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雖然廣告總是說得天花亂墜，但關心護膚的朋友一定知道，大多數護膚品中的各種功效成分實際上并不能深入真皮層或更深的層次產生作用。這是由于構成皮膚表皮層的角質細胞、表皮細胞和角化細胞等密集地排列在一起，形成了屏障功能，防止外部分子進入。
這層屏障也給醫學帶來了挑戰性，限制了通過皮膚給藥的應用范圍。然而，由于可以繞開消化系統，避免藥物經肝臟或腸道的代謝損失，也能避免口服藥物后胃腸道反應的發生，以及長期治療時患者更好的依從性，通過皮膚給藥依然是具有一定的優勢。因此，科學家們希望能夠找到方法，攻克皮膚屏障帶來的給藥障礙，使得皮膚給藥能夠更好地應用于傷口愈合、止痛和其他醫療、美容領域。
近日，麻省理工學院（MIT）的研究人員為了能讓藥物更好地經由皮膚進入身體，開發了一種可穿戴的貼片，利用無痛超聲波作用于皮膚，創造出微小的通道，使得藥物能夠更易于穿透皮膚。相關成果以“AConformableUltrasoundPatchforCavitation‐EnhancedTransdermalCosmeceuticalDelivery”為題發表于AdvancedMaterials。
圖1研究成果（圖源：[1]）
研究人員稱，該方法不僅可用于各種皮膚疾病的治療，還可以用于輸送激素、肌肉松弛劑和其他藥物。研究的資深作者、麻省理工學院媒體實驗室的副教授CananDagdeviren表示：“這一方法所展現出的使用簡便、易于重復等特性，為那些患有皮膚疾病和過早皮膚老化的患者帶來了一種改變游戲規則的新選擇。通過這種方式輸送藥物可實現更少的全身毒性，以及更高的局部性、舒適性和可控性。”
雖然過去的研究表明，紫外線可以增加皮膚對小分子藥物的滲透性，然而，想要通過這種方式實現藥物輸送總免不了需要配備大型設備。MIT團隊此次開發出的可穿戴貼片則突破了這一方面的限制，能夠適用于更多場合。
該貼片的主要材料為聚二甲基硅氧烷（poly(dimethylsiloxane)，PDMS），其中嵌入了數個圓盤狀的壓電傳感器。PDMS是一種基于硅的聚合物，可以直接粘附在皮膚上，無需額外的粘合劑。每個圓盤所在的空腔中，都可以儲存溶解有藥物分子的液體溶液。當電流流經這些壓電元件時，壓電元件就能將電流轉化為機械能，在液體中產生壓力波，從而在皮膚上產生破裂的氣泡。而氣泡破裂所產生的微射流，能夠穿過皮膚堅硬的角質層。
這一現象在物理學上叫做“聲空化”。當液體暴露在高強度的超聲下時，在某些時刻液體局部壓力降低，液體中的微小氣泡會劇烈生長和振蕩，形成氣泡或者空腔，但很快又會因為聲波的周期性擠壓作用而發生收縮，當氣泡收縮達到臨界尺寸時，氣泡會驟然坍塌并釋放出高額能量。
低頻聲電泳（low-frequencysonophoresis，LFS，20–100kHz）、中頻聲電泳（IFS，100kHz-1MHz）、高頻聲電泳（HFS，>1MHz）都可以誘導聲空化，但形成的空化氣泡的共振半徑不同，增強皮膚滲透性的機制也不相同。傳統上，主要選擇HFS來增強皮膚的滲透性，且其產生的氣泡密度更高，大小與脂質雙層的細胞間距相當。然而，又有發現表明，使用LFS產生更大的氣泡，可以更好地利用氣泡坍塌、微噴射等瞬態現象，而IFS則是一個有效的折衷方案。
圖2可穿戴貼片的結構與原理（圖源：[1]、[2]）
在這項研究中，研究人員采用了IFS方案，并通過測試煙酰胺的輸送情況來測試該貼片的效率。煙酰胺是一類B族維生素，是許多防曬霜和保濕劑的常見成分。結果表明，通過超聲貼片輸送的煙酰胺比沒有超聲輔助穿透皮膚的藥物量大26倍。與微針穿刺皮膚輸送藥物相比，超聲貼片可在30分鐘內輸送微針6小時內的輸送量。
圖3煙酰胺被動滲透和經10分鐘超聲處理后的對比（圖源：[1]）
目前，該超聲貼片可使藥物穿透幾毫米厚的皮膚，這對于那些在皮膚內部起效的藥物來，比如用于治療老年斑或其他皮膚黑斑的煙酰胺或維生素C，或用于治療燒傷的局部藥物，具有良好的臨床價值。
研究人員考慮對該超聲貼片進一步升級，使得藥物穿透深度增加，以幫助那些需要達到血液的藥物，如咖啡因、芬太尼或利多卡因，能夠起效。Dagdeviren還構想了這種貼片用于輸送孕激素之類激素的可能性。此外，研究人員現在正在探究將類似的設備植入體內的可能性，如果成功，該貼片還將有望輸送治療癌癥或其他疾病的藥物。
