改善血液相容性：人工肺膜血液氧合膜的三种渐进式表面改性策略及其性能评估

《Journal of Membrane Science》：Blood Oxygenation Artificial Lung Membranes – Three Incremental Modification Strategies to Improve Hemocompatibility

本文系统评述了人工肺（AL）膜在血液氧合过程中的核心挑战——血栓形成与溶血风险，并聚焦于三种渐进式表面改性策略：超疏水（superhydrophobic）、超双疏（superamphiphobic）和滑移液浸多孔表面（SLIPS）涂层。研究通过对比不同碳链长度的烷基/全氟烷基三氯硅烷改性效果，证实SLIPS技术结合短链全氟碳液体（如FDA批准的Fluosol-DA）在抗蛋白吸附、抗凝血及气体交换（O2/CO2）性能方面优势显著，为短期危重症医疗中全氟烷基物质（PFAS）的合理应用提供了重要数据支撑。

　　

Highlight

材料

用于自组装单分子层（SAM）表面改性的化学品包括正丙基三氯硅烷（C3）、正己基三氯硅烷（C6）、正辛基三氯硅烷（C8）、1H,1H,2H,2H-全氟丙基三氯硅烷（F3）、1H,1H,2H,2H-全氟己基三氯硅烷（F6）和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷（F8），均购自Gelest公司（美国）。Krytox 101来自科慕公司（美国）。用于氧合和血液相容性测试的枸橼酸盐和纤维蛋白羊血由韩国血液机构提供。

结果与讨论

本研究通过使用短链非生物累积性全氟化学品（F3、F6）和长链生物累积性化合物（F8），评估了超双疏膜在血液氧合性能上的表现。为对比相同碳链长度的影响，超疏水膜采用对应的烷基硅烷（C3、C6、C8）进行改性（表S1）。

原始醋酸纤维素（CA）膜（图3a）及经烷基/全氟烷基改性后的表面形貌显示：超疏水涂层（如C8）形成微纳复合结构，显著提升疏水性；而超双疏涂层（如F6）进一步赋予膜面抗脂质污染能力。SLIPS涂层通过将全氟碳液体（如Krytox 101）注入多孔固体层，形成动态滑移界面，有效减少血小板黏附与纤维蛋白沉积。

结论

本研究系统探讨了三种渐进式表面改性策略（超疏水、超双疏、SLIPS）在人工肺膜中的应用。所有策略均通过降低蛋白吸附提升了血液相容性，且无细胞毒性。超疏水与超双疏改性在抗润湿性和气体交换效率上表现良好，但SLIPS技术凭借其动态液体层实现了卓越的抗凝血和抗污染性能，尤其在使用短链全氟碳液体时兼具生物安全性。这表明无PFAS的SLIPS设计有望成为下一代人工肺膜的最优解。