式制備的紫精基電致變色水凝膠作為集成藥物儲(chǔ)庫(kù)和電池陰極材料（圖1），消除了電極和藥物儲(chǔ)庫(kù)之間的常規(guī)界面阻抗，從而降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和形狀因素，并且這種水凝膠材料具有超軟性質(zhì)，低組織界面阻抗，抗菌和生物相容性，是一種潛在的優(yōu)異生物電子界面。

圖1 (a) 紫精基電致變色水凝膠的制備；(b-g) 電致變色水凝膠的基本表征。

研究人員通過(guò)將具有氧化還原活性的紫精基電致變色水凝膠（圖2a-2c）與鎂片進(jìn)行組裝，制備的鎂/紫精生物電池可以提供3.57 mWh cm^-2的高能量密度，該電池的能量供應(yīng)足以維持長(zhǎng)期的疾病治療（圖2d-2h）。

圖2 (a-c) 紫精基電致變色水凝膠的電化學(xué)性質(zhì)；（d-h）鎂/紫精生物電池的性能。

研究人員通過(guò)調(diào)整電致變色水凝膠中紫精的含量及施加電壓可以有效地控制藥物的遞送劑量（圖3a-3c）。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)鎂電池驅(qū)動(dòng)的離子電滲透貼片的刺激模式，可以輕松地實(shí)現(xiàn)貼片的藥物可控遞送（圖3d-3h）。

圖3 （a-c）外部電源驅(qū)動(dòng)的體外藥物釋放；（d-h）離子電滲透貼片的結(jié)構(gòu)和按需藥物釋放。

為了進(jìn)一步探究離子電滲貼片的治療效果，研究人員對(duì)咪喹莫特誘導(dǎo)的銀屑病小鼠模型進(jìn)行治療，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該貼片對(duì)銀屑病具有優(yōu)異的治療效果。此外，紫精獨(dú)特的電致變色現(xiàn)象導(dǎo)致貼片在治療過(guò)程中具有從淺黃色到紫色的顏色變化，實(shí)現(xiàn)藥物遞送過(guò)程的可視化（圖4）。

圖4 鎂電池驅(qū)動(dòng)的離子電滲透貼片對(duì)銀屑病小鼠模型的治療。

文章的第一作者是吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生周巖。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委，吉林省科技廳，長(zhǎng)春市科技計(jì)劃應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和澳大利亞研究理事會(huì)卓越中心計(jì)劃的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35990-7

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（責(zé)任編輯：xu）

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