重大突破！清华大学林亚凯、杨振忠和北京交通大学吴欢欢在ECMO氧合膜制备方面有新进展

　　体外膜肺氧合（ECMO）俗称“人工心肺机”，主要用于为严重心肺衰竭的患者提供可持续的体外呼吸和循环，也是全球疫情中有效降低重症死亡率的“救命神器”。ECMO系统核心的部件是氧合膜和血泵，起到替代肺和心脏的作用。如何在保持较大气体通量同时提高抗渗漏性能从而提升氧合膜的使用寿命一直为其难点。清华大学和北京交通大学的研究团队在氧合膜研发方面取得突破，成功开发出一种新型聚丙烯（PP）基氧合膜，该材料在ECMO应用中展现出卓越性能，将PP膜使用寿命提升了6~8倍，达到了商品聚-4-甲基-1-戊烯（PMP）膜水平，其气体通量远超PMP膜，为打破PMP的市场垄断提供新思路。该研究的论文“Mesoporous Silica Nanoparticle Grafted Polypropylene Membrane toward Long-term Efficient Oxygenation”已被国际知名期刊《Small Structures》（IF=13.9）杂志收录。

　　研究团队通过在商业聚丙烯（PP）膜接枝多效能Janus纳米粒子（多官能化介孔二氧化硅）（图1），显著提高了抗血浆渗漏性能，保持优异气体透过性，解决了ECMO膜材料在实际应用中面临的气体透过性与抗血浆渗漏矛盾难题，为推动ECMO的发展提供了新方案。

　　新型PP基复合膜在气体透过性、泡点、表面疏水性和血浆渗漏抗性等方面均表现出色，其泡点从0.36 MPa显著提高至1.20 MPa（图2a），而气体通量仅略有下降，下降幅度不超过4%，血浆渗漏抗性时间从600分钟延长至4140分钟（图2d），为其在ECMO等领域的广泛应用奠定了基础。

　　实验和理论计算结合，揭示了多效能粒子改性PP氧合膜性能提升机理。接枝介孔二氧化硅粒子层厚度远小于PP膜厚度，保证了改性PP氧合膜的高透气性（图2a）。三氟丙基等官能化的介孔二氧化硅赋予PP膜高疏水性，其疏水性的提高和膜表面孔隙的缩小（图3b），显著提升了PP氧合膜的泡点。粒子间的间隙和多效能二氧化硅纳米粒子表面的孔道为氧气进入血液提供了充分的气液接触面积（图3f），确保了在提升膜寿命的同时，不影响其氧气的传输能力。

　　研究通过引入疏水化的介孔二氧化硅纳米粒子，充分显示了多效能Janus纳米粒子的关键作用，解决了PP氧合膜在ECMO应用中的性能限制，在ECMO关键核心部件领域取得了突破，极大地扩展了其在医疗健康领域的应用前景。

　　该论文第一作者为清华大学化工系硕士生冯奥兴，通讯作者为清华大学林亚凯副研究员、杨振忠教授和北京交通大学吴欢欢副教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和清华大学春风基金的支持。

　　林亚凯，清华大学副研究员，现任膜技术与工程研究中心副主任，兼任北京膜学会秘书长、Results in engineering期刊编委、《膜科学与技术》期刊通讯编委、国际水协青年委员会委员、中国海洋学会海水淡化与水再利用分会青年委员会委员、中国膜工业协会医药生物膜技术专业委员会委员等。主要研究方向为水处理及医用膜材料的研制与应用，特别是体外膜肺氧合（ECMO）用聚烯烃中空纤维膜、生物制品纯化用高分子微/超滤膜、水处理超滤膜和纳滤膜等。在J. Membr. Sci.、Desalination、Sep. Purifi. Technol.、Advanced Membranes等期刊共发表论文40余篇，并获授权专利60余项。

　　吴欢欢，北京交通大学环境学院副教授，硕士生导师。现任北京膜学会理事，Results in Engineering期刊青年编委，中国海洋学会海水淡化与水再利用分会青年专家委员会委员，亚太膜学会（AMS）、中国环境科学学会等协会会员，2017年获中国科学院大学环境工程专业博士学位，2019年清华大学化工系博士后。研究方向为先进功能膜材料开发及其在废水资源能源中的回收与应用，在超滤膜开发、新型荷电纳滤膜研制、膜法处理含油废水等方面开展了深入研究。主持和参加国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市教委等多项国家级和省部级课题，在J. Membr. Sci.、Desalination、水处理技术等国内外期刊发表学术论文30余篇，申请发明专利10余项，参与编写《工业企业碳中和与绿色发展》和《陶瓷膜水处理技术与应用》专著2部。

　　杨振忠，清华大学教授，现任高分子研究所所长。主要从事多组分高分子材料基础理论与工程应用研究，致力于发展组成/功能空间精准分区和微结构精细可控的复合材料体系（如Janus功能材料），促进多领域交叉融合和工程应用。近期聚焦高分子单链与胶体杂化体系的结构设计和规模合成方法学研究。曾获2003年国家杰出青年科学基金、2013年国家自然科学奖二等奖（第一完成人）等。主要负责2011年科技部“纳米科技”重点专项、2021年国家重点研发计划“绿色生物制造”项目、2022年国家自然科学基金委重大项目。在Macromolecules、Angew. Chem. Int. Ed.、CCS Chem.等国际知名期刊上发表文章240余篇。

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