據麥姆斯咨詢報道，來自哈爾濱工業大學、深圳職業技術學院和深圳市人民醫院的科研團隊開發出一款使用表面聲波（SAW）的替代霧化器平臺。他們證明了SAW霧化可以產生合適濃度和粒徑分布的氣霧劑，可被有效地吸入肺內給藥，是一種潛在治療哮喘的霧化裝置。該項研究中，科研人員提出了一種通過微流控通道實現藥物霧化的方法。該方法采用光刻技術在壓電襯底表面制備SU-8微流道。結合二氧化硅包覆工藝和PDMS（聚二甲基硅氧烷）工藝制備封閉的微流控通道，提供藥物的連續霧化，以提高微流控藥物霧化的沉積效率。

　　基于SU-8微流道的SAW器件制備示意圖

　　藥物向肺部輸送主要有兩種途徑，一種是藥物沿著呼吸道在肺表面的局部作用；另一種是藥物通過血液輸送到全身。近50年的記錄顯示，前者的使用率顯著增加，人們意識到與口服或全身給藥相比，病患局部治療效率雖然相對較低，但所需的藥物劑量水平也顯著降低，副作用和毒性問題相對較少。

　　目前，吸入療法已廣泛用于治療呼吸系統疾病，包括哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD）、肺囊性纖維化以及肺動脈高壓等。通過吸入藥物直接輸送至肺部，有助于局部靶向治療疾病或特定的受損區域，并且藥物吸入無痛，從而最大限度地減少潛在的系統性副作用。

　　哮喘是一種慢性炎癥性疾病，與氣道壁中過多的淋巴細胞和嗜酸性粒細胞有關。這種氣道炎癥使氣道變窄，導致人體呼吸時氣流阻塞。為了使吸入療法最有效，載藥氣霧劑必須主要沉積在肺部的炎癥部位。最近的研究表明，在某些類型的哮喘患者的整個肺區域，從支氣管到肺泡，都發現了高嗜酸性粒細胞。因此，藥物直接沉積在整個下呼吸道被認為是最有效的治療方法。

　　影響顆粒或氣霧劑肺部沉積的最關鍵因素之一是顆粒的空氣動力學特性，包括顆粒或氣溶膠的尺寸、密度、形狀、吸濕性等。許多臨床研究表明，霧化的氣溶膠大小對吸入療法的療效至關重要。一般來說，氣溶膠粒徑越大，越容易沉積在上呼吸道甚至胸外區域。而呼氣時可快速呼出直徑較小的氣溶膠，粒徑小至0.5μm。目前，許多研究表明，正常潮式呼吸時，霧化氣溶膠粒徑處于1~5μm是肺部給藥的最佳范圍。

　　與傳統的定量霧化吸入器（MDI）和干粉吸入器（DPI）相比，該霧化器運行時間更長，可以輸送更多的藥物。此外，與定量霧化吸入器不同的是，該霧化器不需要患者的協調技能，也不需要像干粉吸入器那樣通過吸入來驅動，這對于那些患有慢性阻塞性肺病急性發作或哮喘發作且無法自行用藥的患者來說是急需的。同理，普通吸入器在兒童和老年患者之間的實用性較差，而該霧化器中的劑量可以根據年齡、性別進行調整。

　　為了解決前面列出的各種藥物遞送的技術問題，研究人員開發出一款基于微流控供液的SAW霧化平臺。SAW是一種沿壓電襯底表面傳播的聲波，振幅在納米級別。與傳統超聲霧化（頻率小于?1 MHz）相比，SAW霧化驅動頻率更高（頻率大于10 MHz），可大量產生粒徑在1~10 μm范圍內的氣溶膠。SAW是將機械能轉移至為流體的有效方式。與將能量作為一個整體傳播的超聲波不同，SAW傳輸的能量固定在襯底上，直到它與流體接觸。當液滴放置在SAW傳播的路徑上時，SAW將在到達襯底和液體之間的邊界時衰減為泄漏表面聲波（LSAW）模式。伴隨波的衰減，聲能以一個被稱為“瑞利角（Rayleigh angle）”的傾斜角泄漏到液滴中。這個過程會在液滴中產生聲輻射壓力和循環流動，稱為表面聲波流，如下圖所示。

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上圖是SAW與液體相互作用產生霧化的示意圖；下圖是產生SAW的壓電襯底（左）和用于產生SAW的便攜式電池供電電路（右）圖。

一款理想的霧化器可以有效地輸送高劑量藥物，并可以精確控制液滴尺寸分布。此外，SAW霧化已被證明具有廣泛的應用，例如蛋白質提取、用于診斷的紙基分析器件表征、藥物輸送、質譜分析、噴霧冷卻等。Anushi E Rajapaksa等人報道了SAW手持霧化器產生的質粒DNA液滴的尺寸范圍適合輸送到下呼吸道。Layla Alhasan等人證明了SAW霧化平臺是一種有前途的高效肺干細胞遞送方法。因此，這些研究證實SAW霧化可以將液滴直徑為1~5μm的藥物輸送到肺深部區域。

高速攝像機捕獲的基于SU-8微流道供液的SAW波霧化沙丁胺醇溶液的圖像（表面聲波頻率為60 MHz，輸入功率為5.26W）

研究人員采用新型微流控供液方法，將沙丁胺醇溶液霧化成微小的液滴，形成一個幾乎理想的氣溶膠羽狀，在此過程中沒有噴射現象。使用基于SU-8微流道供液的SAW裝置霧化沙丁胺醇溶液，肺區域的沉積率可達75%，明顯高于使用醫用霧化器通常達到的46%。差異有統計學意義（P?

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41598-022-11132-9

編輯：黃飛

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