手術麻醉氙氣不夠用？試試在線回用新技術
科技日報記者 張曄 通訊員 周偉
生病了需要做手術，哪一種麻醉劑最理想？過去，這個問題並沒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，南京工業大學顧學紅教授、王學瑞教授與荷蘭代爾夫特理工大學Freek Kapteijn教授合作，開發出一種中空纖維分子篩膜用於現代醫療麻醉氙氣在線回用新技術，可以實現氙氣的循環使用，節約氙氣採購成本99%以上，同時也可大大緩解氙氣市場供應緊張的問題。這一成果發表在《德國應用化學》上。
圖片來源：視覺中國
你沒看錯，麻醉劑也有供不應求的時候，必須依靠回收再利用滿足臨床需求。那麼，氙氣究竟是一種什麼樣的麻醉劑？科學家又是如何製備，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，而被麻醉學界稱為吸入麻醉藥的「貴族」。
氙是一種惰性氣體，存在於地球的空氣中。氙本身無毒，人吸入後以原形排出，但在高濃度時有窒息作用。氙有麻醉性，它和氧的混合物（20%氙氣與80%氧氣）是對人體的一種麻醉劑。
研究結果顯示，氙氣主要通過抑制中樞神經系統NMDA受體和乙醯膽鹼受體而產生麻醉作用的。
科學家通過臨床研究發現，氙氣麻醉效能強，具有一定的鎮痛作用，所需輔助用藥極少，特別是麻醉誘導快，蘇醒快，不易受生物轉化的影響，是已知對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。氙氣可用於多種手術的麻醉，如普外科、婦科、整形科及骨科手術。
但是，氙氣缺點是價格昂貴。在臨床使用中，如何實現氙氣隨著病人的呼吸排出體外，能否循環使用一直是待解的難題。
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在臨床手術的麻醉過程中，用作麻醉藥劑的氙氣，被病人不斷地吸進去再呼出來。病人在麻醉過程中組織代謝仍正常進行，在呼吸氙氣的同時也不斷呼出二氧化碳。在這個閉路循環呼吸麻醉器械里，當二氧化碳的濃度積累到一定程度，就會造成二氧化碳中毒。因此二氧化碳和氙氣的混合氣體就必須定時排出去，更換新鮮的氙氣。
「氙氣作為麻醉藥劑，具有無毒副作用、器官保護、快速誘導和蘇醒等方面的突出優勢，在嬰幼兒、孕婦等群體的手術麻醉中具有良好應用前景。目前，氙氣的唯一可開採性來源是空氣，多級深冷精製工藝能耗較高；同時，氙氣在空氣中的濃度極低，僅為0.087 ppm，市場供應量也極為有限。即使全球生產的高純度氙氣都應用於醫療麻醉，可服務的臨床病例也不超過80 萬人次。」論文通訊作者顧學紅教授介紹。
分子篩膜「把門」攔住氙氣
「我們的工作，就是要把我們的分子篩膜，放到麻醉閉路循環系統裡面，將麻醉過程中人體組織代謝產生的二氧化碳及時移走，這樣氙氣在裡面就可以循環使用了，不需要更換新的氙氣，從而降低氙氣麻醉過程中氙氣的用量和麻醉的成本。」論文通訊作者、第一作者王學瑞教授說。
分子篩膜是一類具有規整孔道結構的硅鋁酸鹽材料，有效孔徑由分子篩的孔道結構決定，是氣體分子間精密分離的理想膜材料。南京工業大學等科研院所已成功實現分子篩膜在有機溶劑與水分離中的工業應用，打破了日本和德國等少數國家的技術壟斷，填補了我國在該領域的技術空白。
「將分子篩膜用於氣體分離，我們已經研究了十年。如何實現分子篩膜氣體分離的大規模工業應用，是亟待突破的瓶頸，也是目前學術界和產業界共同關注的焦點問題。」王學瑞介紹，課題組為此研發了中空纖維分子篩膜用於現代醫療麻醉氙氣在線回用新技術。
課題組在研究中發現，氣體分子在滲透通過分子篩膜時，二氧化碳分子「跑」得更快，它的滲透速度比氙氣分子快兩個數量級。王學瑞教授解釋道，「二氧化碳分子滲透速率快，最早進入分子篩孔道並吸附，但是二氧化碳分子與分子篩孔道相互作用力相對較弱，很容易被作用力更強的氙氣分子『擠』出去。」
由於二氧化碳透過分子篩膜的速率比上氙氣透過速率快兩個數量級，氙氣的回收率高達99％以上，過程能耗非常低，因此這種氙氣在線回用技術，具有明顯的技術優勢和經濟優勢。同時，該膜材料在模擬體系中連續運行300小時以上，性能保持穩定，有望可以開發新型的醫療麻醉器械，服務於我國現代化醫療體系建設。
來源：科技日報 文中圖片除標註外由作者提供
編輯：劉義陽
審核：管晶晶
