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日本東北大學研究所工學研究科教授西澤松彥等人開發出了利用酶促反應產生微弱電流,可透過皮膚促進藥物滲透的「生物電流貼片」(以下簡稱貼片)(圖1)。該貼片由矽膠、水凝膠(電解質)等對人體和環境無害的柔性有機材料構成。只需像OK繃一樣貼在皮膚表面就可以發電,因此可望用於不需要外部電源的家用保健商品等。

日本無奇不有》有了這個貼片,人體就是發電機!
圖1:西澤松彥等人開發的「生物電流貼片」。

在透過皮膚給藥的「經皮給藥」方面,為人熟知的有滲透止痛劑的貼布及戒煙用的尼古丁貼片等。經皮給藥可使各種有效成分滲透到皮膚內,如果通上幾十μA的微弱電流,可將滲透速度提高到原來的幾倍~幾十倍,因此這種方法一直被用於局部麻醉劑的快速給藥等。但是,這種方法需要使用由外部電源及佈線等構成的裝置,不適合個人在家中使用。雖然有企業嘗試將小型電池與電極貼片組合為一體,但產品尺寸大,還面臨著安全性及用後處理等問題。這次開發的生物電流貼片在貼片內部設置發電機構,有望解決上述問題。

生物電流貼片由含糖水凝膠、兩塊1cm×1cm的含酶碳纖維布(電極)、橡膠電阻、固定用的矽膠框架、用來貼在身上的醫用膠帶等構成。使用的都是廉價的有機材料,用後可以直接扔掉。整個貼片為1cm×3cm的長方形,厚度只有0.5mm(圖2)。

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圖2:生物電流貼片的構成(a)和發電原理(b)。

將貼片貼到皮膚上就會開始發電。陽極含有糖原分解酶,因此會在與水凝膠的界面上發生酶促反應,糖原被分解後,會生成正離子和電子(圖2)。電子通過橡膠電阻流向陰極,在陰極發生消耗空氣中氧氣(O2)的化學反應,從而發電。

隨著上述反應的進行,陽極帶正電,陰極帶負電,產生電位差。電子不能穿透皮膚,而陽極不斷增加的正離子可穿透皮膚,流向陰極(或人體內)。由此產生離子電流,從而消除電位差,使化學反應繼續。據西澤介紹,「這是全球首次透過人體實現生物發電」。如果陽極的水凝膠中含有藥劑,隨著離子流動,可以加快皮膚對藥劑的吸收。

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圖3:生物電流貼片的經皮電流密度隨時間變化。

如果使橡膠電阻(內部電阻)的電阻值比皮膚電阻值還大,那麼,不論個人差異和皮膚狀態如何,都可以產生微弱電流。貼片中流動的最大電流為0.3mA/cm2左右,小於人能感到疼痛的電流量——0.5mA/cm2,因此非常安全。效果可持續6小時以上(圖3)。(記者:佐藤雅哉,《日經製造》)