阅读说明：本技术 一种用于血液氧合的高透气致密中空纤维膜 (High-permeability compact hollow fiber membrane for blood oxygenation ) 是由 张吉松 周才金 谢冰琪 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于血液氧合的高透气致密中空纤维膜。膜材料是氧合器的关键部分,决定了氧合器的氧合效率、使用寿命和安全性。本发明提出的中空纤维膜,具有高透气性的特点,当富含二氧化碳的血液流过氧合器时,血液中的二氧化碳和氧气会迅速的交换,使血液得到快速更新,可以减少氧合器体积和血液预充量。另外,本发明的膜表面疏水且致密,血液不会和气体直接接触,也不会渗透进入气体管路中,避免了蛋白质泄漏和透气性下降等问题,由本发明的中空纤维膜配制的氧合器可以长周期反复使用。同时,由于膜材料生物相容性好,当血液流过膜表面时,血液的理化性质可以保持不变,具有长周期的抗凝血功能。(The invention provides a high-permeability compact hollow fiber membrane for blood oxygenation. The membrane material is a key part of the oxygenator and determines the oxygenation efficiency, service life and safety of the oxygenator. The hollow fiber membrane provided by the invention has the characteristic of high air permeability, when blood rich in carbon dioxide flows through the oxygenator, the carbon dioxide and oxygen in the blood can be rapidly exchanged, so that the blood is rapidly renewed, and the volume of the oxygenator and the blood priming volume can be reduced. In addition, the membrane surface of the invention is hydrophobic and compact, blood can not directly contact with gas, and can not permeate into a gas pipeline, thereby avoiding the problems of protein leakage, air permeability reduction and the like. Meanwhile, as the membrane material has good biocompatibility, the physicochemical property of the blood can be kept unchanged when the blood flows through the surface of the membrane, and the membrane has long-period anticoagulation function.)

一种用于血液氧合的高透气致密中空纤维膜

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种用于血液氧合的新型高透气性致密中空纤维膜。

背景技术

体外膜肺氧合，作为一种有效的心肺支持治疗技术，被广泛应用于严重心、肺功能急性衰竭，大型手术和心血管疾病等治疗过程。其中，膜肺氧合器代替了心脏和肺的功能，为救治患者赢得宝贵时间。所以,膜肺氧合器代表了一个国家和医院的急救水平。

膜肺氧合器的主要结构有血泵、人工肺和气源组成。其中，人工肺是最重要的组成部分。当血液由血泵输送经过人工肺时，血液中的CO₂气体被氧气快速置换出来，使血液得到更新。膜材料则是气体置换过程中的关键部分，它的透气性决定了气体的交换速率，材料表面则影响血液的理化性质。在膜氧合器的应用初期，常用的膜材料有硅和聚丙烯，具有气体交换速率快等优点。但是，在实际应用中发现，材料的生物相容性较差，膜表面存在大量的微孔。氧合过程中，气体透过微孔与血液直接接触，血细胞容易发生溶血等现象，造成血栓等问题，增加了血液氧合过程的危险性。此外，膜表面容易吸附血液蛋白质和血小板，导致血小板沉积，降低氧合效率，大大缩短了氧合器的有效使用时间。随着中空纤维膜技术的发展，目前氧合器最常用膜材料是聚甲基戊烯(PMP)，其具有更高的透气性且易于表面涂层等优点，可以将氧合时间提高到几十天。但是，由于仍存在微孔结构，随着氧合时间增加，仍存在氧合效率下降并出现血栓等新问题。此外，目前还有一类基于膜材料的体内氧合器，用于辅助呼吸系统和婴儿呼吸支持，同样存在由于膜材料问题带来的氧合效率低，使用时间短，安全性差等问题。因此，发展基于一种气体传质速率快，生物相容性好的新型膜材料的膜氧合器可以实现高效、安全并且长周期的血液氧合过程，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是是克服上述现有技术的不足，提供一种用于血液氧合的新型高透气致密中空纤维膜，该膜材料具有疏水和生物相容性好的特点。在氧合过程中，该致密中空纤维膜通过气体溶解扩散原理实现气体快速通过膜材料，在具有跟常规多孔膜材料类似的透气性前提下，避免气体和血液的直接接触，避免蛋白质和血小板的渗漏造成的氧合效率下降；同时，该膜材料表面具有高疏水性和生物相容性，可以在不涂覆抗凝血物质的前提下避免血凝，保证膜材料长时间运行后的稳定性和氧合效率。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于体外血液氧合的高透气致密中空纤维膜，通过热熔挤压成型和溶液浇铸两种方法形成的薄膜，具有高透气性、疏水和生物相容性好的特点。膜材料的高透气性可以达到血气交换的效率；同时，与现有技术不同，在氧合过程中，该膜材料只允许气体穿过，但不允许血液渗透，所以，氧气和血液不直接接触就完成了气体交换过程，减少了血液排斥和蛋白质泄漏，和血小板附着等问题，有利于实现高效安全的血液氧合过程。

