隨著醫療技術的演進，經皮性生物分析和治療（transcutaneous bioanalysis and therapy）在臨床上的使用越來越頻繁。由於傳統的經皮偵測 / 治療儀器具有設備體積太龐大、笨重與複雜的問題，如何締造一個更加簡便的仿生電子系統讓定點照護治療（point-of-care treatment）的應用更加廣泛，成為生物電子學領域中許多科學家著重的目標。
水膠（hydrogel）是由聚合物交聯搭配大量的水分子穿插在結構空隙之間所組合而成，是常被應用於仿生科技的材料。水膠可以依據需求被塑造成各種形狀，其柔軟性、濕潤性和具孔洞的結構也賦予該材料可以與皮膚的凹凸表面完美嵌合以及容易讓分子穿透的特質，不論在機械性、化學性和物理性質層面皆與人體組織具備極高的相似性。來自首爾大學的研究團隊以聚丙烯醯胺（polyacrylamide）為材料，開發出一種超薄型功能性水膠（ultrathin type functionalized hydrogel），並以此建立一種擬組織皮膚儀器界面（tissue-like skin-device interface），作為穿戴式生物儀器與人體皮膚之間的接觸橋梁。此界面水膠具有較佳的質量滲透性（mass permeability）與較低的阻抗性（impedance），它的多孔結構與超薄特性能夠讓藥物分子或生物分析物（bioanalyte）可以快速穿透與遞送。研究團隊針對此界面水膠提出多種應用（圖一），分別舉例如下：
1. 經皮氧壓感測器（transcutaneous oxygen pressure sensor，tcPO2 sensor）
經皮氧壓感測器是透過偵測皮膚表層的氧氣壓力，判斷皮下組織的血液輸送情形，可應用於評估傷口修復、局部供血情形等疾病進程與治療效果方面的評估 [2]。
2. 離子電滲藥物遞送裝置（iontophoretic drug delivery device）
離子電滲藥物遞送裝置是利用電流將帶電的親水性小分子以更有效率的方式送入皮下。此藥物遞送方式的優點在於它可以提高病人的服藥順從性、降低副作用的發生率並且達到藥物緩釋（extended release drug delivery）的效果 [3]。
3. 阻抗感測器（impedance sensor）
阻抗感測器以非侵入性的方式偵測身體的阻抗性，可用於評估人體的血流、呼吸和身體組成，常應用於長時間的生理監測（physiological monitoring）[4]。
4. 經皮神經電刺激器（transcutaneous electrical nerve stimulator，TENS）
經皮神經電刺激器是一種利用電流活化神經的治療方式。此治療手法可以提升病人的治療耐受性，且與藥物治療相比不需要擔心劑量過高的問題 [5]。
研究團隊透過實驗證實利用此界面水膠建立的仿生儀器界面可與皮膚完美貼合，並且具備極佳的質量滲透性，讓藥物分子或生物分析物可以順暢穿梭，為穿戴式生物電子儀器的研發開創新的可能性。
圖片說明：以超薄型功能性水膠所建立的擬組織皮膚儀器界面，其應用層面包含經皮氧壓感測器、離子電滲藥物遞送裝置、阻抗感測器和經皮神經電刺激器 圖片來源：https://doi.org/10.1126/sciadv.abd3716
Main Article：
Lim, C., Hong, Y. J., Jung, J., Shin, Y., Sunwoo, S. H., Baik, S., Park, O. K., Choi, S. H., Hyeon, T., Kim, J. H., Lee, S., & Kim, D. H. (2021). Tissue-like skin-device interface for wearable bioelectronics by using ultrasoft, mass-permeable, and low-impedance hydrogels. Science advances, 7(19), eabd3716. https://doi.org/10.1126/sciadv.abd3716
參考文獻：
[1] Lim, C., Hong, Y. J., Jung, J., Shin, Y., Sunwoo, S. H., Baik, S., Park, O. K., Choi, S. H., Hyeon, T., Kim, J. H., Lee, S., & Kim, D. H. (2021). Tissue-like skin-device interface for wearable bioelectronics by using ultrasoft, mass-permeable, and low-impedance hydrogels. Science advances, 7(19), eabd3716. https://doi.org/10.1126/sciadv.abd3716
[2] Kmiec, M. M., Hou, H., Lakshmi Kuppusamy, M., Drews, T. M., Prabhat, A. M., Petryakov, S. V., Demidenko, E., Schaner, P. E., Buckey, J. C., Blank, A., & Kuppusamy, P. (2019). Transcutaneous oxygen measurement in humans using a paramagnetic skin adhesive film. Magnetic resonance in medicine, 81(2), 781–794. https://doi.org/10.1002/mrm.27445
[3] Bakshi, P., Vora, D., Hemmady, K., & Banga, A. K. (2020). Iontophoretic skin delivery systems: Success and failures. International journal of pharmaceutics, 586, 119584. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119584
[4] Xu, J., & Hong, Z. (2022). Low Power Bio-Impedance Sensor Interfaces: Review and Electronics Design Methodology. IEEE reviews in biomedical engineering, 15, 23–35. https://doi.org/10.1109/RBME.2020.3041053
[5] Teoli, D., & An, J. (2023). Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation. In StatPearls. StatPearls Publishing.
撰文｜張芷榕
審稿｜梁文
