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体外膜氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation, ECMO），俗称“人工肺”， 是用于重症心肺功能衰竭患者的医疗急救设备，为患者提供持续的体外呼吸与循环。在COVID-19大流行期间，ECMO在危重症心肺衰竭患者的抢救中发挥了重要作用。作为ECMO的核心材料，血液氧合膜基本依赖进口，亟需突破ECMO关键材料研发的“卡脖子”问题，满足危重症救治的重大需求。
为此，天津大学化工学院赵颂副研究员联合天津市第三中心医院高文卿/李彤主任团队受肺泡三层结构的启发，提出多层复合Janus结构氧合膜的设计思路，设计并制备出了具有良好气体交换能力和血液相容性的仿生氧合膜，且在血液氧合过程有效防止血浆渗漏。这项工作证明了多层复合Janus结构氧合膜的应用潜力，为氧合膜的开发提供了新思路。相关研究内容以“Asymmetric Triple-Functional Janus Membrane for Blood Oxygenation”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》期刊，https://doi.org/10.1002/adhm.202302708。
【文章要点】
在这项研究工作中，该团队建立了一种多层复合Janus结构氧合膜的设计思路和制备方法。PSBMA-PAD@PDMS氧合膜由聚二甲基硅氧烷层（PDMS，用于阻止血浆泄漏）、聚酰胺层（PAD，用于CO2和O2交换）和两性离子聚合物层（PSBMA，用于提高血液相容性）的三层结构复合而成。PSBMA-PAD@PDMS膜具有亲水表层和疏水底层，可有效防止血细胞粘附和血液渗漏。在血液pH条件下，膜表面呈现出强负电性，可有效阻止红细胞、血小板在膜表面粘附。相比于其他文献，PSBMA-PAD@PDMS膜的CO2:O2渗透速率比（11:1）更加接近人体肺泡（20:1），有利于血液的高效氧合和CO2的及时清除。
图1. 多层复合Janus结构氧合膜的制备过程、表面特性与气体渗透性能
PSBMA-PAD@PDMS膜表面可有效抑制蛋白质和血细胞的粘附，APTT、TT凝血时间显著延长，满足临床需求。此外，PSBMA-PAD@PDMS膜表面未发生溶血现象，满足ISO标准要求。上述结果表明制备的Janus膜具有优异的血液相容性。
图2. 多层复合Janus结构氧合膜的血液相容性
实验研究了PSBMA-PAD@PDMS膜对绵羊血进行血液氧合，测试其氧合效率。经过一定时间的氧合，血液由暗红色的静脉血（血氧分压73 mmHg）变为鲜红色的动脉血（血氧分压202 mmHg），O2传输速率为17.8 mL min-1 m-2，CO2传输速率为70.1 mL min-1 m-2。氧合结束后，膜表面未观察到明显的血栓形成和血浆渗漏现象的发生。
图3. 多层复合Janus结构氧合膜的血液氧合性能
【结论与展望】
作者设计并成功开发了用于ECMO系统血液氧合的多层复合Janus结构氧合膜。血液氧合过程中，Janus氧合膜在抗血栓形成、抗血浆泄漏、O2和CO2交换表现出优异的性能。这项工作证明了Janus结构在氧合膜材料中的应用潜力，为氧合膜的开发提供了新思路。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adhm.202302708
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