研究背景
體外膜肺氧合（ECMO）系統，作為“人工心肺機”，在嚴重心肺衰竭患者的治療中發揮著至關重要的作用。氧合膜作為ECMO系統的核心部件，其性能直接關系到設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提高抗滲漏性能，一直是氧合膜研發的難點。
研究概述
清華大學化工系林亞凱副研究員/楊振忠教授和北京交通大學吳歡歡副教授聯合研究在ECMO氧合膜制備方面取得重大突破。研究團隊通過在商業聚丙烯（PP）膜接枝多效能Janus納米粒子，成功開發出一種新型PP基氧合膜，將PP膜使用壽命提升了6~8倍，達到了商品聚-4-甲基-1-戊烯（PMP）膜水平，其氣體通量遠超PMP膜，為ECMO商品膜材料的改進提供新思路。
圖1. PP中空纖維膜接枝介孔納米粒子示意圖
團隊通過在商業聚丙烯（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入血液提供了充分的氣液接觸面積，保持優異氧氣的傳輸能力，解決了ECMO膜材料在實際應用中面臨的氣體透過性與抗血漿滲漏矛盾難題，為推動ECMO的發展提供了新方案。
圖2 改性氧合膜表面氣液接觸面變化示意圖
研究團隊的這一創新成果，不僅在理論上解決了ECMO膜材料在實際應用中面臨的氣體透過性與抗血漿滲漏的矛盾，而且在實際應用中也展現出了卓越的性能。新型PP基復合膜在各項性能方面均表現出色，其泡點從0.36 MPa顯著提高至1.20 MPa（圖3a），而氣體通量僅略有下降，下降幅度不超過4%，血漿滲漏抗性時間從600分鐘延長至4140分鐘（圖3d），為其在ECMO等領域的廣泛應用奠定了基礎。
圖3. 接枝粒子前后PP氧合膜各項性能變化
研究小結
研究通過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納米粒子的關鍵作用，解決了PP氧合膜在ECMO應用中的性能限制，在ECMO關鍵核心部件領域取得了突破，極大地擴展了其在醫療健康領域的應用前景。
期刊簡介
Wiley旗下的Small Structures創立于2020年。作為Small的姊妹期刊，Small Structures旨在成為發表關于亞宏觀尺度結構研究的多學科、跨領域、頂尖旗艦期刊。稿件領域包括但不限于化學、物理、材料、工程和生命科學，類型包括原創研究、綜述、展望、評論等。期刊最新引文指標為1.41，最新影響因子為13.9（2023）。
