表面功能化复合中空纤维膜在体外膜肺氧合中的应用：抗血液渗漏与高效气体交换的协同优化

为解决ECMO（体外膜肺氧合）中空纤维膜血液渗漏、气体交换效率与血液相容性难以协同优化的难题，研究人员通过表面功能化策略设计了一种复合膜（cAD@PDMS），结合疏水性PDMS层与亲水性cAD层，实现CO2/O2渗透率分别达1455/944 GPU，并显著提升血液相容性。该研究为高性能氧合膜开发提供了新思路。

　　

在重症医学领域，体外膜肺氧合（ECMO）被誉为“最后的救命神器”，尤其在COVID-19疫情期间挽救了无数急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的生命。然而，其核心部件氧合膜的性能瓶颈始终困扰着临床——传统聚丙烯（PP）膜易发生血浆渗漏，聚4-甲基-1-戊烯（PMP）膜又面临原料稀缺和工艺复杂的困境。更棘手的是，疏水性膜材料易引发血栓形成，而亲水性修饰往往以牺牲气体交换效率为代价。这种“抗渗漏-高效换气-血液相容性”的不可能三角，成为制约ECMO技术发展的关键难题。

针对这一挑战，天津大学的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用表面功能化策略，将疏水屏障与亲水界面巧妙结合，开发出具有三层结构的cAD@PDMS复合中空纤维膜。通过浸渍涂覆法构建致密PDMS层阻断血液渗漏，再经界面聚合形成亲水交联（cAD）层提升血液相容性，最终实现CO₂和O₂渗透率分别高达1455 GPU和944 GPU，同时有效抵抗血细胞粘附。

研究团队运用了四项关键技术：1）浸渍涂覆法构建PDMS疏水层；2）界面聚合法制备cAD亲水层；3）X射线光电子能谱（XPS）分析表面化学组成；4）体外血液循环模型评估气体交换性能。这些方法确保了功能层的精确调控与性能验证。

表面和截面形貌分析
扫描电镜显示PSf基底膜具有20 nm表面孔隙，经PDMS涂覆后形成致密无孔结构，界面聚合后的cAD层呈现均匀纳米颗粒覆盖，截面可见清晰的三层复合结构。

化学结构与润湿性
XPS证实PDMS层硅氧烷特征峰（Si-O-Si，102.4 eV）和cAD层酰胺键特征峰（C=O，288.1 eV）的存在。水接触角从PDMS层的110°降至cAD层的65°，证明亲水性显著提升。

气体渗透与机械性能
cAD@PDMS膜的O₂和CO₂渗透率分别达944 GPU和1455 GPU，爆破强度>0.35 MPa，远超临床要求的0.1 MPa标准。

体外血液测试
模块化测试显示O₂和CO₂平均传输速率分别为112.5 mL min^-1 m^-2和394.0 mL min^-1 m^-2，血小板粘附量较商用膜降低83%。

这项研究通过“疏水-亲水”协同设计，突破了传统氧合膜的性能边界。PDMS层如同“防弹衣”般阻隔血液渗漏，cAD层则形成“水化护盾”减少血栓风险，而超薄结构保障了气体交换效率。Song Zhao团队的工作不仅为ECMO设备提供了新型膜材料解决方案，其表面功能化策略更可拓展至人工肝、血液透析等领域。正如研究者所言，这种“三明治”结构设计理念，为开发下一代生物医学膜材料指明了方向。