水驱动锌锰纤维电池构建的自供电离子导入面膜：一种增强透皮给药的新型无创医疗美容平台

为解决传统微电流离子导入面膜依赖外部电源导致的便携性差问题，天津工业大学团队开发了一种基于水激活锌锰纤维电池(Zn-Mn@FB)的自供电离子导入面膜。该研究通过连续化学沉积法制备柔性电极，与超吸水性非织造布(NWF)集成，实现27.33-41 mAh/g比容量和0.09-0.59 mA安全电流输出，使药物渗透面积提升102.64%，为医疗美容领域提供了一种便携、安全的透皮给药新方案。

　　

在医疗美容和皮肤治疗领域，面膜作为常见的透皮给药载体，其效果常受限于角质层的天然屏障作用。传统离子导入技术虽能通过微电流促进药物渗透，但依赖笨重的直流电源设备，存在便携性差、使用复杂等问题。更棘手的是，现有锌离子电池长度多局限在10厘米左右，且聚合物凝胶电解质易失水失效，难以满足面部复杂曲面的贴合需求。这些技术瓶颈严重制约了微电流面膜在居家场景的应用。

针对这些挑战，天津工业大学研究团队在《Research》发表了一项突破性研究。他们创新性地将水激活锌锰纤维电池(Zn-Mn@FB)与超吸水性非织造布(NWF)结合，开发出全球首款自供电离子导入面膜。这项研究不仅解决了电源集成难题，更通过材料创新实现了电池性能与穿戴舒适性的双重突破。

研究团队采用自建连续沉积设备制备电极，通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征材料特性，结合电化学工作站测试性能。透皮实验选用猪皮模型，以罗丹明B模拟药物，通过荧光显微镜观察渗透效果。关键创新在于：1）开发2V最佳沉积电压的锌修饰银纤维(Zn-SF)阳极；2）构建二氧化锰修饰钛丝(MnO₂-Ti)阴极；3）利用纤维素基超吸水性纤维(SAF)的凝胶化特性实现水激活供电。

【结果与讨论】

1. 结构设计与机理
   面膜由多个Zn-Mn@FB单元刺绣组成，水激活后NWF形成三维凝胶网络，为Zn²⁺提供传输通道。放电时Zn²⁺从阳极向MnO₂-Ti阴极迁移产生0.09-0.59 mA微电流，促进药物离子化渗透。猪皮实验显示离子导入组药物渗透面积提升102.64%，荧光分布更均匀。

2. 电极材料特性
   SEM显示Zn-SF表面锌纳米颗粒分布均匀，MnO₂-Ti电极成功负载二氧化锰。XRD证实MnO₂特征峰(2θ=37°)，X射线光电子能谱(XPS)显示Mn 2p_3/2(642.1 eV)特征峰。能量色散谱(EDS)证实电极元素均匀分布。

3. 电化学性能
   Zn-Mn@FB在20 mA/g电流密度下比容量达27.33 mAh/g(10 cm)，长度增至30 cm时提升至41 mAh/g。循环1000次后容量保持65.22%，体积能量密度达30.94 mWh/cm³，优于文献报道的固态电池(7-15 mWh/cm³)。NWF电解质在脱水后可通过再吸水恢复性能，而PVA凝胶则完全失效。

4. 穿戴性能
   30 cm长电池内阻仅14Ω，经挤压、扭曲等变形后容量保持率>82%。串联可使电压倍增，并联延长放电时间。水洗后仍保持21.32%容量，满足日常使用需求。

5. 应用验证
   面膜激活后800秒内维持治疗级微电流(100-500 μA)，促进ATP和胶原蛋白合成。猪皮切片显示微电流组药物渗透深度增加，表皮滞留减少。

这项研究开创性地将纤维电池技术与透皮给药相结合，其科学价值体现在三方面：首先，开发出自建连续沉积设备，突破传统锌离子电池长度限制(达50 cm)；其次，利用NWF的吸水性解决凝胶电解质失水难题；最后，建立完整的微电流-药物渗透协同机制。相比商业产品，该面膜无需外接电源，通过简单刺绣工艺即可实现工业化生产，在医疗美容、慢性皮肤病治疗等领域具有广阔应用前景。未来通过集成传感器等组件，还可拓展为智能诊疗一体化平台。