痛风患者的福音:深圳大学团队开发可穿戴超声微针贴片,按需给药,精准干预
痛风，这个被称为“王者之病”的古老疾病，至今仍在困扰着全球数千万患者。当尿酸钠（MSU）晶体在关节腔内沉积，引发的不仅是撕心裂肺的疼痛——急性期患者饱受关节红肿、活动受限之苦，慢性期患者更面临关节畸形和骨质破坏的长期威胁。传统的口服或注射给药方式存在明显短板：药物需经过胃肠吸收和肝脏代谢，不仅起效慢，还可能带来全身性副作用。而现有的微针透皮给药技术虽然无痛便捷，却大多依赖被动扩散或体内环境刺激，难以灵活控制药物释放速度，更无法确保药物有效渗透到深层组织。深圳大学高等研究院许太林副教授团队近期在npj Flexible Electronics期刊发表的研究，为这一难题带来了创新解决方案——可穿戴超声响应微针贴片（Us-MP）。这是一个完全集成的智能给药系统，由柔性可拉伸的超声微针贴片和便携式蓝牙可编程超声驱动器组成。图1 可穿戴Us-MP概述。(A) 完全集成的可穿戴Us-MP的组成部分。比例尺=1厘米。(B) 通过智能手机无线控制Us-MP药物释放的电路板机制示意图。智能手机应用程序界面代表了用于无线和可编程操作超声驱动器的功能控制原型。(C) Us-MP治疗痛风性关节炎模型关节肿胀的示意图。(D) 完全集成Us-MP的可编程药物释放。1.动态贴合，随形而动：贴片内部采用蛇形铜/聚酰亚胺电极连接锆钛酸铅（PZT-5H）压电阵列，使其可拉伸高达30%，能完美贴合手指、膝盖等不同关节的活动曲面。无论是在伸直还是弯曲状态，都能保持稳定附着，确保治疗的连续性。2.超声驱动，深层渗透：微针高度700微米，尖端可产生定向声流效应。超声激活时，局部声流引导药物从微针释放并增强向深层组织的渗透，突破传统微针仅作用于表皮的局限。3.程序控释，按需调节：通过手机APP蓝牙连接，可精确调节超声功率、频率和作用时间。高功率实现10分钟内快速释药，低功率则可维持长达50小时的持续释放。图2 设备性能验证。它系统证明了：物理特性：微针的尺寸（B）、足够的机械强度（C）、压电单元的谐振频率（E）；核心功能机制：通过模拟证实了微针尖端能产生声压（F， I）和定向声流（G， H）；可穿戴性：证明了贴片可以贴合弯曲的关节（J， K）、可拉伸（L， M），且形变不影响其电声性能（N， O）；安全性：证明了设备在工作时产热极低，不会烫伤皮肤（P）。机械性能：单根微针断裂力达1.2N，远高于皮肤穿刺所需的0.5N。反复拉伸测试显示，贴片在模拟皮肤日常活动的条件下，7天内药物释放性能变化小于10%。生物安全性：红外热成像显示，贴片在工作期间温度保持稳定，远低于对皮肤造成伤害的阈值。其铅离子释放量也仅为0.02μg/mL，远低于安全标准。组织学和细胞学检查均未发现炎症反应或细胞毒性，细胞存活率保持在96%以上。为了模拟临床场景，团队分别在急性和慢性痛风大鼠模型上验证了Us-MP的治疗效果：急性痛风模型：在高功率超声（5W）激活10分钟后，Us-MP在24小时内使关节肿胀消退高达90%，并显著缓解了疼痛。关节液中的IL-1β、TNF-α等关键炎症因子水平降至接近正常，滑膜组织的炎症浸润也明显减轻。与口服秋水仙碱相比，Us-MP局部给药能在关节腔内实现更高的药物浓度，同时降低全身性的药物暴露，实现了“靶向治疗”。图3 急性痛风性关节炎模型管理。Us-MP在高功率下能快速消肿（A-C）、止痛（文中提及PWT）、降低关键炎症因子（D-F），并改善关节滑膜的组织病理状态（G）。与口服药对比，局部给药优势明显。慢性痛风模型：在持续4周的慢性痛风模型中，通过低功率超声（0.1W）驱动Us-MP，每50小时更换一次贴片。结果显示，治疗组大鼠的骨密度、骨小梁数量和骨体积分数等关键指标均显著优于未治疗组，其骨骼结构接近健康水平，有效阻止了由MSU晶体长期刺激导致的骨质侵蚀。图4 慢性痛风性关节炎模型管理。Us-MP在低功率下持续给药，能显著防止慢性痛风导致的骨侵蚀。通过Micro-CT这一金标准手段，定量地证明了治疗组的骨密度（J）、骨小梁数量（K）和骨体积分数（M）等指标都远优于未治疗组，接近健康对照组，展示了其阻止关节破坏的长期疗效。研究团队还建立了完整的理论模型，通过COMSOL有限元分析模拟了微针周围的声场分布和声流效应。模拟结果显示，压电微针可在尖端产生不均匀的纵向声压梯度，形成定向声流，这一理论预测与琼脂糖凝胶中的染料释放实验高度吻合。论文最后指出，下一步将集成传感模块，构建具有闭环控制能力的完全集成可穿戴平台——通过传感器实时接收生理信号，自动触发给药，实现真正的智能化疾病管理。总而言之，这项研究为痛风治疗提供了新工具，对于需要长期用药的慢性病患者而言，这种“贴一贴、手机控制”的治疗方式，或将对改变他们的生活质量提供帮助。注：本文基于预印本稿件撰写，最终版本以正式发表为准。论文信息：Zhang, S., Zhou, Z., Chen, L. et al. Wearable ultrasound microneedle patch for on-demand and sustained management of gouty arthritis.npj Flex Electron(2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00554-421dB声学人是中国科学院声学研究所苏州电声产业化基地旗下科技媒体，专注于声学新技术、音频测试与分析、声学市场调研、声学创业孵化、知识产权服务等。稿件投稿 ｜ 创业支持 ｜ 知产服务 ｜ 技术转化本文内容基于该期刊论文公开信息撰写，仅供学术交流与信息分享，不为其版权负责。所有技术细节、实验数据与结论均以原论文为准。如涉及侵权、隐私等问题，请联系我们及时删除。联系微信：acoustic21dB
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