健康、外观正常的面部皮肤对个人的身心健康颇为重要。经皮药物导入是有效的治疗方法。与口服和注射给药相比,经皮导入途径可以避免胃肠道的吸收和代谢,并减轻疼痛,从而提高患者的依从性。然而,只有少量药物可以通过被动扩散方式穿透皮肤,且难以维持有效的药物输送水平。中国科学院力学研究所研究员苏业旺团队设计并制备了用于皮肤电穿孔的可拉伸电子面膜(SEFM),可促进药物3-4倍导入量的效果,具备可重复使用、水洗稳定、低成本和便携等特点。相关研究成果以Stretchable Electronic Facial Masks for Skin Electroporation为题,发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上,并被编辑选为当期热点论文。
可拉伸电子面膜(SEFM)作为面部健康护理平台(图1),将电穿孔药物导入的电极制备在硅胶面膜上,以促进经皮给药。采用低成本材料、高产量制备工艺的SEFM器件(图2),结合其固有的易用性,对各个收入水平的群体均有应用潜力。本工作攻克的关键设计和技术(图3、4)包括:硅油材料引入,增强导电油墨电极在硅胶表面的附着力和变形稳定性;材料研磨,减小团聚体直径,增加油墨电极导电性;石墨烯材料掺杂,形成多导电通道,增加油墨电极导电性;蛇形网状结构设计,维持导电油墨电极大变形时的电学稳定性;炭黑掺杂高温硫化硅胶,实现导电粘接和封装。该研究通过有限元方法和实验验证了SEFM的力学、电学性能以及导电粘接和封装的有效性,并通过动物实验证明了SEFM对于加速透明质酸钠、芦荟粉、燕麦葡聚糖和D-泛醇3-4倍导入量的效果,且导入深度增加(图5)。同时,研究通过人体实验验证了烟酰胺(维生素B3)导入皮肤的效果(图6)。此外,前人文献已证明的其他药物可以通过SEFM更有效地穿透皮肤,以达到不同的治疗效果。
这一成果不仅具有重要的基础研究学术意义,而且颇具产业化应用前景。研究工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持。