“人工肺”PMP膜自主生产有多难   

  ECMO即体外膜肺氧合治疗仪,俗称“人工肺”,在抗击新冠肺炎疫情中屡次“临危受命”救治危重病患者而被公众所知晓。膜肺是ECMO系统的核心部件,现在广泛采用的是第三代PMP中空纤维膜,由国外企业独家供应,我国目前无法自主生产。那么想要实现此核心材料的自主生产有多难?

  ECMO系统核心部件

  新冠病毒攻击的是肺泡细胞,导致肺部丧失换气功能,患者无法呼吸。ECMO的主要工作原理就是将患者的静脉血引流至体外,经过ECMO循环后,排出二氧化碳、补充氧气,将非氧合血氧合成氧合血,然后通过导管输回人体,同时具备辅助血液循环和呼吸2种功能,起到替代正常心肺功能的机器。

  这种机器对重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环,为治疗重症患者争取更多的时间。ECMO是目前针对严重心肺功能衰竭最核心的支持手段,也誉称为重症患者的“最后救命稻草”。

  膜肺是ECMO系统的核心部件,承担血液氧合功能,其内部由中空微孔纤维膜丝构成。系统运行时,血液流经中空纤维膜的外表面,氧气则从中空纤维膜的内腔流过,通过扩散作用,氧气进入血液,血液中的二氧化碳进入中空纤维膜内腔随氧气一起被带走,替代肺功能。这就要求膜肺材料既拥有很好的透气性能,又能实现长效疏水,以满足临床中持续运行数周甚至数月的要求。

  独家垄断价格高昂

  膜肺的材料经历了第一代材料固体硅胶膜、第二代材料微孔中空纤维膜以及第三代材料PMP中空纤维膜。三代膜肺材料的发展逐步提高了临床的使用效果。一代固体硅胶膜具有相容性好、血浆渗漏少的优点,但排气困难、预充量大、跨膜压差大。随后,二代微孔中空纤维膜的出现解决了排气困难的问题,但由于有微孔,血浆渗漏可能性较高,使氧合能力下降。

  目前,主要使用的第三代PMP中空纤维膜结合了第一代和第二代膜肺材料的优点。PMP是由丙烯二聚制取的4-甲基-1-戊烯为单体聚合而成。PMP膜对氧气和氮气的渗透系数高,氧气通量大,在所有聚合物中居前列,还具有低溶出及生物安全性等特性,增加了血液相和气相分离度,克服了血浆渗漏的问题,延长了ECMO的临床使用时间。

  目前,PMP膜全球只有3M公司旗下的Membrana公司能独家供应。因其产能紧张,导致下游ECMO企业产能受限、价格居高不下。我国尚不能自主生产ECMO,全部依赖进口。新冠肺炎疫情暴发后,国内特别是湖北危重症患者不断增加,“人工肺”需求越来越高,而全国一共也就有400台左右。2月27日,中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组从全国调集ECMO等设备支援湖北,16台进口ECMO从德国紧急运到武汉,满足治疗一线的使用。而且ECMO开机5万元起步,使用中每天还需花费2万元,耗材中最费钱的也是膜肺材料PMP膜。

  性能特殊制造难度大

  PMP膜工作原理简单,但是制膜却有很大的难度。PMP晶区和非晶区密度一样,成孔尺度很小,结晶规律不一样,晶粒的尺寸、形态比较特殊,透过组分不能透过结晶区,成膜拉伸成孔要在非晶区。所以PMP膜在工艺控制、成膜、拉伸成孔方面,比聚乙烯、聚丙烯都难控制。

  采用干法成膜拉伸成孔不好控制,孔径大且不规则。目前国内能采用干法将PMP拉伸成膜,但是不能成孔,只能用于线路板、电池隔膜等工业领域。ECMO膜肺的PMP膜为渗透膜,要求成孔尺寸小且均匀。PMP干法成膜即便多极拉伸达到这个要求,还有很大距离,难度很大。

  而湿法成膜更容易实现产业化。湿法成膜溶剂相分离比较均匀,孔径好控制,尺寸也小。然而,溶剂对PMP膜结晶度、膜分离系数、膜通量都有影响,溶剂的品种和浓度,冷凝液、萃取液的种类,干燥和热定型处理的条件等,任何一个条件变化,膜的气体渗透性能和选择性能都会发生变化。

