中科院天津工業(yè)生物所制備出酶燃料電池驅(qū)動(dòng)的離子電滲透面膜
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】離子電滲透是一種離子流在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下在介質(zhì)中有向擴(kuò)散的物理過(guò)程，常被用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、藥物釋放及臨床診斷中。
應(yīng)用電場(chǎng)加速離子的運(yùn)動(dòng)，離子電滲透可以使離子化的藥物分子在電場(chǎng)力的作用下主動(dòng)透過(guò)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(lái)驅(qū)動(dòng)獲得電場(chǎng)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(jìn)一步提高離子電滲透的安全性。
中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)，首次將柔性可穿戴的酶燃料電池與面膜相結(jié)合，在無(wú)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(shí)了其可驅(qū)動(dòng)離子電滲透以促進(jìn)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(jī)物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類(lèi)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(lái)源廣泛、可以用多種天然有機(jī)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(jià)值。
研究人員為了最大化離子電滲透效果同時(shí)保持材料的透水透氣以及生物相容性，嘗試了多種在無(wú)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(dǎo)致的面膜發(fā)黑等問(wèn)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(duì)這些分子的經(jīng)皮吸收效果進(jìn)行了定性和定量的分析，基于Franz透皮實(shí)驗(yàn)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(dòng)物經(jīng)皮給藥實(shí)驗(yàn)中也表現(xiàn)出類(lèi)似的促滲效果。最后，通過(guò)紅細(xì)胞溶血實(shí)驗(yàn)和L929活性實(shí)驗(yàn)均證實(shí)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(dòng)的離子電滲透面膜技術(shù)的可行性，為后續(xù)進(jìn)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(dòng)其他基于離子電滲透的經(jīng)皮給藥技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了參考。
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參考資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所
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