“聲控膠囊”巧用共振原理控釋藥物
9月25日，記者從浙江大學獲悉，該校藥學院、金華研究院顧臻教授、王金強研究員團隊開發了一種仿生人工纖毛陣列，通過聲學共振機制實現對聲音信號的可視化解析，并利用可聽頻率聲波實現共振響應性藥物遞釋。相關研究于近日發表在學術期刊《自然·生物醫學工程》上。
人類聽覺系統中，感知聲音的過程很精巧——耳蝸中的基底膜和毛細胞隨著外部聲波信號產生振動，毛細胞通過其高度特化的纖毛束的偏轉，將聲波振動轉化為神經信號。這一過程中，毛細胞頂部的纖毛結構發揮了重要作用。受此啟發，研究團隊借助三維建模和高精度3D打印技術，模擬耳蝸毛細胞的纖毛結構，設計并制備了具有不同長度/直徑比的仿生人工纖毛陣列。
“共振原理，簡言之是當外界激勵的頻率與系統的固有頻率匹配時，能量高效傳遞，振動幅度急劇放大。”王金強介紹，實驗表明，具有不同直徑和不同長度/直徑的人工纖毛陣列在聲波激勵下可基于聲學共振原理產生振動，其共振頻率在100-6000赫茲之間，基本涵蓋人類聽覺常用頻率范圍。
研究團隊將不同共振頻率組合的纖毛集成于同一陣列，發現在鋼琴音樂和語音等聲音信號的激勵下，纖毛陣列的振動響應模式與聲音信號時頻圖基本一致，顯示出其在聲音頻率可視化解析方面的潛力。團隊進一步研究證實，共振狀態下的纖毛可顯著加快液體流速，有效促進模型藥物在液體環境中的釋放與擴散。
在此基礎上，研究團隊分別將胰島素和胰高血糖素搭載于不同長度/直徑比的仿生纖毛上，構建了膠囊型的聲學共振響應性藥物遞釋器件，并在1型糖尿病模型小鼠動物實驗中驗證了藥物遞釋器件雙向調控血糖的功能。
“通過施加不同頻率的聲波刺激，這一器件可選擇性觸發胰島素或胰高血糖素的釋放。”顧臻表示，未來，這一仿生人工纖毛陣列可以進一步優化材料與結構設計，以拓寬頻率響應范圍，提升對復雜聲音信號的解析能力，用于更多個性化任務的執行，包括與腦機接口、電子藥物等領域的交叉融合。
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