用于現(xiàn)代醫(yī)療麻醉氙氣在線回用的中空纖維分子篩膜技術(shù)示意圖，南京工業(yè)大學(xué)宣傳部供圖

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)教授顧學(xué)紅、王學(xué)瑞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用于現(xiàn)代醫(yī)療麻醉氙氣在線回用新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)氙氣的循環(huán)使用，節(jié)約氙氣采購(gòu)成本99%以上，同時(shí)也可大大緩解氙氣市場(chǎng)供應(yīng)緊張的問(wèn)題。這一成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。

麻醉劑也有供不應(yīng)求的時(shí)候，必須依靠回收再利用滿足臨床需求。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，因稀少和昂貴，被麻醉學(xué)界稱為吸入麻醉藥的“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)能對(duì)人體形成麻醉。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。

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)。

但是，氙氣價(jià)格昂貴。在臨床使用中，如何實(shí)現(xiàn)氙氣隨著病人的呼吸排出體外后，繼續(xù)收集并循環(huán)使用，一直是待解的難題。

臨床手術(shù)中，病人在被麻醉過(guò)程中組織代謝仍正常進(jìn)行，用作麻醉藥劑的氙氣，被病人不斷地吸進(jìn)去再呼出來(lái)。病人在呼吸氙氣的同時(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，更換新鮮的氙氣。

“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。”論文通訊作者顧學(xué)紅介紹。

分子篩膜“把門”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)里面，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，這樣氙氣在里面就可以循環(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的成本。”論文通訊作者、第一作者王學(xué)瑞說(shuō)。

分子篩膜是一類具有規(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10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)。王學(xué)瑞解釋說(shuō)：“二氧化碳分子滲透速率快，最早進(jìn)入分子篩孔道并吸附，但是二氧化碳分子與分子篩孔道相互作用力相對(duì)較弱，很容易被作用力更強(qiáng)的氙氣分子‘擠’出去。”

使用該技術(shù)，氙氣的回收率高達(dá)99%以上，過(guò)程能耗非常低，因此這種氙氣在線回用技術(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)，專家表示，該膜材料可在模擬體系中連續(xù)運(yùn)行300小時(shí)以上，性能保持穩(wěn)定，有望據(jù)此開(kāi)發(fā)新型的醫(yī)療麻醉器械，服務(wù)于我國(guó)現(xiàn)代化醫(yī)療體系建設(shè)。張 曄