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[新华日报]膜技术新应用:回收手术稀缺的麻醉氙气

氙气是现代医疗手术中一种重要而稀缺的麻醉药剂。在临床使用中,如何实现氙气的循环使用一直是一个难题。永利国际学顾学红教授、王学瑞教授与荷兰代尔夫特理工大学合作,开发出一种中空纤维分子筛膜用于现代医疗麻醉氙气在线回用新技术,可以实现氙气的循环使用,节约氙气采购成本99%以上,并可大大缓解氙气市场供应紧张问题。近日,这一成果发表在《德国应用化学》上。

“氙气作为麻醉药剂,具有无毒副作用、器官保护、快速诱导和苏醒等方面的突出优势,在婴幼儿、孕妇等群体的手术麻醉中具有良好应用前景。目前,氙气的唯一可开采性来源是空气,但多级深冷精制工艺能耗较高,且氙气在空气中的浓度极低,市场供应量极为有限。”顾学红介绍。

在临床手术麻醉过程中,用作麻醉药剂的氙气,被病人不断地吸进去再呼出来,同时也不断呼出二氧化碳。在闭路循环呼吸的麻醉器械里,当二氧化碳的浓度积累到一定程度,就会造成二氧化碳中毒。因此,二氧化碳和氙气的混合气体必须定时排出去,更换新鲜氙气。

“我们的研究就是把分子筛膜放到麻醉闭路循环系统里面,将麻醉过程中人体组织代谢产生的二氧化碳及时移走,这样氙气在里面就可以循环使用,从而显著降低氙气在麻醉过程中的用量和麻醉成本。”王学瑞表示,将分子筛膜用于气体分离,课题组已经研究了十年。

分子筛膜是一类具有规整孔道结构的硅铝酸盐材料,有效孔径由分子筛的孔道结构决定,是气体分子间精密分离的理想膜材料。永利国际学等科研机构已成功实现分子筛膜在有机溶剂与水分离中的工业应用,打破了日本和德国等少数国家的技术垄断,填补了我国在该领域的技术空白。“如何实现分子筛膜气体分离的大规模工业应用,是学术界和产业界共同关注的焦点,也是待解难题。”王学瑞介绍,课题组研发的中空纤维分子筛膜用于医疗麻醉氙气在线回用新技术,为解决这一难题提供了有效途径。

课题组在研究中发现,气体分子在渗透通过分子筛膜时,二氧化碳分子“跑”得更快,其渗透速度比氙气分子快两个数量级。“在分子筛膜孔道内部,二氧化碳分子和氙气分子都可以吸附,但两者的吸附能力有强弱之分。”王学瑞解释说,二氧化碳分子虽然“跑”得快,但与分子筛膜孔道相互作用力相对较弱,很容易被作用力更强的氙气分子“挤”出去。吸附力强的氙气分子,一旦占据分子筛膜孔道,将会阻碍二氧化碳分子的吸附和扩散,从而成为主宰。

目前,课题组已完成膜材料的连续运行稳定性测试,氙气回收率高达99%以上,过程能耗仅为1.5 \$/Nm3。相对于高昂的氙气市场价格(30000~60000 \$/Nm3),课题组开发的分子筛膜氙气在线回用技术,具有明显的技术优势和经济优势,有望用于新型医疗麻醉器械,服务于现代化医疗体系建设。

通讯员 周 伟

2020年1月8日《新华日报》第14版http://xh.xhby.net/mp3/pc/c/202001/08/c735290.html

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