Advanced Materials:基于化学工程的智能、轻量、小型、可穿戴的药物递送与诊断体系

随着现代技术的不断发展,多种检测技术与药物递送手段不断轻量化、小型化、便捷化,摆脱了笨重的仪器设备和冗杂的实验操作,逐渐走进临床实践中来。可穿戴器件作为近年来的研究热点,在医疗检测和药物递送领域受到广泛关注。

华中科技大学陈伟教授、王琳教授、王征教授以及新加坡国立大学陈小元教授团队该领域取得了突破性研究,如动态全向粘附微针口服递送系统(Wei Chen, et al. Sci. Adv. 2022, 8, eabk1792),智能采样咽拭子(Wei Chen, et al. Matter 2020, 3 (5), 1589-1600)以及智能控糖贴片(Wei Chen, et al. Nat. Commun. 2017, 8, 1777)等。基于此,团队对于仿生轻量、小型化可穿戴器件相关工作作出综述,以期为广大有志于加速临床转化研究的学者增添新思路。

本文重点从器件工程学设计、器件应用及未来展望三个方面介绍了近年来轻量、小型化可穿戴器件的研究进展。在设计上,参考自然界进化而来的各种生物功能结构,研究团队总结了仿生智能器件的构建策略,包括仿生定向结构、仿生通道结构、仿生固液界面、仿生光学结构、仿生流动传感器和仿生粘附结构等方面。此外,化学官能团修饰,生物大分子修饰以及纳米修饰技术能进一步提升器件功能,增强其生物响应特性(图1)。

图1. 轻量、小型化智能可穿戴器件及其修饰方法。

从应用的角度来看,目前已有多项相关产品得到FDA批准进入临床试验或商品化阶段,研究团队以多种产品和原型为例,分别讨论了皮肤贴片、智能衣物、功能化隐形眼镜、智能牙套、智能珠宝、智能口罩等。从局部生物信号的检测到智能释药,从环境信号收集到增强生物功能等多个角度,详细分析了化学工程技术如何帮助这些智能器件深入参与人们的日常生活和科学研究。

需要指出,即使轻量、小型化的可穿戴设备具有相当的市场价值和应用潜力,其舒适度、环境稳定性、个性化及持久性等方面仍面临一些挑战。发展舒适、便捷、个性化、稳定性高的可穿戴器件,使其更好地服务于医药卫生与健康领域,可能成为该领域未来的研究方向(图2)。

图2. 轻量、小型化智能可穿戴器件面对的挑战和未来方向。

文章第一作者是华中科技大学同济医学院基础医学院药理学系陈伟教授,通讯作者为华中科技大学同济医学院基础医学院药理学系陈伟教授,同济医学院附属协和医院的王征教授与王琳教授,以及新加坡国立大学陈小元(Shawn Chen)教授。

论文信息:

Smart Chemical Engineering-based Lightweight and Miniaturized Attachable Systems for Advanced Drug Delivery and Diagnostics

Wei Chen*, Zheng Wang*, Lin Wang*, Xiaoyuan Chen*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202106701

原文链接:doi.org/10.1002/adma.202106701