创新医美 | 基于声孔技术的柔性贴片超声cUSP用于皮肤药物递送与深度穿透

今天的文章里，超哥为大家介绍一种可用于医美领域的创新符合型超声贴片（cUSP），通过诱导液体耦合介质中的中频声孔效应，显著增强皮肤穿透性，从而提高化妆品和药物的经皮输送。该研究展示了超声贴片在体外猪模型中的应用，验证了其在短时间、大面积使用中的效果。超声贴片通过嵌入柔性弹性体中的压电换能器，产生局部空化泡，增加药物的皮肤穿透途径。贴片由四个压电元件（PZT）嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底中，封装在防水层中，最终形成直径为5厘米的圆形贴片，用于皮肤附着。实验结果显示，超声贴片能显著增强烟酰胺的传输效果，在10分钟的超声应用后，传输增强了26.2倍。该技术在化妆品和药物传输方面具有广泛的应用前景，不仅可用于治疗皮肤病和修复受损皮肤，还可应用于延缓皮肤衰老的护肤产品中，未来的研究将重点解决这些问题，进一步优化设备设计和性能，推动其在临床中的应用。

本文提出了一种创新的符合型超声贴片（cUSP），用于通过诱导液体耦合介质中的中频声孔效应增强皮肤穿透性，从而提高化妆品和药物的经皮输送。研究表明，该贴片能显著增强烟酰胺在体外猪模型中的传输效果，验证了其在短时间、大面积应用中的适用性。

文中提出的cUSP超声贴片与其他医美导药系统对比

研究背景

技术原理

超声贴片通过嵌入柔性弹性体中的压电换能器，在皮肤和贴片之间的液体耦合介质中产生局部空化泡，从而增加药物的皮肤穿透途径。多物理场模拟、声谱分析和高速视频摄影用于表征换能器偏转、声压场及空化泡动态。

柔性超声器件的概念图：a) 符合型超声贴片（cUSP）的二维阵列照片（直径5厘米，厚度2毫米），附在弯曲的玻璃圆柱上；比例尺：1厘米。b) cUSP二维阵列的爆炸视图（5厘米×5厘米×2毫米），显示每一层的组成部分；比例尺：5毫米（插图显示了PZT-D元件和皮肤之间形成的液体空腔；比例尺：2毫米）。c) cUSP在皮肤上的示意图，显示了设备与皮肤之间空腔内的空化机制，以及药物通过角质层的渗透。为了清晰地展示工作机制，角质层厚度与设备尺寸的比例被扭曲了。d) 设备在212 kHz频率和50 V应用电压下以径向模式运行的声压分布，显示了在空腔内介质中未衰减的压力区（≈100 kPa），足以产生空化。

设计与制造

超声贴片由四个压电元件（PZT）嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底中，每个PZT元件直径为10毫米，厚度为2毫米，通过精确控制的浸涂法进行超薄PDMS层包覆，形成防水封装。系统被放置在自定义3D打印的聚乳酸模具中，并完全封装在2毫米厚的PDMS层中。贴片的初始尺寸为5厘米×5厘米，最终修剪为直径5厘米的圆形，用于皮肤附着。   

设备的机电特性表征：a) 实验（蓝色）和模拟（红色）的阻抗曲线，显示了在0.2–1 MHz频率范围内的共振和反共振峰。b) 实验（蓝色）和模拟（红色）的压电元件顶表面的位移结果，跨越0.2–1 MHz的扫频范围。实验位移曲线对应于设备中心小区域（1 mm²）的平均z向位移，而模拟数据映射了设备几何中心单点的总位移。c) 在2个共振模式（fr, ft）下，施加连续10 V正弦信号到PZT-D时测量的设备中心的平均位移。d) 顶表面PZT-D（以20 nm为上限）的模拟位移，配有1 mm厚的PDMS基底。e) 在PZT-D底部PDMS基底中的模拟位移（位移对数）。在两种情况下，PZT-D都以fr、50 V驱动。f) 单个PZT-D元件（裸露、无涂层）、带有PDMS涂层的单个PZT-D元件和cUSP在0.1–1 MHz频率范围内的实验测量阻抗图。

实验验证 

研究团队在猪皮模型上进行了体外实验验证。结果表明，超声贴片显著增强了烟酰胺的传输效果。在10分钟的超声应用后，烟酰胺的传输增强了26.2倍，证明了该设备在患者和消费者中短时间、大面积应用声孔效应的适用性。

体外增强药物渗透 ：a) 体外皮肤渗透研究的实验设置。b) 单个PZT-D元件在超声和热（热控制）应用时间与对照（被动渗透）下的皮肤电阻归一化。误差条表示测量的标准偏差（n = 3）。c) 单个PZT-D元件在超声和热（热控制）应用下与对照（被动渗透）下渗透的烟酰胺（NIA）量。误差条表示测量的标准偏差（n = 3）。d) 用于cUSP设备体外研究的定制Franz细胞。猪皮夹在顶部（紫色）和底部（粉红色）腔室之间，cUSP正面朝下（当前显示为正面朝上）放置在猪皮表面；比例尺：10毫米。e) cUSP阵列在超声应用下与对照（被动渗透）下渗透的烟酰胺（NIA）量。*表示数据集与对照显著不同（p < 0.05）。†表示计算中考虑的皮肤面积已调整，以同等扣除每次研究中未覆盖皮肤的邻近区域（见实验部分）。对于所有情况，超声应用时间为10分钟（蓝色阴影区域）。f) cUSP阵列在超声应用下与微针相比的烟酰胺（NIA）渗透量。与4小时微针扩散曲线相比，cUSP阵列在30分钟内实现了类似的NIA渗透。g, h) 多光子共聚焦显微镜图像，显示被动扩散（g）和10分钟超声处理（h）下，罗丹明B（RhB）渗透到猪皮样本垂直切片（7微米厚）中的情况；比例尺：200微米。i) 在6个猪皮样本中显示荧光的组织百分比（n = 3，被动扩散；n = 3，10分钟超声处理）。使用ImageJ对共聚焦图像进行荧光阈值处理

应用前景与挑战

该超声贴片在化妆品和药物传输方面具有广泛应用前景。它不仅可以用于治疗皮肤病和修复受损皮肤，还可以应用于延缓皮肤衰老的护肤产品中。未来的优化和微型化研究将推动该技术在更广泛领域的应用。尽管该技术在实验室研究中表现出色，但在临床应用中仍面临一些挑战，如设备的长期稳定性、生物相容性和热管理问题。未来研究将重点解决这些问题，进一步优化设备设计和性能，推动其在临床中的应用。 

文章来源：医工超人