中化新网6月20日讯：救命的“人工肺”―ECMO ECMO即体外膜肺氧合治疗仪，俗称“人工肺”，在抗击新冠肺炎疫情中屡次“临危受命”救治危重病患者而被公众所知晓。

新冠病毒，攻击的是肺泡细胞，导致肺部丧失换气功能，患者无法呼吸。ECMO的主要工作原理就是将患者的静脉血引流至体外，经过ECMO循环后，排出二氧化碳、补充氧气，将非氧合血氧合成氧合血，然后通过导管输回人体，同时具备辅助血液循环和呼吸两种功能，起到替代正常心肺功能的机器。这种机器对重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环，为治疗重症患者争取更多的时间，不致于因严重缺氧或CO2潴留而死亡。ECMO是目前针对严重心肺功能衰竭最核心的支持手段，也誉称为重症患者的“最后救命稻草”、“黄金武器”。

ECMO工作原理图

当ECMO仪器启动，离心泵运转，暗红色的血液从股静脉引出，然后经过膜肺氧合，转变为鲜红色的血液再从颈内静脉回到患者的体内，接着开始下调呼吸机的条件，患者的氧合得到明显改善。

核心材料PMP膜独家垄断

膜肺是ECMO系统的核心部件，承担血液氧合功能，其内部由中空微孔纤维膜丝构成，系统运行时，血液流经中空纤维膜的外表面, 氧气则从中空纤维膜的内腔流过,通过扩散作用,氧气进入血液,血液中的CO2进入中空纤维膜内腔随氧气一起被带走，替代肺功能，这就要求膜肺材料既拥有很好的透气性能，又能实现长效疏水，以满足临床中持续运行数周甚至数月的要求。

膜肺的材料经历了第一代材料固体硅胶膜、第二代材料微孔中空纤维膜以及第三代材料PMP(聚4-甲基1-戊烯)中空纤维膜，三代膜肺材料的发展逐步提高了临床的使用效果，一代固体硅胶膜具有相容性好，血浆渗漏少的优点，但排气困难、预充量大、跨膜压差大，随后二代微孔中空纤维膜的出现解决了排气困难的问题，但由于有微孔，血浆渗漏可能性较高，使氧合能力下降，目前主要使用的第三代PMP中空纤维膜结合了第一代和第二代膜肺材料的优点，PMP膜被公认为膜肺最优介质，PMP是由丙烯二聚制取的4-甲基-1-戊烯(4MP1)为单体聚合而成，PMP膜对氧气和氮气的渗透系数高，氧气通量大,是PE的10倍左右,在所有聚合物中居前列，还具有低溶出及生物安全性等特性，增加了血液相和气相分离度，克服了血浆渗漏的问题，有效延长了 ECMO 的临床使用时间。

PMP与其他材料氧气透过率比较

目前，PMP膜全球只有 3M公司旗下的 Membrana 公司能独家供应，因其产能紧张，导致下游 ECMO 企业产能受限，而且且因其供应垄断、价格垄断，导致价格居高不下，制约着国内不能自主生产ECMO，全部依赖进口，新冠肺炎疫情爆发后，国内特别是湖北危重症患者不断增加，“人工肺”需求越来越高，而全国一共也就有400台左右，2月27日，中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组从全国调集ECMO等设备支援湖北。2月27日， 16台进口的ECMO从德国法兰克福紧急运到了湖北武汉，满足武汉前方的使用，而且ECMO开机5万元起步，使用中每天还需要花费2万，耗材中最费钱的也是膜肺，即膜肺材料PMP中空纤维膜。

整体上看，ECMO目前在国内每年的使用量虽只有小几千例，但增速较可观，2017年-2018年增速为38%，叠加因疫情产生的需求，今后会有更大的增速。

PMP膜性能特殊 在膜中制造难度大

PMP膜工作原理简单，但是制膜却有很大的难度，PMP晶区、非晶区密度一样，而且成孔尺度很小，结晶规律不一样，晶区不规则，晶粒尺寸、形态比较特殊，透过组分不能透过结晶区，成膜拉伸成孔要在非晶区，在工艺控制、成膜、拉伸成孔控制起来，比聚乙烯、聚丙烯都难控制，采用干法成膜拉伸成孔不好控制，孔径大，不规则，据记者调查，国内能采用干法能将PMP拉伸成膜，但是不能成孔，主要用于线路板、电池隔膜等工业领域。ECMO 膜肺的PMP中空微孔纤维膜为渗透膜，要求成孔尺寸小，而且均匀，PMP干法成膜即便多极拉伸达到这个要求，还有很大距离，难度很大。而湿法成膜容易实现产业化，湿法加溶剂，溶剂挥发后，还要二次拉伸成孔，湿法成膜溶剂相分离比较均匀，孔径好控制，尺寸也小，但是湿法难度在于相分离过程要控制好条件，成孔刚合适，还要控制好拉伸工艺。

溶剂对PMP膜结晶度、膜分离系数、膜通量都有影响，溶剂的品种和浓度,非溶剂的品种和用量,冷凝液、萃取液的种类,干燥和热定型处理的条件等,任何一个条件变化，膜的气体渗透性能和选择性能都会发生变化。更大的难度是如何通过控制相分离法中成膜液的浓度、添加剂的含量、蒸发时间的长短，拉伸法中拉伸的比率、热处理的温度和时间，精确地控制最终膜的结构。

即便这样，采用湿法制取的PMP膜还并不能直接应用于ECMO膜肺中，因为血液中的 CO2大部分以 HCO3形式存在, 因此，血液中CO2的清除效率将由 HCO3的水解速率决定，还要对膜表面进行改性，碳酸酐酶能高效催化HCO3的水解，采用水等离子处理技术将羟基引入的 PMP 表面, 再以溴化为偶联剂, 将碳酸酐酶共价接枝在 PMP 表面, 以提高其清除血液中CO2的能力，因此，PMP膜作需要材料、化学等多学科专业联动，需要各种专业技术的整合，只要是整合就变成了技术流程管理问题，这就一定比技术问题更复杂。

本刊编者按：救死扶伤，众生所望，同业当自强！