皮膚是人體最大、最容易接觸到的器官之一，但深入皮膚深層進(jìn)行醫(yī)學(xué)和美容治療仍是科學(xué)研究的難題。

       雖然有一些治療方法（比如戒煙的尼古丁貼片）通過(guò)皮膚進(jìn)行治療，但這種治療方法很少見，因?yàn)榇┩钙つw的顆粒必須不超過(guò)100納米。使用如此微小的粒子創(chuàng)造有效的工具是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于這些顆粒非常小，很難看到，因此確定它們?cè)隗w內(nèi)的確切位置同樣具有挑戰(zhàn)性——這是確保它們到達(dá)預(yù)期目標(biāo)組織所必需的信息。目前，這些信息是通過(guò)侵入性的、通常是痛苦的活檢獲得的。

       以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新的方法，為克服這兩個(gè)挑戰(zhàn)提供了一種創(chuàng)新的解決方案。結(jié)合納米技術(shù)和光學(xué)技術(shù)，他們生產(chǎn)出了納米金剛石顆粒（ NDs），它們?nèi)绱酥?，以至于能夠穿透皮膚以提供醫(yī)療和美容藥物。此外，他們創(chuàng)造了一種安全的、基于激光的光學(xué)方法，可以量化納米金剛石對(duì)皮膚各層的穿透程度，并以非侵入性的方式確定它們?cè)谏眢w組織中的位置和濃度，從而避免了活檢。

       這一創(chuàng)新成果剛剛由該大學(xué)納米技術(shù)和先進(jìn)材料研究所的研究人員與 Kofkin 工程學(xué)院和化學(xué)系合作發(fā)表在 ACS Nano 上。

       納米金剛石——百萬(wàn)分之一毫米大小——是通過(guò)在封閉的室內(nèi)引爆炸藥產(chǎn)生的。在這種條件下，高溫和高壓會(huì)使炸藥中的碳原子聚合在一起。在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的納米金剛石足夠小，可以穿透組織，甚至細(xì)胞，而不會(huì)造成傷害。

       本研究中，團(tuán)隊(duì)使用迭代多平面光學(xué)特性提取 (IMOPE) 技術(shù)來(lái)檢測(cè)組織樣體模中 NDs 的存在。此外，進(jìn)行了離體豬皮實(shí)驗(yàn)，以估計(jì)NDs對(duì)不同皮膚層的滲透，并表明它們的存在在更深層減少。表皮層、真皮層和脂肪層的 NDs 顯著性信號(hào)逐漸減弱，t檢驗(yàn)顯著性值分別小于10-4、10-3和10-2。透射電鏡和franz細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了IMOPE的結(jié)果。這些結(jié)果證實(shí)了 IMOPE 無(wú)創(chuàng)地描繪了 NDs 的皮膚滲透。

       納米鉆石和藥物輸送

       與運(yùn)送貨物的卡車非常相似，人造金剛石可以將各種藥物運(yùn)送到預(yù)定目標(biāo)，并且由于納米金剛石的微小尺寸，它們的距離和位置可能會(huì)受到控制。使用納米顆粒進(jìn)行藥物輸送的方法已經(jīng)在先前的研究中證明是成功的。

       巴伊蘭大學(xué)新開發(fā)的納米金剛石也被證明是有效的抗氧化劑。這種特性確保了穿透身體的顆粒既安全又具有治療作用，因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)特性允許它們?cè)诓迦肴梭w之前涂上藥物。

       通過(guò)光學(xué)跟蹤納米金剛石

       該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的光學(xué)方法使他們能夠通過(guò)基于藍(lán)色波長(zhǎng)激光的安全和非侵入性傳感，識(shí)別不同皮膚層(表皮、真皮和脂肪)中納米金剛石顆粒的相對(duì)濃度。鑒于紅色波長(zhǎng)激光通常用于人類醫(yī)學(xué)檢查和治療，這本身就是一個(gè)獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)。為了確定它們?cè)谄つw中的位置和濃度，患者被短暫地暴露在藍(lán)色激光束中。光學(xué)系統(tǒng)可創(chuàng)建類似照片的 3D 圖像，通過(guò)這種圖像，經(jīng)過(guò)處理的組織的光學(xué)變化可以被提取出來(lái)，并通過(guò)一種專門的算法與相鄰的未經(jīng)處理的組織進(jìn)行比較。

       “這是皮膚學(xué)和光學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)重大發(fā)展，”巴伊蘭大學(xué)納米技術(shù)和先進(jìn)材料研究所所長(zhǎng)、研究團(tuán)隊(duì)成員Dror Fixler教授說(shuō)?！斑@將為開發(fā)通過(guò)皮膚應(yīng)用的藥物以及使用先進(jìn)納米技術(shù)的現(xiàn)代美容制劑打開大門。”在研究員 Channa Shapira 等人的協(xié)助下，F(xiàn)ixler 的研究證明了光學(xué)創(chuàng)新在臨床應(yīng)用中的重要性。

       文獻(xiàn)信息：Channa Shapira, Daniel Itshak, Hamootal Duadi, Yifat Harel, Ayelet Atkins, Anat Lipovsky, Ronit Lavi, Jean Paul Lellouche, Dror Fixler. Noninvasive Nanodiamond Skin Permeation Profiling Using a Phase Analysis Method: Ex Vivo Experiments. ACS Nano, 2022; DOI: 10.1021/acsnano.2c03613

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c03613