研究背景
體外膜肺氧合（ECMO）系統(tǒng)，作為“人工心肺機(jī)”，在嚴(yán)重心肺衰竭患者的治療中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。氧合膜作為ECMO系統(tǒng)的核心部件，其性能直接關(guān)系到設(shè)備的使用壽命和患者的安全。然而，如何在保持較大氣體通量的同時(shí)提高抗?jié)B漏性能，一直是氧合膜研發(fā)的難點(diǎn)。
研究概述
清華大學(xué)化工系林亞凱副研究員/楊振忠教授和北京交通大學(xué)吳歡歡副教授聯(lián)合研究在ECMO氧合膜制備方面取得重大突破。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在商業(yè)聚丙烯（PP）膜接枝多效能Janus納米粒子，成功開(kāi)發(fā)出一種新型PP基氧合膜，將PP膜使用壽命提升了6~8倍，達(dá)到了商品聚-4-甲基-1-戊烯（PMP）膜水平，其氣體通量遠(yuǎn)超PMP膜，為ECMO商品膜材料的改進(jìn)提供新思路。
圖1. PP中空纖維膜接枝介孔納米粒子示意圖
團(tuán)隊(duì)通過(guò)在商業(yè)聚丙烯（PP）膜接枝官能化介孔二氧化硅（圖1），利用三氟丙基等官能化的介孔二氧化硅賦予PP膜高疏水性，其疏水性的提高和膜表面孔隙的縮小顯著提高了抗血漿滲漏性能。接枝介孔二氧化硅粒子層厚度遠(yuǎn)小于PP膜厚度，保證了改性PP氧合膜的高透氣性。粒子間的間隙和多效能二氧化硅納米粒子表面的孔道為氧氣進(jìn)入血液提供了充分的氣液接觸面積，保持優(yōu)異氧氣的傳輸能力，解決了ECMO膜材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨的氣體透過(guò)性與抗血漿滲漏矛盾難題，為推動(dòng)ECMO的發(fā)展提供了新方案。
圖2 改性氧合膜表面氣液接觸面變化示意圖
研究團(tuán)隊(duì)的這一創(chuàng)新成果，不僅在理論上解決了ECMO膜材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨的氣體透過(guò)性與抗血漿滲漏的矛盾，而且在實(shí)際應(yīng)用中也展現(xiàn)出了卓越的性能。新型PP基復(fù)合膜在各項(xiàng)性能方面均表現(xiàn)出色，其泡點(diǎn)從0.36 MPa顯著提高至1.20 MPa（圖3a），而氣體通量?jī)H略有下降，下降幅度不超過(guò)4%，血漿滲漏抗性時(shí)間從600分鐘延長(zhǎng)至4140分鐘（圖3d），為其在ECMO等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
圖3. 接枝粒子前后PP氧合膜各項(xiàng)性能變化
研究小結(jié)
研究通過(guò)引入疏水化的介孔二氧化硅納米粒子，充分顯示了多效能Janus納米粒子的關(guān)鍵作用，解決了PP氧合膜在ECMO應(yīng)用中的性能限制，在ECMO關(guān)鍵核心部件領(lǐng)域取得了突破，極大地?cái)U(kuò)展了其在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
期刊簡(jiǎn)介
Wiley旗下的Small Structures創(chuàng)立于2020年。作為Small的姊妹期刊，Small Structures旨在成為發(fā)表關(guān)于亞宏觀尺度結(jié)構(gòu)研究的多學(xué)科、跨領(lǐng)域、頂尖旗艦期刊。稿件領(lǐng)域包括但不限于化學(xué)、物理、材料、工程和生命科學(xué)，類型包括原創(chuàng)研究、綜述、展望、評(píng)論等。期刊最新引文指標(biāo)為1.41，最新影響因子為13.9（2023）。
