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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。
新冠病毒，攻擊的是肺泡細胞，導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，經過ECMO循環(huán)后，排出二氧化碳、補充氧氣，將非氧合血氧合成氧合血，然后通過導管輸回人體，同時具備輔助血液循環(huán)和呼吸兩種功能，起到替代正常心肺功能的機器。這種機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，不致于因嚴重缺氧或CO2潴留而死亡。ECMO是目前針對嚴重心肺功能衰竭最核心的支持手段，也譽稱為重癥患者的“最后救命稻草”、“黃金武器”。
ECMO工作原理圖
當ECMO儀器啟動，離心泵運轉，暗紅色的血液從股靜脈引出，然后經過膜肺氧合，轉變?yōu)轷r紅色的血液再從頸內靜脈回到患者的體內，接著開始下調呼吸機的條件，患者的氧合得到明顯改善。
核心材料PMP膜獨家壟斷
膜肺是ECMO系統(tǒng)的核心部件，承擔血液氧合功能，其內部由中空微孔纖維膜絲構成，系統(tǒng)運行時，血液流經中空纖維膜的外表面, 氧氣則從中空纖維膜的內腔流過,通過擴散作用,氧氣進入血液,血液中的CO2進入中空纖維膜內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)運行數(shù)周甚至數(shù)月的要求。
膜肺的材料經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(聚4-甲基1-戊烯)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，但排氣困難、預充量大、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中空纖維膜結合了第一代和第二代膜肺材料的優(yōu)點，PMP膜被公認為膜肺最優(yōu)介質，PMP是由丙烯二聚制取的4-甲基-1-戊烯(4MP1)為單體聚合而成，PMP膜對氧氣和氮氣的滲透系數(shù)高，氧氣通量大,是PE的10倍左右,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，有效延長了 ECMO 的臨床使用時間。
PMP與其他材料氧氣透過率比較
目前，PMP膜全球只有 3M公司旗下的 Membrana 公司能獨家供應，因其產能緊張，導致下游 ECMO 企業(yè)產能受限，而且且因其供應壟斷、價格壟斷，導致價格居高不下，制約著國內不能自主生產ECMO，全部依賴進口，新冠肺炎疫情爆發(fā)后，國內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，中央應對新冠肺炎疫情工作領導小組從全國調集ECMO等設備支援湖北。2月27日， 16臺進口的ECMO從德國法蘭克福緊急運到了湖北武漢，滿足武漢前方的使用，而且ECMO開機5萬元起步，使用中每天還需要花費2萬，耗材中最費錢的也是膜肺，即膜肺材料PMP中空纖維膜。
整體上看，ECMO目前在國內每年的使用量雖只有小幾千例，但增速較可觀，2017年-2018年增速為38%，疊加因疫情產生的需求，今后會有更大的增速。
PMP膜性能特殊 在膜中制造難度大
PMP膜工作原理簡單，但是制膜卻有很大的難度，PMP晶區(qū)、非晶區(qū)密度一樣，而且成孔尺度很小，結晶規(guī)律不一樣，晶區(qū)不規(guī)則，晶粒尺寸、形態(tài)比較特殊，透過組分不能透過結晶區(qū)，成膜拉伸成孔要在非晶區(qū)，在工藝控制、成膜、拉伸成孔控制起來，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，不規(guī)則，據記者調查，國內能采用干法能將PMP拉伸成膜，但是不能成孔，主要用于線路板、電池隔膜等工業(yè)領域。ECMO 膜肺的PMP中空微孔纖維膜為滲透膜，要求成孔尺寸小，而且均勻，PMP干法成膜即便多極拉伸達到這個要求，還有很大距離，難度很大。而濕法成膜容易實現(xiàn)產業(yè)化，濕法加溶劑，溶劑揮發(fā)后，還要二次拉伸成孔，濕法成膜溶劑相分離比較均勻，孔徑好控制，尺寸也小，但是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。
溶劑對PMP膜結晶度、膜分離系數(shù)、膜通量都有影響，溶劑的品種和濃度,非溶劑的品種和用量,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。更大的難度是如何通過控制相分離法中成膜液的濃度、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，精確地控制最終膜的結構。
即便這樣，采用濕法制取的PMP膜還并不能直接應用于ECMO膜肺中，因為血液中的 CO2大部分以 HCO3−形式存在, 因此，血液中CO2的清除效率將由 HCO3−的水解速率決定，還要對膜表面進行改性，碳酸酐酶能高效催化HCO3−的水解，采用水等離子處理技術將羥基引入的 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CO2的能力，因此，PMP膜作需要材料、化學等多學科專業(yè)聯(lián)動，需要各種專業(yè)技術的整合，只要是整合就變成了技術流程管理問題，這就一定比技術問題更復雜。
造不如買，ECMO和PMP膜一直完全依賴進口外買， 一直到新冠肺炎爆發(fā)，被卡脖子斷供當口，我們才茫然反思：一張膜自主，比造原子彈還難嗎?
