一种可穿戴超声波贴片，可通过皮肤有效地输送药物

麻省理工学院的研究人员开发了一种可穿戴超声波贴片，可以通过皮肤有效地输送药物，在伤口愈合、缓解疼痛以及各种医疗和美容治疗方面具有潜在的应用。与被动扩散和微针相比，该贴片已显示出显着增强的药物渗透率，该团队正在努力优化人体试验并探索用于疾病治疗的内部植入。

皮肤是药物输送的一种有吸引力的途径，因为它允许药物直接进入需要它们的部位，这对于伤口愈合、缓解疼痛或其他医疗和美容应用很有用。然而，通过皮肤输送药物是困难的，因为皮肤坚韧的外层阻止大多数小分子通过它。 为了更容易地通过皮肤输送药物，麻省理工学院的研究人员开发了一种可穿戴贴片，可以将无痛超声波施加到皮肤上，从而创造药物可以通过的微小通道。研究人员说，这种方法可以帮助提供各种皮肤病的治疗，也可以适应提供激素，肌肉松弛剂和其他药物。

▲贴片由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，PDMS是一种有机硅基聚合物，无需胶带即可粘附在皮肤上。该贴片嵌入了几个圆盘形压电换能器，如图所示。图片来源：由研究人员提供   “该系统提供的易用性和高可重复性为患有皮肤病和皮肤过早老化的患者和消费者提供了一种替代方案，”麻省理工学院媒体实验室副教授，该研究的资深作者Canan Dagdeviren说。“以这种方式提供药物可以提供更少的全身毒性，并且更局部、舒适和可控。” 麻省理工学院的研究助理Chia-Chen Yu和Aastha Shah是该论文的主要作者，该论文最近发表在Advanced Materials杂志上，作为该期刊“新星”系列的一部分，该系列展示了研究人员在其独立职业生涯的早期阶段的杰出工作。麻省理工学院的其他作者包括研究助理Colin Marcus和博士后Md Osman Goni Nayeem。布法罗大学的Nikta Amiri，Amit Kumar Bhayadia和Amin Karami也是该论文的作者。     声波的作用

研究人员开始这个项目是为了探索输送药物的替代方法。大多数药物是口服或静脉注射的，但皮肤是一种可以为某些应用提供更有针对性的药物递送的途径。

“皮肤的主要好处是药物可以绕过整个胃肠道。而通过口服给药，则必须提供更大的剂量，以稀释药物在胃系统中的损失，”Shah说。“这是一种更有针对性，更集中的药物输送方式。”

超声波暴露已被证明可以增强皮肤对小分子药物的渗透性，但大多数用于执行这种药物输送的现有技术都需要笨重的设备。麻省理工学院的团队希望想出一种方法，用轻量级的可穿戴贴片进行这种透皮给药，这可以使其更容易用于各种应用。 他们设计的装置由嵌入几个圆盘形压电换能器的贴片组成，可以将电流转换为机械能。每个圆盘都嵌入一个聚合物腔中，该腔包含溶解在液体溶液中的药物分子。当电流施加到压电元件上时，它们会在流体中产生压力波，产生气泡，在皮肤上破裂。这些破裂的气泡产生微射流，可以穿透皮肤坚韧的外层，即角质层。 “这为使用振动来增强药物输送打开了大门。有几个参数会导致生成不同类型的波形模式。药物输送的机械和生物学方面都可以通过这个新工具集得到改善，“Karami说。 贴片由PDMS制成，PDMS是一种有机硅基聚合物，无需胶带即可粘附在皮肤上。在这项研究中，研究人员通过提供一种叫做烟酰胺的B族维生素来测试该设备，烟酰胺是许多防晒霜和保湿霜中的一种成分。

在使用猪皮的测试中，研究人员表明，当他们使用超声波贴片输送烟酰胺时，穿透皮肤的药物量是在没有超声波辅助的情况下可以通过皮肤的量的26倍。 研究人员还将他们的新设备的结果与微针进行了比较，微针是一种有时用于透皮给药的技术，包括用微型针刺穿皮肤。研究人员发现，他们的贴片能够在30分钟内提供相同数量的烟酰胺，可以在六小时内用微针传递。 使用当前的设备，药物可以渗透到皮肤中几毫米，这使得这种方法可能对皮肤内局部起作用的药物有用。这些可能包括烟酰胺或维生素C，用于治疗皮肤上的老年斑或其他黑斑，或用于治愈烧伤的局部药物。 通过进一步改进以增加穿透深度，该技术也可用于需要到达血液的药物，例如咖啡因，芬太尼或利多卡因。

Dagdeviren还设想这种贴片可用于输送黄体酮等激素。此外，研究人员现在正在探索在体内植入类似装置的可能性，以输送治疗癌症或其他疾病的药物。 研究人员还致力于进一步优化可穿戴贴片，希望很快在人类志愿者身上进行测试。他们还计划用更大的药物分子重复他们在这项研究中所做的实验室实验。 “在我们表征了更大药物的药物渗透曲线之后，我们将看到哪些候选药物，如激素或胰岛素，可以使用这项技术提供，为那些目前必须每天自我注射的人提供无痛的替代方案。”Shah说。

编辑：黄飞