Polymermembraner letter udvekslingen af ​​ilt i kroppen

Akut respiratory distress syndrome kræver øjeblikkelig handling. I en nødsituation som denne, patienter bliver ofte ventileret ved hjælp af en hjerte-lungemaskine. Dette involverer cirkulation af blodet uden for kroppen, tilførsel af ilt og fjernelse af kuldioxid via membraner. Et team af forskere ved Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP har udviklet en ny slags membranstruktur, der muliggør hurtigere gasudveksling for at gøre blodiltningen lettere for patienterne.

Alvorligt syge lungepatienter, der lider af akut respiratory distress syndrome, ventileres kunstigt ved hjælp af et medicinsk apparat - medicinske fagfolk omtaler denne procedure som ekstrakorporal membraniltning (ECMO), et alternativ til traditionel maskinånding. Det involverer at tage blod fra kroppen via et rør, berigelse af blodet med ilt og fjernelse af kuldioxid uden for kroppen ved hjælp af en membranoxygenator, derefter genindføre blodet tilbage i blodbanen via et andet rør. Denne procedure er ekstremt krævende for patienterne og kan kun udføres over en kort periode.

Asymmetriske membranstrukturer for høj iltudveksling

Forskere ved Fraunhofer IAP i Potsdam har sat sig som mål at gøre denne proces skånsommere for patienterne. På vegne af den østrigske virksomhed CCORE Technology, de udvikler membranmorfologier, der er i stand til at intensivere ventilationsstøtten. Kommercielle membraner har en symmetrisk struktur og er designet til langsom iltudveksling. "Så vi udtænker asymmetriske strukturer med egenskaber, der tillader meget hurtigere gasudveksling end konventionelle membraner, " siger Murat Tutuş, en forsker ved Fraunhofer IAP. "Vores USP er, at vi kan fremstille en målrettet membranstruktur ud fra forskellige polymerer."

I modsætning til symmetriske membraner, som er iboende homogene, asymmetriske membraner er kendetegnet ved deres heterogene, uensartet porøsitet. Mod adskillelseslaget, strukturen er kendetegnet ved små hulrum, hvorunder der er store hulrum, der er åbne nedenunder. Gassen transporteres hurtigt ved konvektion til adskillelseslagets nærhed via den store, åbne hulrum, hvor den efterfølgende skal rejse kun en kort afstand langsomt ved diffusion til separationslaget via de små bobler. Efter det, gasserne krydser over til det andet medium gennem et ultratyndt lag. "Vores membraner har en struktur, der er skræddersyet til det ønskede membranmateriale. vores membran besidder usædvanlig høj gaspermeabilitet og høj mekanisk stabilitet. Oven i købet, membranmaterialet er både inert og blødt, ligesom det ideelt set bør være for et materiale, der kommer i kontakt med blod, " forklarer ingeniøren.

Strukturen blev oprindeligt implementeret i flade membraner ved brug af standardudfældningsmetoden for at lette efterfølgende let og omkostningseffektiv opskalering. For at få den morfologi, de ledte efter, forskerholdet brugte både konventionelle og ukonventionelle polymerer og justerede procesparametrene i overensstemmelse hermed. "Olttransporten blev firedoblet under de definerede betingelser. de fremstillede membraner havde en trykstabilitet på mindst 7 bar, men generelt højere end 10 bar TMP (transmembrantryk), " siger Murat Tutuş.

Membran kan sprænges i aorta

Som næste skridt, forskerne ønsker at transformere blodiltningsprocessen fra en ekstrakorporal til en intrakorporal. Det betyder at miniaturisere membranen lavet af hule fibre i en sådan grad, at den kan placeres i aorta, som har en diameter på omkring en centimeter. "Udfordringen består i at skabe membranmorfologier, der kan sikre meget høj ilttransport over en lille overflade, " siger Murat Tutuş. Da dette ikke er muligt med flade membraner, forskeren og hans team tilpasser strukturen til hulfibermembraner. Til denne ende, holdet er ved at udvikle en hulfiberspindemaskine på instituttet i samarbejde med deres kollega Dr. André Lehmann. Maskinen skal tages i brug i begyndelsen af ​​2020.

Da membranmorfologierne kan tilpasses til specifikke krav, separationslagene er også velegnede til andre medicinske anvendelser, såsom dialyse eller bestemmelse af blodsukkerniveauer. Men industrielle anvendelser er også tænkelige - f.eks. hulfibermembranerne kunne tilpasses til vandrensning eller som luftfiltre.