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长期医疗保健，尤其是慢性病的治疗，越来越受到关注。目前，已经开发了物理刺激响应贴片，以实现精确的按需治疗。此类贴片可以对物理刺激做出反应，已被广泛用于糖尿病、癌症、伤口、脱发、肥胖和心脏病的治疗。

近期，清华大学卢元副教授团队概述了聚合物贴片的设计原则，包括成分、特性和性能。此外，还介绍了使用不同种类物理刺激的控制方法，探索了贴片的制备方法和表征。最后，讨论了其临床转化的挑战和前景（图1）。

相关研究成果以“Physical stimuli-responsive polymeric patches for healthcare”为题于2024年9月28日发表在《Bioactive Materials》上。

图1 聚合物贴片中使用的物理刺激示意图和物理刺激响应聚合物贴片的生物医学应用

聚合物贴片的特性和功能由其成分、材料特性和负载成分决定（图2）。成分直接影响贴剂的生物相容性，这对于确保治疗安全至关重要。材料特性，例如非侵入性贴剂的柔韧性和侵入性贴剂的粘度，会影响它们的实际应用。负载成分对于贴剂的治疗效果至关重要，还必须考虑聚合物环境对这些成分的影响。因此，开发具有特定医疗保健功能的聚合物贴剂需要仔细考虑成分、材料特性和负载成分。

图2 物理刺激响应聚合物贴片的设计原则

刺激响应聚合物贴片利用病变组织和正常组织微环境之间的差异或通过响应外部刺激来提供靶向治疗，从而提高治疗特异性并减少副作用。刺激响应装置可分为两种类型：对内源性刺激有反应的装置和对外源性刺激有反应的装置。内源性刺激响应装置对内部化学变化（如pH值、葡萄糖水平、酶和ROS）做出反应，而外源性刺激响应设备对外部施加的物理刺激做出反应。

虽然内源性刺激反应贴剂因其简单且不需要外部刺激而具有优势，但它们的应用通常受到某些情况下内部反应不足的限制。因此，外源性刺激反应贴剂在治疗更广泛的临床疾病方面具有更大的潜力。本文重点介绍了外部物理刺激响应贴片及其物理控制策略（表1），包括光（图3）、磁场（图4）、热（图5）、电流（图6）、机械力（图7）、超声波（图8）和湿度（图9）。

表1 具有物理控制策略的聚合物贴片

图3 NIR光响应贴片的机制

图4 聚合物贴片的两种磁场响应原理

图5 两种热响应性聚合物贴片的工作原理

图6 电流响应贴片的治疗机制

图7 两种机械力响应贴片

图8 两种超声反应贴片

图9 湿度响应贴片

近年来，研究人员采用了各种方法来制造各种聚合物贴片。在设计聚合物贴片时，必须首先确定主要目标，因为它通常决定了材料和结构的选择。随后，必须仔细考虑药物类型和负荷剂量、所需的药代动力学/药效学和靶点应用等因素。本文总结了报道的聚合物贴片的各种制造方法（图10，表2）。

图10 聚合物贴片的制造方法

表2 聚合物贴片不同制备方法的比较

材料技术的进步导致了用于医疗保健应用的各种聚合物贴片的开发。此外，这些聚合物贴剂通常与物理控制机制相结合，以提高治疗效果。本文讨论了物理刺激响应聚合物贴剂的治疗应用，包括神经系统疾病（图11）、心脏治疗（图12）、糖尿病治疗（图13）、伤口愈合（图14）、癌症治疗（图15）、肥胖治疗（图16）、头发生长（图17）、疤痕治疗（图18）和其他疾病（图19）。表3总结了贴片的类型、它们对物理刺激的反应、它们的生物医学应用和具体的治疗方法，为未来的研究提供有价值的参考。

图11 聚合物贴片在神经系统中的应用

图12 聚合物贴剂在心脏治疗中的应用

图13 用于糖尿病治疗的聚合物贴剂

图14 用于伤口愈合的聚合物贴剂

图15 用于癌症愈合的聚合物贴片

图16 用于肥胖治疗的聚合物贴片

图17 用于头发生长的聚合物贴片

图18 用于疤痕治疗的聚合物贴片

图19 用于肥胖治疗的聚合物贴片

表3 物理刺激响应聚合物贴片的应用

尽管物理刺激响应聚合物贴片在医疗保健应用中显示出巨大的潜力，但仍存在一些挑战阻碍其更广泛地实施，包括负载能力、控制精度、设备集成和治疗安全性（图20）。载量直接影响治疗持续时间和功能，药物和功能成分载量较高的贴剂可以提供更长的治疗时间并增强治疗功能。控制准确性对于确保精确管理治疗、降低过度治疗的风险和改善治疗结果至关重要。控制设备的集成对于实现可控治疗至关重要，而这些设备的小型化和简化对于保持低成本和提高用户便利性至关重要。治疗安全性对患者健康至关重要，与材料的生物相容性和治疗相关损伤的可能性密切相关。

图20 物理刺激响应聚合物贴片的挑战和前景

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