光生物調節（photobiomodulation, PBM）是一種利用低能量的紅光或近紅外光照射在人體進行治療的技術，其優點為因為不具侵入性，目前已被應用在皮膚疾病或是醫美的療程，現今光生物調節所使用的光源多為發光二極體（light-emitting diodes，LEDs），發光二極體是由砷化鎵（GaAs）或是氮化鎵（GaN）等半導體材料製成的發光元件，但由於砷化鎵、氮化鎵等發光材料硬度較高且通常較不具彈性，因此先前光生物調節的裝置多為中大型儀器，病患須要定期回到醫院才能進行治療，若能有穿戴式的光生物調節醫療裝置，則光生物調節療程可不受時間和地點的限制，並減少醫療照護的費用。
韓國科學技術院與韓國首爾國立大學盆唐醫院團隊合作，開發出一種新穎的有機發光二極體（organic light-emitting diodes，OLEDs）可穿戴式光生物調節貼片（圖一），具有輕（0.82 克）、薄（676 微米）的特性，且電池可持續運作 300 小時以上，貼片也具有很好的彎曲特性，彎曲半徑可達到 20 毫米，且裝置運作時溫度可維持在攝氏 40 度以下 [1]。
圖一、穿戴式生物調節貼片的使用
左圖為穿戴式光生物調節貼片應用於人類皮膚的示意圖；右圖為實際貼附在受試者的情形，並預期可以用在粉刺治療（acne treatment）、護膚（skin rejuvenation）、光照保護（photoprotection）、
傷口癒合（wound healing）及抗炎作用（anti-inflammation）。
圖片來源：https://doi.org/10.1002/admt.201700391
該團隊所開發的 OLEDs 使用 tris[1-phenylisoquinoline-C2,N]iridium(III)（Ir(piq)3）作為有機發光材料，相較於 LEDs 所使用的發光材料，Ir(piq)3 較有彈性，利用薄膜製程（film process），可製造出具有大面積的發光面、輕薄且有彈性的 OLEDs 。除此之外，此 OLEDs 可藉由改變N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′- biphenyl)-4,4′-diamine （NPB） 所構成之電洞傳輸層（hole transport layer, HTL）的厚度，達到較 LEDs 還精準的峰值波長（peak wavelength）控制（圖二）。
圖二、OLEDs的結構與波長控制
左圖為該團隊研發的 OLEDs 的結構；右圖為調整不同 HTL 的 NPB 厚度之OLEDs 放光光譜圖，
可看到 NPB 厚度越厚時，放光的峰值波長越長。
圖片來源：https://doi.org/10.1002/admt.201700391
此穿戴式光生物調節貼片目的是可以即時使用在人體，在實際使用上貼片通常會貼在彎曲的皮膚表面，故此團隊使用呈薄膜狀的零件，並將電路配置最小化，使其容易貼附於人體表面且易於製造。此裝置包含薄膜狀且具有彈性的 OLEDs 、封裝層（encapsulation layer）、散熱層（heatsink）、薄膜狀電池（flexible battery）和可黏貼的貼布（patch）（圖三）。 OLEDs 在空氣中易受潮和氧化，因此需要 PET 材質的封裝層來避免 OLEDs 與空氣的接觸；而裝置中的散熱層則可讓 OLEDs 使用時達到最佳的熱穩定度。
圖三、OLEDs 穿戴式光生物調節貼片裝置
圖片來源：https://doi.org/10.1002/admt.201700391
當皮膚受傷後，傷口癒合（wound healing）的過程分為發炎（inflammation）、增生（proliferation）及組織重塑（tissue remodeling）三個階段 [2]，受損的真皮組織會在組織重塑的階段進行修復。纖維母細胞是真皮組織中常見的細胞，會合成並分泌纖維以及結締組織需要的膠原蛋白（collagen）、彈性蛋白（elastin）和蛋白多醣（proteoglycans），在傷口癒合的過程非常重要。在傷口癒合過程中，細胞增生（proliferation）和細胞遷徙（migration）扮演關鍵的因素，因此團隊研究了 OLEDs 對纖維母細胞的增生和遷徙效果，細胞試驗的結果指出在使用 650-670 nm 的光源具有最強的促進細胞增生效果，使用 650 nm 的波長在 12 小時內可以使纖維母細胞相對於控制組，較快速的遷徙到刮傷位置（wound scratch），進而達到癒合的效果，此結果亦顯示精確選擇波長對於光生物調節的重要性。
此研究中作者研發出可用於光生物調節治療的穿戴式 OLEDs 貼片，而該團隊後續也利用此 OLEDs ，進一步證實在人造皮膚可以增加表皮層的厚度，且對於模擬傷口亦具有良好的癒傷效果，期望未來此 OLEDs 光生物調節貼布能有效地應用在表皮傷口的癒合 [3]。
Main Article: Jeon, Y., Choi, H.-R., Lim, M., Choi, S., Kim, H., Kwon, J. H., Park, K.-C., Choi, K. C. (2018). A Wearable Photobiomodulation Patch Using a Flexible Red-Wavelength OLED and Its In Vitro Differential Cell Proliferation Effects. Advanced Materials Technologies, 3, 1700391. https://doi.org/10.1002/admt.201700391
參考文獻：
1. Jeon, Y., Choi, H.-R., Lim, M., Choi, S., Kim, H., Kwon, J. H., Park, K.-C., Choi, K. C. (2018). A Wearable Photobiomodulation Patch Using a Flexible Red-Wavelength OLED and Its In Vitro Differential Cell Proliferation Effects. Advanced Materials Technologies, 3, 1700391. https://doi.org/10.1002/admt.201700391
2. Guo, S., & Dipietro, L. A. (2010). Factors Affecting Wound Healing. Journal of dental research, 89(3), 219–229. https://doi.org/10.1177/0022034509359125
3. Jeon, Y., Choi, H. R., Park, K. C., & Choi, K. C. (2020). Flexible Organic Light-Emitting-Diode-Based Photonic Skin for Attachable Phototherapeutics. Journal of the Society for Information Display, 28(4), 324-332. https://doi.org/10.1002/jsid.882
4. Cho, D.-H., Je, M.-K. (2022). An Energy Efficient OLED Lamp Driver for Wearable Light Therapy Device. Journal of Integrated Circuits and Systems, 8(1).
撰文｜張智婷
審稿｜解淮清
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