名为角质层的高墙
经皮给药是指让药物穿过皮肤进入血流以产生全身作用。障碍在于角质层——由嵌于脂质中的扁平死细胞构成的最外层,常被比作以油性灰浆砌成的砖墙。它厚度仅约十分之一毫米,却是全身各处药物进入的最大单一屏障。进化造出它,是为了阻止水分流失、阻挡化学物进入;配方师必须设法智取它。
由于灰浆是脂性的,最易穿过的药物是小分子且中等亲脂性的——log P大致介于1与3之间、分子量约低于500。它们还必须强效,因为皮肤只放进涓滴之量。尼古丁、芬太尼、雌二醇与东莨菪碱都符合此特征,这也正是它们成为最早一批贴片药物的原因。
菲克定律设定速度上限
药物借被动扩散穿过,其速率服从[[ficks-first-law|菲克第一定律]]:通量正比于跨皮肤的浓度差、接触面积,以及药物溶入皮肤并在其中移动的难易程度。一个巧妙的推论是:若贴片把其表面的药物浓度维持得大致恒定,通量也就大致恒定——从而带来近乎零级的平稳释药,这正是贴片在全天候给药中如此有用的原因。
Fick's first law for transdermal flux
J = (D · K · ΔC) / h
J = flux per unit area (amount crossing per cm² per hour)
D = diffusion coefficient of drug in stratum corneum
K = partition coefficient (skin vs. vehicle)
ΔC = concentration difference across the membrane
h = thickness of the barrier
Worked estimate (round numbers):
D = 1e-7 cm²/h (slow — the barrier is dense)
K = 2 (drug prefers skin lipid 2:1)
ΔC = 10 mg/cm³ (saturated reservoir at the surface)
h = 0.002 cm (20 µm stratum corneum)
J = (1e-7 × 2 × 10) / 0.002
= 2e-6 / 0.002
= 1e-3 mg/cm²/h = 1 µg/cm²/h
To deliver 0.5 mg/h (a typical patch target):
area = 0.5 mg/h ÷ 1 µg/cm²/h = 500 cm² → too big!
Fix: add a permeation enhancer to raise D (and K), or pick
a more potent drug needing less per hour. Doubling D·K to
4 µg/cm²/h shrinks the patch to a wearable ~125 cm².贴片的两种构造
贴片主要有两种设计。[[reservoir-system|储库型]]贴片把药物以液体或凝胶形式存于一层控速膜之后:由膜而非皮肤决定释药速率,因而可以非常精确。[[matrix-system|骨架型]]贴片把药物溶于一层黏胶聚合物中;它更薄、更简单、更难被滥用,但随骨架渐空,释药速率会漂移。出于这些实用理由,如今多数贴片采用骨架型或药物-黏胶型设计。