载药全息图：药物洗脱监测

作者：张馨予

撰稿人 | 浦探超（英国南安普顿大学博士后）
如今，全息术已从用于记录光波相位和幅度的纯技术工具转变为广泛适用于各种研究的方法。全息设备广泛应用于安全增强、娱乐、3D 显示技术和增强现实等场景。全息图正在科学和生活的各个领域找到新的应用，这是因为其具有高的信息容量，利用衍射图案的变化来评估正在进行的外部变化的能力，以及从各种材料制作它们的成熟且简单的方法。
在 Light: Advanced Manufacturing 上发表的一篇题为 Integrated binary hologram to monitor cargo release from a drug-eluting film 的最新论文中，由俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院(SKOLTECH)的 Gleb Sukhorukov 教授及其同事领导的科学家团队，提出了一种用生物聚合物和不同的生物活性物质（抗生素、染料等）制造二元振幅型全息图的新方法。
绝大多数药物是透明和无色的溶液，这需要使用复杂的光谱设备来获得药物释放曲线，他们提出的方法由生物聚合物和药物制成的二元全息图，显示了对药物洗脱过程进行非接触式监测的能力，并展示了全息图产生的衍射图案如何随着药物洗脱的进行而变化，以及药物的类型。
该团队提出的这种新型全息图的具有很广泛的应用潜力，将一般全息术的应用范围扩大到与药物洗脱定量监测相关的生物医学研究领域，包括抗生素的抗菌效果表征、药物寿命的总体追踪和个性化剂型制造等。

图1 二元全息图用于药物洗脱的主要原理。
a，二元全息图作为药物释放过程显示的原理；
b，实验室生产加工这种全息图的过程。

对于载药全息图的加工制备，科学家们引入了一种使用直接药物印刷技术（DDP），而且对生物相容的衍射光学元件进行增材制造的方法，生物活性物质作为运载的药物直接热印到扁平聚合物薄膜的表面上。药物的点位的空间分布形成了预先计算的衍射光学元件，在他们的方法中，生物活性物质不会与任何有机溶剂相互作用，而是原封不动地放置在惰性生物聚合物上，从而确保药物的药理作用不会发生变化。

图2 药物释放过程的仿真衍射图案

该技术制备的薄膜作为透射的振幅型全息图，在被相干光源照射时会产生清晰的远场衍射图案，因此可以在各种生物医学问题中找到其应用。
其中，一种最直接的应用是，跟踪无色成分的寿命和测量各种环境条件下活性物质的特征释放时间。例如，该技术最有可能的应用是补充标准的抗生素检测程序，添加一个用于跟踪药物释放的视觉通道，只需要存在相干光源，将显着改善对抗生素效果的评估，并允许在视觉上控制释放时间和洗脱药物的数量。
他们提出的直接药物印刷技术主要用于水溶性物质，但也可适用于其他类型的药物。在数值计算和真实实验中，他们展示了衍射图案能够反映，在一定时间后，全息图上剩余药物量的能力。这种独特的载药全息系统可适用于需要监测洗脱物质量的广泛任务。
论文信息
Abdurashitov et al. Light: Advanced Manufacturing (2022)3:30
https://doi.org/10.37188/lam.2022.030
封面图来源：LAM新媒体 / VEER
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