关节炎是全球常见的健康问题，目前骨关节炎影响着全球7.6%的人口，类风湿关节炎影响着1.5%的人口。口服给药和注射是主要治疗方式，但口服给药因首过效应导致生物利用度降低，注射具有侵入性且需专业操作，两种方式均难以维持稳定药物浓度。经皮给药作为一种非侵入性策略，虽可避免上述问题，但现有技术仍面临各自的挑战。例如，可穿戴超声设备结构复杂、成本较高；离子导入技术主要适用于带电小分子，对大分子和中性药物促渗效果有限；微针在长期使用中存在感染风险。相比之下，电穿孔技术促渗范围更广（可涵盖小分子、多肽、疫苗及DNA等），同时兼具低成本与低感染风险的优势。然而，现有的可穿戴电穿孔装置透气性差，且无法将电场严格限制在皮肤表层，容易导致深层组织刺激和患者不适，这严重限制了其临床应用。

近日，中国科学院力学所苏业旺研究员团队提出了一种透气、可拉伸的电穿孔贴片（BSEP），以低成本方式将传统药物贴片与电穿孔技术集成于一体。该贴片通过丝网印刷，将导电墨水图案化地沉积在透气、可拉伸的无纺布基底上。为满足经皮给药对电穿孔安全性的严格要求，研究团队创新性地采用蛇形叉指电极结构，将电场精确局限在皮肤浅层，相较于传统的对称蛇形电极，使深层组织电压降低50%以上，显著提升了治疗安全性。动物实验最终证明，该BSEP能有效增强药物经皮渗透，相较于空白对照组，递送效率提升2-3倍。这项发展为安全的经皮促渗给药平台提供了重要进展。相关论文以“Breathable, Stretchable Electroporation Patches for Drug Delivery”为题，发表在国际学术期刊Small上。

图1展示了BSEP的整体结构与工作机制。该贴片由导电油墨电极、无纺布基底、磁扣和控制器组成，使用时贴附于皮肤，控制器可磁吸固定并重复使用，主体则一次抛弃。BSEP具备优异的拉伸、弯曲和扭转适应性，能贴合肘、膝等不规则关节；其所用的导电油墨、无纺布基底、丝网印刷网版及磁扣等原材料成本低廉，且制造工艺简便，整体成本远低于传统透皮增强装置；其蛇形叉指电极具有正负电极交替排列、间距极小的结构特征，能够将高压脉冲产生的电场限制在皮肤表层，有效避免对深层组织的刺激。图2和图3分别优化了导电油墨配方与丝网印刷工艺，使印刷电极兼具低电阻和良好的电学稳定性。图4评估了BSEP的电学、力学性能及舒适性。其叉指结构可将电场能量限制在皮肤浅层，有限元分析结果显示，相较于传统蛇形网络电极，该结构能使深层组织电压降低超过50%。蛇形结构电极保证了拉伸及曲面贴附下的电阻稳定性。此外，该贴片耐洗性好，且透气透湿性优异，可有效防止汗液积聚。图5的动物实验验证了BSEP的体内药物递送效果与安全性。在大鼠背部对比了叉指电极与传统蛇形电极：两者电穿孔促渗效果相当，均显著高于对照组；但叉指电极药物分布更均匀，仅造成角质层内约50微米可恢复微孔，且无应激反应与组织损伤，而蛇形电极则导致组织损伤和严重抽搐。综上所述，本研究提出的透气可拉伸电穿孔贴片（BSEP），以低成本方式将传统药贴与电穿孔增强经皮给药技术深度融合，专为骨关节炎、类风湿关节炎等慢性疾病的长期、定点经皮给药设计。通过优化油墨配方和丝网印刷工艺，并创新性地引入叉指电极结构，BSEP实现了高导电性、优异的力学稳定性和佩戴舒适性，并将电场精确局域化至皮肤浅层。

