2.8 人工脏器用膜技术及膜材料

膜技术在实现人工肾、人工肝、人工肺等主要人工脏器功能方面发挥着重要作用，已在临床得到广泛应用。血液净化技术，作为人工肾、人工肝(非生物型)系统的核心技术，其材料性能是影响其疗效的关键因素。根据血液净化原理不同，血液净化材料主要包括膜材料及吸附材料；其中，膜材料主要用于血液透析、血液滤过、血浆置换等过程[60-61]。

血液净化用膜材料除需满足血液生物相容性、机械强度等要求外，对于血液透析、血液滤过、血浆置换等不同过程，其膜孔径(与超滤率相关)要求亦有所不同。血液透析过程比血液滤过过程具有更高的小分子物质清除率，血液滤过过程对中分子物质清除率高于血液透析过程，血浆置换过程则主要对致病血浆进行去除。血液透析膜可分为低通量膜(超滤率0.026～0.075 ml/(Pa·h))及高通量膜(超滤率0.15～0.45 ml/(Pa·h))，其中，高通量膜对中大分子毒素及水分清除率更高、透析效率高，已逐渐取代低通量膜，在临床中得到广泛应用。血液滤过膜通常比血液透析膜具有更高的超滤率(0.60 ml/(Pa·h))。与血液透析膜、血液滤过膜处于超滤范畴不同，血浆置换膜通常属于微滤范畴。

目前，已得到商品化生产并获得临床应用的血液净化用膜材料主要有纤维素类、聚砜类、聚丙烯腈类、聚乙烯醇类等；其中，聚砜、聚醚砜材料应用最为广泛。近年来，国产血液净化膜产品性能不断提升，但在市场竞争力及占有率方面与国外产品尚存在较大差距，国内市场几乎被外资企业垄断。未来，血液净化设备将向微型化、低成本等方向发展，血液净化用膜材料尚需在血液生物相容性、抗污染及抗菌性、膜通量及截留率等方面得到进一步提高。近年来，四川大学发展迅速，已与美国密歇根大学、匹兹堡大学等处于领先地位；研究热点主要集中在：采用改性物质(如嵌段共聚物、肝素、类肝素、聚氨酯、蛋白质、磷脂、两性离子等)，通过共混[62-64]、涂覆[65-66]、化学接枝[67-69]或原位交联聚合[70-72]等方法进行膜材料改性，从而使其在血液相容性、抗污性、抗菌性等方面实现多功能化及高性能化。

膜材料在生物型人工肝中可作为保持肝细胞活性及生理功能的支持系统，其性能直接影响疗效。膜材料主要起到以下作用：(1)提供肝细胞增殖与新陈代谢、血浆与肝细胞作用场所；(2)避免肝细胞免疫反应；(3)物质的高交换速率。目前，聚砜类中空纤维膜材料方面研究最为广泛；研究热点主要集中在：提高膜材料血液及组织相容性、提高装载细胞数量等。我国在该领域研究较少，研发实力相对较弱；研究热点主要集中在：采用共混或接枝改性方法以提高聚醚砜膜材料血液相容性、抗污染性[73-74]；采用组织工程等技术开发高性能基质用于植入性生物型人工肝系统[75]等。

人工肺循环系统是体外膜肺氧合系统(ECMO)的核心部件，与人工心脏相结合，形成重症心肺功能衰竭患者长时间心肺支持的核心手段。在人工肺系统中，膜式人工肺已逐步取代鼓泡式人工肺，在我国应用比例达到50%以上。膜材料是膜式人工肺的核心材料，可有效实现二氧化碳及氧气的交换，聚丙烯中空纤维微滤膜是最常用的一类材料；目前，国内该领域市场几乎完全依赖进口，造成在呼吸道传染病治疗期间的相关费用高昂。未来，膜式人工肺将向小型化、便携化发展，其突破关键在于制备出血液相容性及抗污染性好、气体交换速率高的膜材料。我国研究者虽然已在提高膜材料血液相容性、抗污染性方面做了大量研究工作[76-77]，但在提高气体交换率方面，暂无突破性进展。

3 存在问题分析

尽管我国在面向健康产业应用的膜材料及膜技术方面已取得诸多进展，但总体而言，国产膜材料产品应用比例不大，其主要原因包括以下方面。

(1)膜技术应用于健康产业存在政策及资金壁垒，准入门槛高。健康产业相关膜材料产品大多涉及卫生安全性审批，由于生产原料及配套设备需达到食品或卫生级、生产环境需达到GMP 要求，其生产成本较高；由于血液净化等医疗器械用膜材料需获得临床批件、中药产品生产中引入膜技术属于Ⅲ类重大变更等，医疗器械、药品审批耗时可长至3～5年；终端灭菌用膜材料产品每年卫生资质评定需数百万元；若干规定要求均对我国膜材料生产及应用企业科研及资金实力提出了更高门槛。

(2)膜产品性能、品种及与应用体系匹配性等有待提高，应用领域偏窄。尚缺乏膜材料与健康产业特定应用体系物质组分间的匹配性研究，造成膜材料在实际应用过程中极易引起膜污染等问题，极大限制了膜技术在该行业中的应用推广；鉴于健康产业对物质分离精度要求更为严格，尤其是生物大分子分级纯化、终端灭菌等，然而国产膜材料在性能稳定性、分离精度精确调控、特异功能等方面尚存在差距，导致国产膜材料在该产业中应用存在一定风险。

文章来源：《中国当代医药》 网址: http://www.zgddyyzz.cn/qikandaodu/2021/0418/1132.html