进一步，利用一套主要由血泵1、气体质量流量计2、氧合器3、和恒温水浴槽4等部分组成的装置验证最优的膜长度、膜厚度和中空纤维膜的中空纤维内径，并且表征中空纤维膜在长时间运行后的稳定性和氧合效率。

进一步，所述的中空纤维膜的膜优选Teflon AF 2400和Teflon AF1600材料，所述中空纤维膜为致密膜，膜孔孔径为0.01-0.1nm。所述中空纤维膜的中空纤维的内径为20～500μm，膜厚为5～100μm，膜长度为0.01m-1m，所述的中空纤维膜成型方法优选熔融挤压成型和溶剂浇铸的成膜方法。

进一步，所述中空纤维膜应用于体内氧合过程，或应用于体外血液氧合过程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.现有技术采用的膜材料表面上存在的微孔，长期使用容易损伤血细胞导致凝血和血栓等问题，而本发明的中空纤维膜具有高致密的表面，不存在微孔结构，避免了血液和氧气的直接接触，减小蛋白质泄漏和血栓等问题。

2.目前使用的膜材料用于长时间氧合后，由于膜表面吸附血小板和蛋白质，会渗入膜孔，堵塞膜孔，膜材料稳定性和氧合效率会下降，但是，本发明的中空纤维膜液体无法渗透，材料表面具有高疏水性，避免血小板和蛋白质附着膜表面的问题，保证了该膜材料在长时间氧合后的稳定性和效率。

3.本发明的中空纤维膜透气性高，基于该膜发展的氧合器具有气液传质效率高，氧合器体积小，氧合过程前所需的血液预充量小等特点。

附图说明

图1为本发明实施例1中膜材料氧合速度的表征装置示意图。

图2为本发明实施例1中空纤维膜的单根中空纤维的显微镜图。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明提供的一种用于体外血液氧合的材料和微型装置进行详细地描述和说明，为了使技术人员能够更好地理解本发明，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

采用一套主要由血泵1、气体质量流量计2、氧合器3、和恒温水浴槽4等部分组成的装置，如图1所示，优化了如图2所示的中空纤维膜的膜厚和长度，中空纤维直径，得到最优的氧和效率。具体的实施步骤如下所示：

(1)通过血泵1将富含二氧化碳的血液连续注入氧合器3的内管中，同时，在外管中连续通入氧气，氧气流量由气体质量流量计2控制，血液流量通过血泵调节，血液流量恒为2ml/min，氧气流量为4ml/min，血液氧合过程温度维持在37℃，血液管路的压降由微型压力传感器测量。

(2)在氧合器的出口取少量的血液，通过血气分析仪测量氧浓度，分析不同实施条件下该中空纤维膜材料的氧合效率。

(3)保持中空纤维膜的长度为0.4m,中空纤维内径为200μm，当中空纤维膜的膜厚度分别为20μm、40μm、60μm、80μm和100μm时，致密的中空纤维膜的氧合速度分别为0.188、0.175、0.123、0.0101和0.007ml/min。

(4)保持中空纤维膜的膜厚为40μm,中空纤维内径为200μm，当中空纤维膜的膜长度分别为0.1m、0.2m、0.4m、0.6m和0.8m时，致密的中空纤维膜的氧合速度分别为0.08、0.14、0.18、0.184和0.188ml/min。

(5)保持中空纤维膜的膜厚为40μm,长度为0.4m，当中空纤维的内径分别为50μm、100μm、200μm、400μm和500μm时，致密的中空纤维膜的氧合速度分别为0.189、0.181、0.175、0.121和0.081ml/min。

实施例2

采用一套主要由血泵1、气体质量流量计2、氧合器3、和恒温水浴槽4等部分组成的装置，如图2所示，表征中空纤维膜的单根中空纤维的显微镜图。具体的实施步骤如下所示：

(1)通过血泵将富含二氧化碳的血液连续注入氧合器的内管中，同时，在外管中连续通入氧气，氧气流量由气体质量流量计控制，血液流量通过血泵调节，血液流量恒为2ml/min，氧气流量为4ml/min，血液氧合过程温度维持在37℃，血液管路的压降由微型压力传感器测量，中空纤维膜的长度为0.4m，膜厚为40μm,中空纤维内径为200μm。

(2)在氧合器的出口取少量的血液，通过血气分析仪测量氧浓度，分析不同氧合时间下该中空纤维膜材料的氧合效率，得到的结果如表1所示。

表1为本发明实施例2不同氧合时间下，中空纤维膜的氧合速度变化。

表1

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。