ECMO即體外膜肺氧合治療儀，俗稱“人工肺”，在抗擊新冠肺炎疫情中屢次“臨危受命”救治危重病患者而被公眾所知曉。膜肺是ECMO系統(tǒng)的核心部件，現(xiàn)在廣泛采用的是第三代PMP中空纖維膜，由國外企業(yè)獨(dú)家供應(yīng)，我國目前無法自主生產(chǎn)。那么想要實現(xiàn)此核心材料的自主生產(chǎn)有多難？
ECMO系統(tǒng)核心部件
新冠病毒攻擊的是肺泡細(xì)胞，導(dǎo)致肺部喪失換氣功能，患者無法呼吸。ECMO的主要工作原理就是將患者的靜脈血引流至體外，經(jīng)過ECMO循環(huán)后，排出二氧化碳、補(bǔ)充氧氣，將非氧合血氧合成氧合血，然后通過導(dǎo)管輸回人體，同時具備輔助血液循環(huán)和呼吸2種功能，起到替代正常心肺功能的機(jī)器。
這種機(jī)器對重癥心肺功能衰竭患者提供持續(xù)的體外呼吸與循環(huán)，為治療重癥患者爭取更多的時間。ECMO是目前針對嚴(yán)重心肺功能衰竭最核心的支持手段，也譽(yù)稱為重癥患者的“最后救命稻草”。
膜肺是ECMO系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)血液氧合功能，其內(nèi)部由中空微孔纖維膜絲構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行時，血液流經(jīng)中空纖維膜的外表面，氧氣則從中空纖維膜的內(nèi)腔流過，通過擴(kuò)散作用，氧氣進(jìn)入血液，血液中的二氧化碳進(jìn)入中空纖維膜內(nèi)腔隨氧氣一起被帶走，替代肺功能。這就要求膜肺材料既擁有很好的透氣性能，又能實現(xiàn)長效疏水，以滿足臨床中持續(xù)運(yùn)行數(shù)周甚至數(shù)月的要求。
獨(dú)家壟斷價格高昂
膜肺的材料經(jīng)歷了第一代材料固體硅膠膜、第二代材料微孔中空纖維膜以及第三代材料PMP中空纖維膜。三代膜肺材料的發(fā)展逐步提高了臨床的使用效果。一代固體硅膠膜具有相容性好、血漿滲漏少的優(yōu)點(diǎn)，但排氣困難、預(yù)充量大、跨膜壓差大。隨后，二代微孔中空纖維膜的出現(xiàn)解決了排氣困難的問題，但由于有微孔，血漿滲漏可能性較高，使氧合能力下降。
目前，主要使用的第三代PMP中空纖維膜結(jié)合了第一代和第二代膜肺材料的優(yōu)點(diǎn)。PMP是由丙烯二聚制取的4-甲基-1-戊烯為單體聚合而成。PMP膜對氧氣和氮?dú)獾臐B透系數(shù)高，氧氣通量大，在所有聚合物中居前列，還具有低溶出及生物安全性等特性，增加了血液相和氣相分離度，克服了血漿滲漏的問題，延長了ECMO的臨床使用時間。
目前，PMP膜全球只有3M公司旗下的Membrana公司能獨(dú)家供應(yīng)。因其產(chǎn)能緊張，導(dǎo)致下游ECMO企業(yè)產(chǎn)能受限、價格居高不下。我國尚不能自主生產(chǎn)ECMO，全部依賴進(jìn)口。新冠肺炎疫情暴發(fā)后，國內(nèi)特別是湖北危重癥患者不斷增加，“人工肺”需求越來越高，而全國一共也就有400臺左右。2月27日，中央應(yīng)對新冠肺炎疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組從全國調(diào)集ECMO等設(shè)備支援湖北，16臺進(jìn)口ECMO從德國緊急運(yùn)到武漢，滿足治療一線的使用。而且ECMO開機(jī)5萬元起步，使用中每天還需花費(fèi)2萬元，耗材中最費(fèi)錢的也是膜肺材料PMP膜。
性能特殊制造難度大
PMP膜工作原理簡單，但是制膜卻有很大的難度。PMP晶區(qū)和非晶區(qū)密度一樣，成孔尺度很小，結(jié)晶規(guī)律不一樣，晶粒的尺寸、形態(tài)比較特殊，透過組分不能透過結(jié)晶區(qū)，成膜拉伸成孔要在非晶區(qū)。所以PMP膜在工藝控制、成膜、拉伸成孔方面，比聚乙烯、聚丙烯都難控制。
采用干法成膜拉伸成孔不好控制，孔徑大且不規(guī)則。目前國內(nèi)能采用干法將PMP拉伸成膜，但是不能成孔，只能用于線路板、電池隔膜等工業(yè)領(lǐng)域。ECMO膜肺的PMP膜為滲透膜，要求成孔尺寸小且均勻。PMP干法成膜即便多極拉伸達(dá)到這個要求，還有很大距離，難度很大。
而濕法成膜更容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。濕法成膜溶劑相分離比較均勻，孔徑好控制，尺寸也小。然而，溶劑對PMP膜結(jié)晶度、膜分離系數(shù)、膜通量都有影響，溶劑的品種和濃度，冷凝液、萃取液的種類，干燥和熱定型處理的條件等，任何一個條件變化，膜的氣體滲透性能和選擇性能都會發(fā)生變化。
濕法難度在于相分離過程要控制好條件，成孔剛合適，還要控制好拉伸工藝。相分離中成膜液的濃度、添加劑的含量、蒸發(fā)時間的長短，拉伸法中拉伸的比率、熱處理的溫度和時間，都要控制好才能精確地控制最終膜的結(jié)構(gòu)。
即便這樣，采用濕法制取的PMP膜還并不能直接應(yīng)用于ECMO中。因為血液中的二氧化碳大部分以HCO3-形式存在，清除效率由HCO3-水解速率決定，要對膜表面進(jìn)行改性，采用水等離子處理技術(shù)將羥基引入PMP表面，再以溴化為偶聯(lián)劑，將碳酸酐酶共價接枝在PMP表面，以提高其清除血液中二氧化碳的能力。
因此，生產(chǎn)PMP膜需要材料、化學(xué)等多學(xué)科專業(yè)聯(lián)動，需要各種專業(yè)技術(shù)的整合，只要是整合就變成了技術(shù)流程管理問題，這就一定比技術(shù)問題更為復(fù)雜。
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