文章简介
痛风关节炎是由单钠尿酸盐（MSU）结晶沉积引发的炎症性关节病，亦是临床最常见的炎症性关节炎之一。患者急性期常遭受剧烈疼痛、关节红肿热痛及活动受限的困扰，慢性期则可能出现关节畸形、骨损伤等病变，其治疗需求呈现出“急性期快速镇痛抗炎、缓解期稳定控症防复发”的典型矛盾。传统口服或注射给药方式，难以实现对病程不同阶段治疗需求的精细匹配；而现有多数微针经皮给药系统，多依赖被动扩散或内源性刺激实现药物递送，不仅难以在“急性快速释药”与“慢性持续释药”之间灵活切换，也无法有效保证药物穿透皮肤屏障、抵达深部病变组织。
基于此，深圳大学许太林团队成功研发出一套完全可穿戴、可通过手机编程调控的“超声微针给药系统”。该系统实现了在同一平台上两种给药模式的灵活切换，既能在10分钟内完成快速给药以应对急性期症状，也能实现最长50小时的持续释药以满足缓解期的稳定治疗需求；同时，借助超声诱导产生的定向声流（acoustic streaming）效应，显著增强了药物的经皮渗透效率与深部组织递送能力，有效解决了传统给药方式的核心局限。相关研究成果以“Wearable ultrasound microneedle patch for on-demand and sustained management of gouty arthritis”为题发表于《npj Flexible Electronics》。
一、“可穿戴、能编程”的超声微针贴片系统设计与治疗原理
01
系统设计
该系统由便携式可编程超声驱动板和可拉伸柔性超声微针贴片（Us-MP）组成。按功能分可分为以下三部分：
◆
贴片端（Us-MP）：PU皮肤贴附基底 + 柔性可拉伸超声换能器（PZT-5H阵列通过Cu/PI蛇形电极互连）+ 微针阵列药物递送模块；
驱动端：便携式超声驱动板；
控制端：手机APP通过蓝牙下发指令，实时调控超声输出，根据不同的释药速率需求进行调整。
02
治疗原理
（1）手机一键“发号施令”：把给药节奏变成可编程参数
驱动板上的MCU接收手机蓝牙指令（功率、时长、频率、开关状态等），并生成PWM信号，进而调控MOSFET的开关频率与占空比，实现对超声换能器输出的精细控制——也就把“给药快慢”变成了可编程的外部指令。
（2）超声“声流助推”：既加速释放，也把药送得更深
在超声作用下，微针尖端形成局部声场与定向声流，一方面促进药物从微针中更快释放，另一方面增强药物在皮肤组织中的深部扩散，从机制上补足了传统微针“释放可控性不足、深层递送不够”的短板。
图1. 可穿戴超声药物递送系统（Us-MP）概述
二、Us-MP的结构与可穿戴验证
研究团队对Us-MP做了“从结构到安全”的系统验证，包含了一下几个方面：
a. 微针阵列参数：3×3微针阵列，单针高度约700 μm、基底直径约400 μm、针间距约800 μm；单针断裂力约1.2 N，保证插入可靠性。
b. 工作频率与安全性：单个压电微针的共振频率约1.43 MHz；不同功率下计算得到的机械指数（MI）均低于常用安全阈值（MI=1），为皮肤应用留出安全裕度。
c. 柔性与耐久：蛇形电极结构使贴片可拉伸至约30%，贴合关节屈伸；在弯曲和拉伸条件下阻抗与频率变化较小，体现出结构稳定性。
d. 生物相容与热安全：连续工作10分钟表面温度保持相对稳定；重复形变后48小时释放的Pb²⁺浓度约0.02 μg/mL；细胞活性实验显示与贴片共培养细胞活性仍大于96%，提示良好生物相容性。
图2. 设备性能验证
三、体外模型释药可控性验证
团队用与皮肤力学-声学特性相近的琼脂糖凝胶做体外模型，结合理论模拟与实验验证发现：
a. 与无超声被动释放相比，超声显著增强染料在凝胶中的扩散与释放；
b.功率越高，释放越快，并且可实现多次脉冲的“分段释放”。
将痛风治疗药物秋水仙碱（colchicine）装载到微针中后，能够实现高功率下快速释放、低功率下持续释放。
图3. 体外可编程药物释放系统
四、离体与在体递送可视化证据
为了直观看清“超声到底把药送得多深、多快”，团队做了离体皮肤切片荧光与活体成像验证：
a. 离体皮肤：有超声刺激时，微针周围组织荧光强度显著增强，提示释放加速且组织渗透增强；
b. 微针贴片荧光随时间变化：低功率下荧光强度逐渐下降，高功率下下降更快，证明释放速率可由功率调控；
c. 活体IVIS：在不同功率指令下，染料在组织中的扩散/吸收呈现不同动力学，进一步坐实“可编程递送”。
图4. 体外与体内经皮给药系统
五、从急性“救火”到慢性“守护”：痛风关节炎全程管理验证
急性期：10分钟按需干预，快速抗炎消肿
研究采用MSU诱导的大鼠急性痛风模型：右后膝关节腔注射MSU悬液，24小时后贴敷Us-MP；超声开启组使用5 W、10 min刺激。随后评估关节肿胀、机械痛阈，并检测滑液炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-8）及组织H&E。图5显示超声开启的Us-MP组在肿胀与炎症指标上均表现出更优改善。
慢性期：低功率持续递送，抑制骨侵蚀进展
在慢性复发模型中，团队提前3天开始进行连续给药：超声开启组采用0.1 W低功率，贴片每50小时更换一次；随后每3天向关节腔注射MSU诱导慢性过程，最终在第29天通过micro-CT评估骨参数。图5给出了骨结构改善相关数据，用以体现长期管理与预防潜力。
图5. 急性和慢性痛风性关节炎模型管理方案
总结
这项研究把“微针的微创便利”与“超声的可编程外部调控”合并到一张可穿戴贴片里，形成了一个面向痛风关节炎的全病程经皮治疗策略：急性期用高功率实现按需快释，慢性期用低功率实现长时缓释，并通过定向声流强化深部递送。兼顾了急性发作和长期管理两种需求。作为一种集成化、可穿戴、智能化的治疗平台，该技术不仅为痛风关节炎提供了新的管理策略，也为其他炎症性疾病和慢性疾病的精准递药带来了新的启发。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41528-026-00554-4
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