近年来，植物基驱虫剂作为N,N-二乙基-间甲苯酰胺（DEET）等合成化学产品的替代品受到了广泛关注（Asadollahi等人，2019；Fernando等人，2024；Arena等人，2025）。它们的吸引力源于消费者对环保、生物相容和可持续产品的日益增长的需求，尤其是在个人护理和家庭应用中（Maia和Moore，2011）。植物基驱虫剂通常来源于精油和植物提取物，因其天然来源而被认为更安全（Rehman等人，2014）。然而，这种安全感知并不总是有实证毒理学数据支持，特别是在皮肤兼容性和刺激潜力方面（Diaz，2016）。尽管这些产品被广泛使用，但对其安全性的严格科学评估仍然至关重要（Lo等人，2018；Luker，2024），特别是考虑到天然产品配方的复杂性和变异性。
角质层是皮肤的最外层，是抵御环境侵害（包括化学物质）的主要屏障（Bouwstra等人，2021）。任何对该屏障功能的破坏都可能导致皮肤刺激、过敏性接触性皮炎或现有皮肤病的加重。与经过数十年毒理学和皮肤学评估的合成驱虫剂不同，许多植物基替代品尚未在标准化协议下进行评估，导致安全声明不一致且常常基于轶事（Nguyen等人，2023）。这一问题因植物种类、栽培条件、提取方法和储存方式的差异而导致的精油成分变化而更加复杂（Farina和Conti，2024）。
几种常用的精油，包括香茅油、丁香油、柠檬草油和百里香油，与皮肤敏感化和刺激有关（Ibrahim等人，2021）。这些不良影响通常取决于浓度，并可能因不当使用而加剧，例如直接将未稀释的精油涂抹在皮肤上或使用未经验证的配方产品。此外，具有特应性皮炎、香料过敏或哮喘等易感条件的个体可能特别容易受到植物基驱虫剂的不良皮肤影响（Bekhof等人，2023）。鉴于这些产品在消费者市场中的日益普及（Peng等人，2022），迫切需要通过可靠、可访问和符合伦理的测试方法来评估其皮肤安全性。
历史上，皮肤刺激测试依赖于体内动物模型，但这存在伦理问题和转化限制。为此，科学界开发了几种体外替代方法，包括重建的人类表皮（RhE）模型（Suhail等人，2019），如EpiSkin?、EpiDerm?和SkinEthic?（Rodrigues Neves等人，2018）。这些模型根据经济合作与发展组织（OECD）测试指南439进行了验证，并基于细胞活力和细胞因子生成来评估刺激潜力（OECD，2021）。RhE测试几十年来一直被用作Draize测试的成本效益高且相对快速的替代方法，包括在高通量实施中（Huang等人，2026）。这些模型被广泛接受、商业可用，并在产品开发和配方筛选中常规使用，尽管它们的局限性取决于具体情境而非普遍适用。虽然RhE模型提供了关于皮肤兼容性的有力见解，但其高昂的成本、技术要求和高通量限制阻碍了其在常规产品筛选和早期配方开发中的使用（Cheng等人，2025），尤其是在多样化和快速发展的植物基驱虫剂市场中。
为克服这些限制，新兴的生物电子技术提供了一个有前景的替代方案。其中一项创新是开发了电子人工角质层（eASC）系统，该系统将合成膜模型与嵌入式电子传感器结合，以实现无指示剂的实时屏障完整性评估（Cheng等人，2025）。这些平台利用电阻抗谱（EIS）和电容测量等技术来检测皮肤屏障性质的微妙变化，提供刺激引起的破坏的早期指标（Brunsgaard等人，2024）。eASC模型在多种皮肤学应用中展示了潜力，包括渗透研究和毒性筛选，但其在评估植物基驱虫剂方面的应用仍大部分未被探索。
特别是EIS在表征皮肤屏障模型的功能特性方面显示出显著效用（Morin等人，2020）。最近的研究表明，电阻抗值与表皮的关键生理特征相关，包括角质层厚度和角质形成细胞分化（van den Brin等人，2024）。此外，基于电阻抗的测试无需依赖生化终点，就能成功区分刺激性和非刺激性物质，提供了一种快速且无创的替代传统测试的方法（OECD，2015）。将这种电化学传感能力集成到人工膜系统中代表了皮肤毒理学的重要进展（Chacón等人，2023），尤其是在高通量筛选和实时监测方面。
另一个新兴方向是使用模拟角质层细胞间脂质矩阵生物物理特性的脂质模型。这些系统由神经酰胺、胆固醇和游离脂肪酸构成，模拟了天然皮肤的渗透性和机械特性，使其成为评估皮肤界面分子相互作用的理想基底（?u?íková等人，2017；Fernandes等人，2024）。当与生物电子组件结合时，基于脂质的模型可以成为研究刺激机制和去刺激配方保护效果的多功能平台。
本研究旨在通过开发一种专门针对植物基驱虫剂的新型eASC基础检测平台来解决当前皮肤安全性评估的空白。这项工作的主要目标是证明eASC平台实时检测相对皮肤屏障扰动的可行性和灵敏度，而不是建立明确的刺激分类阈值。通过将电容传感集成到紧凑的、模拟脂质的角质层类似物中，我们旨在提供一种成本效益高、可扩展的方法，用于实时监测皮肤屏障破坏，并证明其可行性和概念验证。研究的目标有三个：（1）构建和表征能够检测刺激引起的屏障完整性变化的功能性eASC平台；（2）评估一系列市售植物基驱虫剂引起皮肤刺激的潜力；（3）探索使用PEG-40氢化蓖麻油等赋形剂的胶束溶液去刺激策略的有效性。
除了推进刺激筛选方法外，这项研究还探讨了天然产品开发中安全性的更广泛影响。消费者对植物基配方的需求不断增加，超过了标准化测试框架的建立速度，导致安全声明不一致和潜在的公共卫生风险。包括美国环境保护署（EPA）在内的监管机构目前根据“最低风险农药”指定，免除了许多植物基驱虫剂的严格上市前测试。因此，早期安全性评估的责任往往落在小型到中型企业（SMEs）、初创公司和学术或早期配方开发者身上，他们可能在资源或技术基础设施方面面临限制。同时，合同研究组织（CROs）在使用经过验证的RhE模型和其他新方法进行皮肤安全性评估方面发挥着重要作用。在这种情况下，eASC平台并非旨在取代RhE测试或CRO-based评估，而是作为一种补充的、低门槛的、无指示剂的筛选工具，用于早期配方优化、探索性研究和正式监管评估前的迭代测试（Tavares等人，2018）。这项研究提出了一种实用且基于科学的解决方案，以弥合这一差距，增强消费者保护和行业责任。
最终，将eASC技术应用于产品开发流程可能促进皮肤安全性评估的范式转变。通过实现快速、非体内和成本效益高的刺激潜力评估，这些系统可以支持开发更安全、更可靠的植物基驱虫剂。此外，将生物传感平台与模拟脂质的膜结合符合减少动物测试和促进毒理学研究中替代方法的伦理要求。
虽然植物基驱虫剂是合成化学产品的有希望的替代品，但不能仅凭其天然来源就假设其皮肤安全性。严格的、标准化的、技术先进的刺激评估方法对于确保其安全和有效使用至关重要。本研究引入了eASC平台，作为一种评估植物配方中皮肤刺激潜力和去刺激效果的新工具。通过解决当前测试方法的关键局限性，它旨在促进更科学验证和消费者友好的驱虫产品的开发。