中国科学院力学所联合培养硕士生李卓然和中国科学院动物所博士生郭海涛为共同第一作者，天津科技大学平学成教授、力学所已毕业博士李爽、动物所顾奇研究员和力学所苏业旺研究员为共同通讯作者。

原文链接：http://doi.org/10.1002/smll.73624

图 1. BSEP的展示与作用机理。（a）BSEP的使用示意图；（b）BSEP的装置结构分解示意图；（c）控制器及其产生的方波脉冲（±60 V，脉冲宽度 200 μs）；（d-f）BSEP的大变形性能：拉伸、弯曲与扭转；（g）BSEP所用叉指电极结构的简化模型；（h）BSEP实现皮肤电穿孔的底层机理示意图。

图 2. 高性能导电油墨的制备。（a）导电油墨的原料，i) 炭黑，ii) 石墨烯，iii) 丙烯酸树脂，iv) 催化剂。（b）不同石墨烯占比的导电油墨的表观黏度随剪切速率的实验变化。（c） 不同石墨烯占比的导电油墨样品的电导率与黏度。（d）不同丙烯酸树脂配比的导电油墨对无纺布的附着力测试。（e）不同丙烯酸树脂占比的导电油墨样品的电导率。（f）低丙烯酸树脂配比的导电油墨。（g）高丙烯酸树脂配比的导电油墨。（h-j）不同丙烯酸树脂配比的导电油墨的 50% 弯曲疲劳测试结果。（k）固化油墨在弯曲变形下的厚度变化与表面应变。

图 3. BSEP的制备。（a）BSEP 的制备工艺流程。（b）不同基底上印刷的导电油墨的电阻。（c）无纺布基底上导电油墨的 SEM 图像。（d）PET 基底上导电油墨的 SEM 图像。（e）不同网目数（100–250目）丝网印刷油墨的电阻。（f）不同网目数下无纺布基底上油墨的截面 SEM 图像：(i) 100目（厚度25.54 μm）；(ii) 150目（厚度19.24 μm）；(iii) 200目（厚度14.60 μm）；(iv) 250目（厚度10.12 μm）。（g）不同网目数印刷油墨的表面 SEM 图像（i–iv：100–250 目）。（h）不同加热温度与时长下油墨的电阻变化。（i-j）不同固化条件下油墨的表面 SEM 图像：i 组为 120℃固化（i）15 min、（ii）50 min；j 组为 200℃固化（i）15 min、（ii）50 min。

图 4. BSEP的力学与电学性能。（a）有限元分析（FEA）得到的两种模型在皮肤表面及不同皮肤深度（即角质层、表皮、真皮和皮下组织）产生的模拟电压。（b）BSEP 诱导的皮肤表面电压的实验测量。（c）模型与有限元分析（FEA）的电场分布对比。（d）有限元分析（FEA）得到的两种结构在 0%–25% 拉伸范围内的相对电阻变化。（e）BSEP贴合不同曲率圆柱时的相对电阻变化。（f）BSEP 在超声波清洗机（UCM）中的超声波清洗测试。（g）透气性测试原理。（h-i）不同测试样品的透气性与透湿性测试结果。

图 5. 基于BSEP的透皮给药动物实验。（a）对照组人皮肤成纤维细胞的活 / 死染色结果（n=3）。（b）与 BSEP 共培养的人成纤维细胞活 / 死染色结果，表明 BSEP 无细胞毒性（n=3）。（c）采用两种电极构型（传统蛇形电极（电穿孔组 1）和叉指电极（电穿孔组 2））的 BSEP 在 SD 大鼠上的透皮给药实验。（d）对照组与电穿孔组 1/2 中透明质酸在不同皮肤深度的平均荧光强度（AGV）。（e）三种药物（透明质酸、布洛芬、双氯芬酸钠）在 10 μm 深度处的平均荧光强度对比。（f）不同电压水平和处理时长下布洛芬的透皮渗透增强效果。（g）不同电压水平和处理时长下双氯芬酸钠的透皮渗透增强效果。