面向无创脱发治疗的近红外OLED纺织光疗平台：通过微腔结构优化波长激活毛乳头细胞

《Nature Communications》：Wearable textile-based phototherapy platform with customized NIR OLEDs toward non-invasive hair loss treatment

本文报道了一种可穿戴纺织基近红外（NIR）有机发光二极管（OLED）光疗平台，用于无创脱发治疗。研究团队针对传统光疗设备存在的光谱匹配不足、穿戴舒适性差等问题，开发了具有微腔结构的可定制NIR OLED，实现发射光谱（730–740 nm）与人毛乳头细胞（hDPCs）激活谱精准匹配。该器件在10,000次弯曲循环后仍保持稳定辐射输出，并具备防水与低温升特性（<30°C）。体外实验表明，微腔调谐NIR OLED照射使hDPCs迁移率显著提升，衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性降低91.6%，效果优于红光与宽谱NIR照射。该研究为可穿戴光学生物调控（PBM）提供了可扩展、生物相容的新策略。

　　

脱发（alopecia）是全球数百万人面临的常见问题，不仅影响外观，更带来沉重的心理与社会负担。当前主流治疗方法包括米诺地尔（minoxidil）和非那雄胺（finasteride）等药物干预，以及毛发移植手术。然而，药物治疗需长期使用并可能引发激素失衡、情绪波动等全身性副作用，而移植手术则具有侵入性高、费用昂贵等缺点。光学生物调控（photobiomodulation, PBM）作为一种非药物、非侵入性的替代疗法，通过特定波长的光照射刺激细胞活性，为脱发治疗提供了新思路。

然而，现有PBM设备多基于LED或激光光源，存在明显局限：LED光源往往光斑不均匀，激光设备则通常体积庞大、刚性较强，限制了移动性和佩戴舒适度。商用PBM系统常采用头盔或发带形态，虽能在室内家庭环境中使用，但难以融入日常户外活动。此外，这些设备依赖大量点状光源覆盖头皮，导致设备重量增加，且可能因像素化发射造成照射剂量不均。近年来出现的微LED贴片和OLED笼式设备虽在柔性方面有所改进，但仍存在黏附剂拉扯毛发、光源尺寸小、均匀性差等问题。

针对上述挑战，韩国科学技术院（KAIST）与香港城市大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项创新研究，开发了一种基于纺织品的可穿戴近红外（NIR）OLED光疗平台，用于无创脱发治疗。该平台通过微腔结构精确调谐OLED发射光谱，使其与毛囊真皮乳头细胞（human dermal papilla cells, hDPCs）的激活光谱匹配，从而提升光子递送效率并激活细胞功能。

研究团队首先设计并制备了顶发射微腔NIR OLED。该器件采用全反射阳极和半透明阴极构成光学微腔，通过调节空穴传输层（HTL）厚度在10 nm精度内调谐发射峰值（720–800 nm）。

与采用氧化铟锡（ITO）电极的非微腔器件相比，微腔结构将半高全宽（FWHM）从130 nm压缩至45 nm，并在730–740 nm波段实现2.4倍光子辐射度提升。同时，团队开发了由Al₂O₃/TiO₂纳米叠层（30 nm）和聚对二甲苯（parylene-C，500 nm）组成的混合封装结构，兼具防潮阻氧与光提取增强功能，使器件最大外量子效率（EQE_max）从3.7%提升至11.4%，辐射度从44.8 W m^?2sr^?1增至78.7 W m^?2sr^?1。

关键技术方法包括：通过热蒸发制备微腔NIR OLED，采用铂配合物近红外发光材料；利用原子层沉积（ALD）制备Al₂O₃/TiO₂纳米叠层封装；在聚酯纺织基板上通过聚对二甲苯平面化处理实现器件集成；采用猪皮肤模型（APURES公司提供）评估光穿透性；通过细胞划痕实验和SA-β-半乳糖苷酶染色分析人毛乳头细胞（hDPCs，购自PromoCell公司）的迁移与衰老。

Wearable NIR OLEDs for phototherapy

研究将NIR OLED集成于聚酯纺织平台，总厚度不足1 μm。通过低温ALD沉积与聚对二甲苯平面化，纺织基板表面粗糙度显著降低，确保OLED均匀成膜。

器件在2 mm弯曲半径下经历10,000次循环后仍保持电光性能稳定，并具备优异防水性（浸水50小时后性能保留90%以上）。集成于桶帽、棒球帽等商用帽具的 prototypes 展示出在真实佩戴条件下的稳定运行与均匀照射能力。

Penetration of NIR irradiation

通过猪皮肤模型评估光穿透性，发现微腔NIR OLED在3 mm深度（毛囊典型位置）的透射率达12%，高于红光OLED（8%）与非微腔NIR器件（6%）。

蒙特卡罗模拟显示，在3–4 mm深度处接收表面辐照度与体外实验设置相符，验证了其皮下照射可行性。

In vitro PBM induced by OLED irradiation

体外实验表明，微腔NIR OLED照射显著促进hDPCs迁移：照射16小时后划痕闭合率达60.9%（对照组30.7%），22小时后达97.1%。在衰老抑制方面，微腔NIR组SA-β-gal阳性细胞比例降至3.2%，较非照射对照组（38.2%）降低91.6%，效果优于红光OLED（36.5%）与非微腔NIR器件（23%）。

该研究成功开发了一种可穿戴纺织基NIR OLED平台，通过微腔结构实现发射光谱与hDPCs激活谱的精准匹配，显著提升细胞迁移并抑制衰老。器件具备优异机械柔性、防水性及低温升特性，可集成于日常帽具实现室内外便携使用。尽管微腔OLED存在视角依赖的光谱偏移、柔性电源容量限制等问题，且脱发病理涉及多尺度相互作用，需进一步开展体内模型与临床试验验证其临床疗效，但本研究为可穿戴PBM提供了波长可调、生物相容的新平台，推动光疗技术向个性化、非侵入式方向发展。