吉林大学贾晓腾副教授、晁单明教授，CEJ研究，基于导电紫精水凝胶的镁生物电池驱动的的离子导入装置

第一作者：周岩

通讯作者：贾晓腾*，晁单明*

单位：吉林大学，吉林大学第一医院

离子导入装置是一种新型的药物输送系统，实现局部给药的同时提高药物的生物利用度和治疗效果。然而，传统的电池驱动离子导入装置存在着患者依从性差，使用便捷度低的问题，限制了其实际应用。基于导电聚合物和碳基纳米材料的传统导电水凝胶材料是离子导入装置常用的药物储库，然而其对电刺激灵敏度不足的问题使得这类材料通常需要高电压来诱导药物递送，进一步增加了离子导入装置潜在的风险。

为了解决上述问题，我们首先通过多种动态相互作用，包括氢键和硼酸酯键，合成了一种基于紫精的导电水凝胶，该水凝胶具有优异的生物相容性和抗菌性，较高的离子导电性，可以对阴离子药物进行高剂量的封装。将紫精水凝胶作为镁生物电池的集成载药阴极材料的离子导入装置，不仅可以实现药物的按需释放，同时具有高能量密度、安全稳定等优点。它可以有效地提高离子导入装置的稳定性和患者依从度，同时降低了设备成本和维护费用。相比传统的外部电源驱动离子导入装置，这种装置更加安全、稳定，并且对生物组织的损伤和刺激也更小。因此，这种离子导入装置可以广泛应用于局部给药的场合，如皮肤病、关节炎等疾病的治疗，具有非常广阔的应用前景。

这种基于导电紫精水凝胶的镁生物电池驱动的离子导入装置的研究，不仅可以促进离子导入技术的发展，同时也有助于推动生物电池和导电高分子材料的应用和研究。

近日，来自吉林大学的贾晓腾副教授和晁单明教授团队，在国际知名期刊 Chemical engineering journal 上发表题为“A viologen-based conductive hydrogel enables iontophoresis devices powered by Mg biobattery”的文章，该文章将新型导电紫精水凝胶材料作为人机交互界面材料，与生物组织之间具有较高的稳定性、界面黏附性和共形。

该水凝胶较高的离子导电性和载药能力可以使其作为镁生物电池的集成载药阴极材料，构筑以镁生物电池为动力的按需离子导入系统，为需要每日精确给药的慢性疾病提供了新的非侵入式的治疗方案。

通过共价键、氢键和硼酸酯键等多种动态、非动态相互作用，设计了一种基于紫精的导电水凝胶。这种紫精基水凝胶材料具有高细胞相容性、抗菌性、高离子导电性、低组织阻抗、高界面韧性和稳定性，可以与皮肤组织之间形成一个最佳的人机交互界面，是一种优异的界面材料，对电信号存在快速的响应。

三磷酸腺苷二钠（ATP）在本文中作为被研究的阴离子药物模型。水凝胶内部大量的阳离子紫精可以通过静电相互作用和硼酸酯结构对ATP进行高剂量的封装，当对其施加还原电位时，紫精从氧化态转变为还原态，ATP通过静电排斥作用进入到释放介质中。该载药水凝胶在低驱动电压（-1.0V）下实现高的药物累积释放效率（65%）。

离子导入法依靠静电排斥作用来驱动带电的药物，传统的离子导入法主要依赖于外部电源，使用便捷度低，患者依从性差。在本文中，镁电物电池作为离子导入贴片的供能装置，构筑了镁电池供电的离子导入系统。其中，紫精水凝胶作为镁电池的集成载药阴极，镁片作为阳极，该电池通过负载电阻进行直接的电流控制，从而达到按需可控给药的使用效果，该系统支持5天内的高效长期治疗管理，在5天内的药物累积释放效率高达87%。

A viologen-based conductive hydrogel enables iontophoresis devices powered by Mg biobattery

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143133

贾晓腾 副教授  吉林大学电子科学与工程学院副教授，吉林大学电子科学与工程学院生物医学工程系副系主任。

1、柔性可穿戴敏感材料与传感器

2、电子皮肤与人机交互界面

3、生物电信号测量与电刺激治疗

主持了国家自然科学基金青年项目、吉林省自然科学基金、博士后特别资助等项目。发表SCI论文30余篇，被引用1200余次。

Email: xtjia@jlu.edu.cn

晁单明 教授  吉林大学化学学院 教授

主要研究领域：电活性聚合物设计合成及应用。

长期从事电活性聚合物设计合成及应用，包括柔性可穿戴设备、智能储能器件、电致变色智能窗、反射/发射双模显示、颜色/荧光传感检测等方面。发表SCI学术论文130多篇，被引用3000余次，已获授权发明专利20项，转让专利4项，承担国家自然科学金面上项目、青年项目、吉林省自然科学基金等项目十余项。

Email: chaodanming@jlu.edu.cn

投稿请联系contact@scimaterials.cn