激光冲击波机理及其在皮肤给药中的应用综述(14)
5.激光冲击波在皮肤给药中的应用
在医学中, 应用激光的热效应、冲击波效应、电磁场效应和光化学效应作医疗手段。这是生物医学模式对激光上述效应的应用[36]。激光医学是一个有生命力的学科。激光用于医学的优点是：（1）激光的强方向性使激光能聚焦成极少的斑（<100μs），对组织的部位分辨力高。（2）与激光技术相关, 目前激光波长覆盖了从紫外到中红外的医学可用的波段。激光脉宽从连续到ms,μs,ns,ps,fs.功率可从mW～PW大幅度变更。激光有丰富的物理内容适应临床医学应用研究的需求。（3）激光对不同组织可实现选择性切割。（4）激光可非侵人地实现治疗。（5）钓激光可通过软光导导人体内治疗[37]。激光手术具有方法简便、损伤小、安全和手术后反应轻的优点。
人皮肤的上层是角质层, 该层厚度为10～20μm, 通常阻碍了绝大多数药物的吸收, 这是局部施药不能渗透的首要限制速率的障碍。美国阿肯色大学的研究人员开发了一种激光系统, 采用先进的激光技术, 使一些通常需要通过注射供给的药物能施于皮肤表面, 输送到人体。开发的这种药剂输送系统采用低能激光脉冲去除角质层。若病人没感觉, 就可以使药物渗透皮肤[38]。目前比较普遍的是以下疗法：
5.1激光作用于药物
5.1.1无针注射
无针注射是利用超高速无针注射系统经皮导入固体药物，即利用氮气的超高速流体通过对固体粒子进行加速，将药物粉末透过角质层释放到表皮和真皮表面。
5.1.2激光驱动微射流的机理
这是一种非侵入性，微创性，无针的液体进入软目标的技术。该技术利用激光诱导冲击波在超高速下推动微射流，以使微射流有足够的动力来穿透软目标。该方法可将液体药物传送进入人体软组织。待传送的液体被夹在200μm厚的铝箔和一个含有直径100μm穿孔的基板之间。用Nd：YAG激光束烧蚀铝箔来产生冲击波。将来自铝箔的冲击波传送到所夹的液体中，激波传播使得该液体成为加压体，并随激波穿过基板穿孔来作为一个微喷机而放射出去。由此产生的微喷是稳定的，平均时速超过200m/s。该技术已于明胶模型（含5％明胶）上通过测试，其喷气深度已超过一毫米。
在基因枪过程中，带有药物涂层的微金属颗粒在人的身体内以很高的速度被推进来渗透到软组织，将药品转移到所治疗的部位。虽然通过使用基因枪的方法可以在最低入侵量和副作用的情况下达到药理作用，但有一个缺点是在涂层药物撒播以后重金属颗粒仍会残留在剩余的细胞中。这个缺点限制了基因枪方法在人体中的外部治疗部位（如皮肤）的广泛使用。如果不考虑与重金属微粒相关的限制，那么然基因枪过程也可通过传送疫苗来治疗人体内的部位，这对于一些遗传病的治疗有着很大的用处。
鉴于上述情况，我们可以根据基因枪的装置来修改激光，将液体微射流传递给软目标。液体固定器模仿基因枪装置中的药物固定器，在其运行过程中产生高速微喷。
图11 激光微喷器装置示意图（1-激光束，2-棱镜，3-BK7玻璃，4-烧蚀点，5-铝箔，6-液体药物，7-多孔基板，8-软靶体）
修改后的装置图如图11所示，1064纳米波长Q开关Nd：YAG激光可以产生1.4 J的能量和5.5 ns的时间脉冲，照射1200米厚的铝箔。箔的烧蚀局限在其前使用一个圆形空间内。激光束烧蚀了铝箔前表面的一部分至一定深度，形成了等离子态的铝箔蒸汽。铝箔蒸汽箔被限制在烧蚀表面和BK7玻璃之间，这提高了烧蚀的效果，从而对蒸汽进行加压。这个加压蒸气突然通过铝箔产生了冲击波，冲击波通过铝箔被部分传送到基板。然后传输的冲击进一步通过液体传播，再到达腔的底部。冲击波的传播穿过聚四氟乙烯的液体腔和穿孔的同时，也携带了大量高速运动的粒子到达液体。此外，当冲击波达到聚四氟乙烯和空气的临界面时，有卸载波/膨胀波传播到聚四氟乙烯与穿孔腔之间的液体中。
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