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中科院天津工業(yè)生物所制備出酶燃料電池驅(qū)動的離子電滲透面膜
2023年01月03日 10:34:27
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4289
中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學中心研究團隊，首次將柔性可穿戴的酶燃料電池與面膜相結(jié)合，在無紡布基底上制備了基于葡萄糖和葡萄糖氧化酶的酶燃料電池，并證實了其可驅(qū)動離子電滲透以促進面膜相關(guān)有效成分的經(jīng)皮吸收。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】離子電滲透是一種離子流在電場力的驅(qū)動下在介質(zhì)中有向擴散的物理過程，常被用于科學實驗、藥物釋放及臨床診斷中。
應(yīng)用電場加速離子的運動，離子電滲透可以使離子化的藥物分子在電場力的作用下主動透過皮膚的生物屏障，提高透皮和吸收的效果。然而由于技術(shù)的原因，目前基于離子電滲透的經(jīng)皮給藥技術(shù)或裝置，都需依賴外接電源或金屬基電池來驅(qū)動獲得電場力，在安全性和便捷性上不甚理想。如果可以使用生物電能，則有望進一步提高離子電滲透的安全性。
中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學中心研究團隊，首次將柔性可穿戴的酶燃料電池與面膜相結(jié)合，在無紡布基底上制備了基于葡萄糖和葡萄糖氧化酶的酶燃料電池，并證實了其可驅(qū)動離子電滲透以促進面膜相關(guān)有效成分的經(jīng)皮吸收。
酶生物燃料電池是一種生物燃料電池，是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池。生物燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率高、生物相容性好、原料來源廣泛、可以用多種天然有機物作為燃料，是綠色電池，并且在醫(yī)療、航天、環(huán)境治理等領(lǐng)域有重要的價值。
研究人員為了最大化離子電滲透效果同時保持材料的透水透氣以及生物相容性，嘗試了多種在無紡布基底上制備柔性電極的材料和方法，解決了電子中介體脫落、酶載量低、接觸電阻大、由于碳納米材料導致的面膜發(fā)黑等問題，所制備的酶燃料電池可以10 mM葡萄糖為底物產(chǎn)出約0.4 V的電壓和23 μW/cm2的功率密度。其次，研究人員以羅丹明、煙酰胺、阿司匹林和熊果苷為例，對這些分子的經(jīng)皮吸收效果進行了定性和定量的分析，基于Franz透皮實驗的結(jié)果證明該離子電滲透面膜在15分鐘內(nèi)可提高2到3倍的分子經(jīng)皮滲透量。此外，該面膜在基于小鼠急性足炎癥模型的活體動物經(jīng)皮給藥實驗中也表現(xiàn)出類似的促滲效果。最后，通過紅細胞溶血實驗和L929活性實驗均證實了該面膜材料具有良好的生物相容性。這些結(jié)果初步證明了酶燃料電池驅(qū)動的離子電滲透面膜技術(shù)的可行性，為后續(xù)進一步提升其性能和可應(yīng)用性奠定了基礎(chǔ)，也為酶燃料電池驅(qū)動其他基于離子電滲透的經(jīng)皮給藥技術(shù)的開發(fā)提供了參考。
相關(guān)論文Enzymatic biofuel cell-powered iontophoretic facial mask for enhanced transdermal drug delivery于近日發(fā)表在Biosensors & Bioelectronics上。
參考資料來源：中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所
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