生病了需要做手術(shù)，哪一種麻醉劑最理想？過(guò)去，這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有引起普通人的注意，但是尋找一種副作用小、麻醉效果好的藥劑還真是挺有講究的。
日前，南京工業(yè)大學(xué)顧學(xué)紅教授、王學(xué)瑞教授與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Freek Kapteijn教授合作，開(kāi)發(fā)出一種中空纖維分子篩膜在線(xiàn)回用氙氣新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)氙氣的循環(huán)使用，節(jié)約采購(gòu)成本99%以上，同時(shí)也可極大緩解市場(chǎng)供應(yīng)緊張問(wèn)題。這一成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
你沒(méi)看錯(cuò)，麻醉劑也有供不應(yīng)求的時(shí)候，必須依靠回收再利用滿(mǎn)足臨床需求。那么，氙氣究竟是一種什么樣的麻醉劑？科學(xué)家又是如何制備，怎樣回收再利用呢？
吸入式麻醉劑的“貴族”
氙氣，因其稀少和昂貴，而被麻醉學(xué)界稱(chēng)為吸入麻醉藥的“貴族”。
氙是一種惰性氣體，存在于地球的空氣中。氙本身無(wú)毒，人吸入后以原形排出，但在高濃度時(shí)有窒息作用。氙有麻醉性，它和氧的混合物（20%氙氣與80%氧氣）是對(duì)人體的一種麻醉劑。
研究結(jié)果顯示，氙氣主要通過(guò)抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)NMDA受體和乙酰膽堿受體而產(chǎn)生麻醉作用的。
科學(xué)家通過(guò)臨床研究發(fā)現(xiàn)，氙氣麻醉效能強(qiáng)，具有一定的鎮(zhèn)痛作用，所需輔助用藥極少，特別是麻醉誘導(dǎo)快，蘇醒快，不易受生物轉(zhuǎn)化的影響，是已知對(duì)心血管影響最小的一種麻醉藥，因此氙氣是一種理想的麻醉劑。氙氣可用于多種手術(shù)的麻醉，如普外科、婦科、整形科及骨科手術(shù)。
“氙氣作為麻醉藥劑具有無(wú)毒副作用、器官保護(hù)、快速誘導(dǎo)和蘇醒等方面的突出優(yōu)勢(shì)，在嬰幼兒、孕婦等群體的手術(shù)麻醉中具有良好應(yīng)用前景。目前氙氣的唯一可開(kāi)采性來(lái)源是空氣，多級(jí)深冷精制工藝能耗較高，同時(shí)氙氣在空氣中的濃度極低，僅為0.087ppm，市場(chǎng)供應(yīng)量也極為有限。即使全球生產(chǎn)的高純度氙氣都應(yīng)用于醫(yī)療麻醉，可服務(wù)的臨床病例也不超過(guò)80萬(wàn)人次。”顧學(xué)紅介紹說(shuō)。
在臨床手術(shù)的麻醉過(guò)程中，用作麻醉藥劑的氙氣被病人不斷地吸進(jìn)去再呼出來(lái)。而病人在麻醉過(guò)程中組織代謝仍正常進(jìn)行，在呼吸氙氣的同時(shí)也不斷呼出二氧化碳。在這個(gè)閉路循環(huán)呼吸麻醉器械里，當(dāng)二氧化碳的濃度積累到一定程度就會(huì)造成二氧化碳中毒。因此二氧化碳和氙氣的混合氣體必須定時(shí)排出去，更換新鮮的氙氣。
分子篩膜“把門(mén)”攔住氙氣
“我們的工作就是要把分子篩膜放到麻醉閉路循環(huán)系統(tǒng)里，將麻醉過(guò)程中人體組織代謝產(chǎn)生的二氧化碳及時(shí)移走，這樣氙氣就可循環(huán)使用了，不需要更換新的氙氣，從而降低麻醉過(guò)程中氙氣的用量和麻醉成本。”王學(xué)瑞介紹說(shuō)。
分子篩膜是一類(lèi)具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽材料，有效孔徑由分子篩的孔道結(jié)構(gòu)決定，是氣體分子間精密分離的理想膜材料。南京工業(yè)大學(xué)等科研院所已成功實(shí)現(xiàn)分子篩膜在有機(jī)溶劑與水分離中的工業(yè)應(yīng)用，打破了日本和德國(guó)等少數(shù)國(guó)家的技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白。
“將分子篩膜用于氣體分離，我們已經(jīng)研究了十年。如何實(shí)現(xiàn)分子篩膜氣體分離的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，是亟待突破的瓶頸，也是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。”王學(xué)瑞介紹，課題組為此研發(fā)了中空纖維分子篩膜用于現(xiàn)代醫(yī)療麻醉氙氣在線(xiàn)回用新技術(shù)。
課題組在研究中發(fā)現(xiàn)，氣體分子在滲透通過(guò)分子篩膜時(shí)，二氧化碳分子“跑”得更快，它的滲透速度比氙氣分子快兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且兩者的吸附能力有強(qiáng)弱之分。王學(xué)瑞解釋說(shuō)：“在膜材料的設(shè)計(jì)和膜過(guò)程開(kāi)發(fā)中，應(yīng)該從膜材料對(duì)氣體吸附能力的強(qiáng)弱和氣體在材料中擴(kuò)散的快慢兩個(gè)角度著手，統(tǒng)籌考慮，從而達(dá)到膜材料應(yīng)用性能的最優(yōu)化。”
由于二氧化碳透過(guò)分子篩膜的速率比上氙氣透過(guò)速率快兩個(gè)數(shù)量級(jí)，氙氣的回收率達(dá)99%以上，過(guò)程能耗僅為1.5美元/Nm3，相對(duì)于目前高昂的氙氣市場(chǎng)價(jià)格(30000～60000美元/Nm3)，該課題組開(kāi)發(fā)的分子篩膜氙氣在線(xiàn)回用技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該膜材料在模擬體系中連續(xù)運(yùn)行300小時(shí)以上，性能保持穩(wěn)定，有望開(kāi)發(fā)新型的醫(yī)療麻醉器械。
文章來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
