對(duì)于早產(chǎn)的新生兒，呼吸系統(tǒng)發(fā)病率是一個(gè)重要的問(wèn)題。早產(chǎn)新生兒的肺部尚未完全成熟，因此通常需要某種支持。盡管目前的治療方法（例如機(jī)械通氣）可大大降低死亡率，但它們可能導(dǎo)致醫(yī)源性傷害。由Selvaganapthy博士領(lǐng)導(dǎo)的麥克馬斯特大學(xué)研究小組與紐倫堡大學(xué)醫(yī)院合作開(kāi)發(fā)了一種無(wú)泵微流控設(shè)備，以克服這些并發(fā)癥并為早產(chǎn)嬰兒提供呼吸支持。

作者解釋說(shuō)：“在本文中，展示了微流控人工胎盤(pán)型新生兒肺輔助裝置（LAD）在新生仔豬模型上的首次成功操作，該模型最能代表早產(chǎn)嬰兒?！? 

微流控裝置的設(shè)計(jì)與工作原理

        肺輔助設(shè)備（LAD）由8對(duì)連接到流量分配器的微流芯片（稱為微流血氧合器（MBO））組成。首先，血液進(jìn)入流量分配器，流量分配器將流量分成相等流量的16個(gè)流。每個(gè)流都流入MBO，在此MBO進(jìn)入的脫氧血液被氧化并離開(kāi)設(shè)備。然后將這16個(gè)流合并并流到氣泡收集器中，最后返回動(dòng)脈。

圖 新生兒仔豬模型的實(shí)驗(yàn)裝置，用于測(cè)試用于人工胎盤(pán)的無(wú)泵新生兒肺輔助裝置。

“在我們的方法中使用的動(dòng)靜脈連接將部分含氧的血液從肺部引導(dǎo)到LAD中。LAD可以通過(guò)將氧飽和度進(jìn)一步增加到100％，然后再將其返回人體來(lái)提供幫助。計(jì)算表明，LAD能夠通過(guò)將其50 mL min-1的血液中氧飽和度從≈75％增加到室內(nèi)空氣中的100％來(lái)支持1.5千克的新生兒，從而提供總氧需求的30％并防止呼吸苦惱。”

微流體血液充氧器（MBO）包括高度為180μm（或130μm ）的PDMS微流體腔室，該腔室由1 mm 2的微柱陣列組成，總表面積約為30 cm 2。設(shè)計(jì)微流腔室，使輸入的血流分布在整個(gè)寬表面積上，以促進(jìn)更有效，更快速地交換氧氣。微室?jiàn)A在兩個(gè)多孔膜之間，以使氣體與周圍環(huán)境交換。

圖3、a）具有錐形入口/出口配置的MBO的3D示意圖，b）MBO的俯視圖，c）血液流速為5 mL min -1時(shí)MBO的速度分布圖，顯示了均勻的分布以及流動(dòng)方向的緩慢變化d）LAD的3D圖以未組裝的格式顯示所有3D打印的組件，MBO和流量分配器。所有MBO之間都有固定的間隙，以使空氣對(duì)流流動(dòng)。血液從底部流量分配器供入LAD，從頂部流量分配器離開(kāi)LAD，以確保內(nèi)部沒(méi)有氣泡。

微流體血液充氧器（MBO）包括高度為180μm（或130μm ）的PDMS微流體腔室，該腔室由1 mm 2的微柱陣列組成，總表面積約為30 cm 2。設(shè)計(jì)微流腔室，使輸入的血流分布在整個(gè)寬表面積上，以促進(jìn)更有效，更快速地交換氧氣。微室?jiàn)A在兩個(gè)多孔膜之間，以使氣體與周圍環(huán)境交換。

已知PDMS具有疏水性，因此容易吸收蛋白質(zhì)。因此，PDMS表面經(jīng)常被修飾以防止蛋白質(zhì)附著在表面上。在這種情況下，微通道用肝素包被以避免蛋白質(zhì)吸收，血液凝結(jié)，血小板粘附和血栓形成。

在成功使用牛血對(duì)微流控肺輔助設(shè)備進(jìn)行初步測(cè)試后，將其帶入了一個(gè)新的高度。擬議的微流體平臺(tái)已用仔豬進(jìn)行了測(cè)試。選擇小豬作為動(dòng)物模型是因?yàn)榕c其他動(dòng)物相比，它在體重，血容量和生理特征方面更好地代表了人類早產(chǎn)和足月新生兒。  

仔豬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，這種LAD在無(wú)并發(fā)癥的氣體交換中是有效的，并且與體外結(jié)果一致。作者總結(jié)說(shuō)，開(kāi)發(fā)LAD的其他步驟包括安裝血液相容性，生物相容性以及通過(guò)臍帶血管進(jìn)行發(fā)育?！?  

原文名稱：

A Pumpless Microfluidic Neonatal Lung Assist Device for Support of Preterm Neonates in Respiratory Distress

文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202001860