  湿法难度在于相分离过程要控制好条件,成孔刚合适,还要控制好拉伸工艺。相分离中成膜液的浓度、添加剂的含量、蒸发时间的长短,拉伸法中拉伸的比率、热处理的温度和时间,都要控制好才能精确地控制最终膜的结构。

  即便这样,采用湿法制取的PMP膜还并不能直接应用于ECMO中。因为血液中的二氧化碳大部分以HCO3-形式存在,清除效率由HCO3-水解速率决定,要对膜表面进行改性,采用水等离子处理技术将羟基引入PMP表面,再以溴化为偶联剂,将碳酸酐酶共价接枝在PMP表面,以提高其清除血液中二氧化碳的能力。

  因此,生产PMP膜需要材料、化学等多学科专业联动,需要各种专业技术的整合,只要是整合就变成了技术流程管理问题,这就一定比技术问题更为复杂。


  关于举办首届烯烃齐聚-高碳醇-异构醇技术与市场论坛的通知

  各相关单位:

  我国乙烯、丙烯、丁烯的发展,为低碳烯烃齐聚高碳烯烃提供了原料支持,煤制油的发展也产生了部分高碳烯烃,今后高碳烯烃应用会越来越广泛,其中高碳烯烃羰基化的高碳醇-异构醇是合成表面活性剂、洗涤剂、增塑剂等多种精细化工产品的主要基础原料,目前,高碳醇-异构醇类表面活性剂、洗涤剂已经在国内实现了生产与应用,但是高碳烯烃-高碳醇-异构醇产业链还不能国产化,制约了高碳醇-异构醇类表面活性剂、洗涤剂应用性价比。为此,中国化工报社、石油化工众创孵化平台将共同组织召开首届烯烃齐聚-高碳醇-异构醇技术与应用论坛,论证如何聚智聚势加快高碳烯烃-高碳醇-异构醇产业化。

  一、组织机构

  主办单位:中国化工报社

  石油化工众创孵化平台

  协办单位:山东联泓新材料科技股份有限公司

  二、论坛议题

  1.乙烯四聚制1-辛烯工艺与经济性分析

  2.丙烯二聚4-甲基-1-戊烯(4MP1)催化剂与工艺

  3.PMP(聚4-甲基1-戊烯)中空纤维膜制造工艺

  4.丙烯三聚催化剂和工艺

  5.碳四三聚催化剂和工艺

  6.钴基催化剂合成高碳醇-异构醇工艺

  7.铑基催化剂合成高碳醇-异构醇工艺

  8.温控相转移两相催化高碳烯烃羰基合成高碳醇-异构醇

  9.环己烷-1,2-二羧酸二异壬酯的合成工艺

  10.新型反应器对高碳醇酯增塑剂酯化工序变革与应用

  11.六氢化邻苯二甲酐法与邻苯二甲酸二异壬酯法生产DINCH比较

  12.仲醇原料与工艺路线

  13.仲醇醚在浓缩洗衣液领域应用比较与分析

  14.高碳醇-异构醇原料路线:煤制油与烯烃齐聚成本比较

  15.异构醇醚类表面活性剂应用浓缩洗衣液存在问题与解决方案

  16.合成气制高碳醇催化剂与工艺产业化进展

  三、闭门会

  1.异构醇醚、仲醇醚在浓缩洗衣液应用讨论会(广州浪奇、山东洁能、内蒙古伊泰、联弘新材料等指定公司代表参加)

  2.邻二甲苯液相氧化-酯化与苯酐酯化,苯酐六氢化与邻苯二甲酸高碳醇酯加氢、邻苯二甲酸二甲酯与高碳醇酯交换交流会(指定代表参加)

  四、参观

参观山东联泓新材料科技股份有限公司生产装置

  五、时间和地点

  时间:2020年8月12日-8月14日(8月12日报到)

  地点:山东滕州

  六、会议费用

  1. 每人收取会务费3800元∕人(含餐饮费、资料费、场地费等);

  2. 8月5日之前报名且汇款,优惠至3600元∕人;

  3. 住宿统一安排,费用自理。

  汇款信息:

  单位名称:中国化工报社

  纳税人识别号:12100000400003163P

  地址:北京市西城区六铺炕北小街甲2号

  电话:82032050

  开户行:工行北京分行六铺炕支行

  账号:0200022309004600937

  七、联系方式

  手机:18612838579(微信)

  电话:010- 82032600

  邮箱:526441836@qq.com

  中国化工报社

  2020年6月19日

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