吉林大学晁单明/贾晓腾/田亚平《Nat. Commun.》：镁电池驱动可穿戴离子电渗透贴片用于银屑病治疗

2023-01-20 来源：高分子科技

可穿戴式自供电经皮离子电渗疗法为皮肤病患者带来了舒适和便捷，但是基于目前的供能策略在支持长期有效给药治疗方面受到了限制，也是这一领域的重要挑战之一。

近期，吉林大学晁单明教授、贾晓腾副教授、田亚平教授与澳大利亚伍伦贡大学王彩云教授共同提出了一种简化的可穿戴离子电渗贴片，内置镁电池，用于高效和可控的透皮药物递送。这种电池供电的离子电渗疗法具有稳定和高效的能量供应、简化的配置和最佳的设备-皮肤界面，为慢性皮肤疾病提供一种新的非侵入性治疗方案。该工作以“An integrated Mg battery-powered iontophoresis patch for efficient and controllable transdermal drug delivery”为题发表在《Nature Communications》上。

自供电离子电渗透技术的基本设计包括电源和面向皮肤表面的药物储存器。药物贮存器对于在电流/电压的小窗口内无害地促进经皮递送至关重要。常用的自供电离子电渗透技术是将电源与基于水凝胶的药物储存器耦合，但是这种配置增加了离子电渗装置的复杂性。研究人员采用通过自由基聚合方式制备的紫精基电致变色水凝胶作为集成药物储库和电池阴极材料（图1），消除了电极和药物储库之间的常规界面阻抗，从而降低了系统复杂性和形状因素，并且这种水凝胶材料具有超软性质，低组织界面阻抗，抗菌和生物相容性，是一种潜在的优异生物电子界面。

图1 (a) 紫精基电致变色水凝胶的制备；(b-g) 电致变色水凝胶的基本表征。

研究人员通过将具有氧化还原活性的紫精基电致变色水凝胶（图2a-2c）与镁片进行组装，制备的镁/紫精生物电池可以提供3.57 mWh cm^-2的高能量密度，该电池的能量供应足以维持长期的疾病治疗（图2d-2h）。

图2 (a-c) 紫精基电致变色水凝胶的电化学性质；（d-h）镁/紫精生物电池的性能。

研究人员通过调整电致变色水凝胶中紫精的含量及施加电压可以有效地控制药物的递送剂量（图3a-3c）。此外，通过调节镁电池驱动的离子电渗透贴片的刺激模式，可以轻松地实现贴片的药物可控递送（图3d-3h）。

图3 （a-c）外部电源驱动的体外药物释放；（d-h）离子电渗透贴片的结构和按需药物释放。

为了进一步探究离子电渗贴片的治疗效果，研究人员对咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型进行治疗，实验结果表明该贴片对银屑病具有优异的治疗效果。此外，紫精独特的电致变色现象导致贴片在治疗过程中具有从浅黄色到紫色的颜色变化，实现药物递送过程的可视化（图4）。

图4 镁电池驱动的离子电渗透贴片对银屑病小鼠模型的治疗。

文章的第一作者是吉林大学化学学院博士研究生周岩。该研究得到了国家自然科学基金委，吉林省科技厅，长春市科技计划应用基础研究项目和澳大利亚研究理事会卓越中心计划的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35990-7

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（责任编辑：xu）

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