皮膚是人體最大、最容易接觸到的器官之一，但深入皮膚深層進行醫學和美容治療仍是科學研究的難題。

       雖然有一些治療方法（比如戒煙的尼古丁貼片）通過皮膚進行治療，但這種治療方法很少見，因為穿透皮膚的顆粒必須不超過100納米。使用如此微小的粒子創造有效的工具是一個巨大的挑戰。由于這些顆粒非常小，很難看到，因此確定它們在體內的確切位置同樣具有挑戰性——這是確保它們到達預期目標組織所必需的信息。目前，這些信息是通過侵入性的、通常是痛苦的活檢獲得的。

       以色列巴伊蘭大學的研究人員開發了一種新的方法，為克服這兩個挑戰提供了一種創新的解決方案。結合納米技術和光學技術，他們生產出了納米金剛石顆粒（ NDs），它們如此之小，以至于能夠穿透皮膚以提供醫療和美容藥物。此外，他們創造了一種安全的、基于激光的光學方法，可以量化納米金剛石對皮膚各層的穿透程度，并以非侵入性的方式確定它們在身體組織中的位置和濃度，從而避免了活檢。

       這一創新成果剛剛由該大學納米技術和先進材料研究所的研究人員與 Kofkin 工程學院和化學系合作發表在 ACS Nano 上。

       納米金剛石——百萬分之一毫米大小——是通過在封閉的室內引爆炸藥產生的。在這種條件下，高溫和高壓會使炸藥中的碳原子聚合在一起。在這個過程中產生的納米金剛石足夠小，可以穿透組織，甚至細胞，而不會造成傷害。

       本研究中，團隊使用迭代多平面光學特性提取 (IMOPE) 技術來檢測組織樣體模中 NDs 的存在。此外，進行了離體豬皮實驗，以估計NDs對不同皮膚層的滲透，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 顯著性信號逐漸減弱，t檢驗顯著性值分別小于10-4、10-3和10-2。透射電鏡和franz細胞實驗證實了IMOPE的結果。這些結果證實了 IMOPE 無創地描繪了 NDs 的皮膚滲透。

       納米鉆石和藥物輸送

       與運送貨物的卡車非常相似，人造金剛石可以將各種藥物運送到預定目標，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受到控制。使用納米顆粒進行藥物輸送的方法已經在先前的研究中證明是成功的。

       巴伊蘭大學新開發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，因為它們的化學特性允許它們在插入人體之前涂上藥物。

       通過光學跟蹤納米金剛石

       該研究團隊開發的光學方法使他們能夠通過基于藍色波長激光的安全和非侵入性傳感，識別不同皮膚層(表皮、真皮和脂肪)中納米金剛石顆粒的相對濃度。鑒于紅色波長激光通常用于人類醫學檢查和治療，這本身就是一個獨特的發現。為了確定它們在皮膚中的位置和濃度，患者被短暫地暴露在藍色激光束中。光學系統可創建類似照片的 3D 圖像，通過這種圖像，經過處理的組織的光學變化可以被提取出來，并通過一種專門的算法與相鄰的未經處理的組織進行比較。

       “這是皮膚學和光學工程領域的一個重大發展，”巴伊蘭大學納米技術和先進材料研究所所長、研究團隊成員Dror Fixler教授說。“這將為開發通過皮膚應用的藥物以及使用先進納米技術的現代美容制劑打開大門。”在研究員 Channa Shapira 等人的協助下，Fixler 的研究證明了光學創新在臨床應用中的重要性。

       文獻信息：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