高分辨时空映射：毫秒级微针电穿孔过程中的瞬态焦耳热与皮肤组织响应

电穿孔技术通过脉冲电场提高细胞膜通透性，已成为体内基因递送与核酸疫苗领域的重要工具，但其效果取决于场强、脉宽、频率和脉冲总数等参数的组合，必须针对不同组织逐一优化，在最大化递送的同时尽量减少不可逆损伤^[1]。人们早已知道电极构型会显著影响组织内的电场分布^[4]；基于电穿孔的治疗在设计上主要依靠电场而非温度变化发挥作用，不可逆电穿孔更以“非热”消融为目标^[2,3]，但在电极紧邻区域，电场分布不均和高电流密度仍可能带来热损伤^[3]。此外，治疗过程中组织电导率还会逐脉冲升高并与疗效相关^[5]，使电流与产热的耦合更复杂。然而，微针电极在毫秒级指数衰减脉冲下的瞬态电-热过程及其与组织损伤的空间关系，一直缺乏系统的直接刻画。

这项研究综合运用中波红外测温、三维电磁建模、细胞活力染色与组织学分析，对微针电穿孔中皮肤的热学、电学与生物学响应进行了时空分辨表征。结果显示，毫秒脉冲引发显著且空间不均一的焦耳热，峰值温度由脉冲电压与脉宽共同决定；并存在一种一致的、随电压和脉宽变化的热不对称——阳极始终热于阴极，在200 V、约40 ms时阴阳极温差最大达37.8 °C。数值模拟表明，微针尖端和边缘的局部电场增强是这些热效应的来源。在生物学层面，集中于阳极的加热导致组织炭化、凝固性坏死和持续炎症，而电穿孔本身引起的急性细胞死亡则围绕两电极对称分布；高压（≥100 V）微针电穿孔因此会造成明显的局部热损伤，尤以阳极为甚。

相对于以往主要依靠数值模拟预测电极附近热损伤^[3]、依靠计算理解电场分布^[4]的局面，这项工作以实测的高分辨温度图谱把瞬态电-热动力学与组织损伤直接联系起来，并在空间上区分了两类损伤的不同来源：电穿孔介导的急性死亡是对称的，热损伤则明显偏向阳极。这一区分对以可逆电穿孔为目标、需要维持细胞活力的经皮基因和药物递送尤具意义，因为此类治疗的设计前提是效果来自电场作用而非升温^[3]，参数选择也以控制不可逆损伤为约束^[1]。

当然，该结论基于皮肤组织与毫秒级指数衰减脉冲，能否推广到其他波形、脉冲方案或组织仍属未知；由于电穿孔参数本就需因组织而异^[1]，外推应格外谨慎。更重要的是，如何在保证递送效率的前提下抑制阳极侧的热损伤——例如借助电极设计或脉冲参数调整——这项研究并未给出答案，仍有待后续工作解决。