抗凝血醫材的重要
每個人從小到大，多少都有過受傷流血的經驗。當身體有個小傷口，血液流出，如果傷口不大，血液很快自動凝結，也就不再流血了。這是件好事，如果血液不會凝結，人類就很容易因為小傷失血死亡。但是，這種血液流出生物體外會自動凝結的特性，對於人工關節置換、心臟植入物和血液透析裝置，就是個致命的問題。目前，血液透析都要搭配抗凝血劑(例如:肝素(heparin))使用，以避免血液流出體外後，在血液透析設備的管道內凝結，塞住流管。但抗凝血劑的使用，可能造成血小板減少，劑量過多還可能致死。如果不使用抗凝血劑，如何能讓血液流出生物體後，通過這些醫材，又不會凝結呢?
一群在哈佛的科學家和工程師可能替這些問題找到了解決方法。他們應用FDA已經核准的一種材料，開發了一種特殊的塗層，可以披覆在醫療器材的表面。這種塗層讓血液不會停留在上面，細菌也沒辦法附著。(原文刊載於nature biotechnology)
不沾塗層的開發來自豬籠草的啟發
這項材料開發的點子來自於Harvard SEAS 的教授Joanna Aizenberg先前開發的一種塗層，名為SLIPS。SLIPS的全名是Slippery Liquid–Infused Porous Surfaces。這種塗層是一種不沾塗層，幾乎所有液體都不會沾在表面。原理是這塗層表面有很多微細結構和孔洞，可以抓住一層液體，讓所有經過上面的東西，都快速地滑掉。這項發明，可以應用在例如太陽能板、海洋生物淤積、窗戶的玻璃、石油管的塗層、屋頂的塗料等。如果屋簷塗上這種材料，昆蟲就無法在上面築窩。下雪的時候，因為雪不會附著在塗層上，沒有足夠的時間凝結，就不會堆在屋頂上。應用非常廣。其實這個材料的開發，來自於Aizenberg教授觀察豬籠草捕捉昆蟲的過程。當豬籠草是在乾燥的狀況，昆蟲在這種植物上爬行，是不會掉進豬籠草的袋子內。但是在潮濕的狀況，因為豬籠草的表現抓住一層液體，讓昆蟲在上面爬行，沒有辦法抓住植物表面，所以很快就掉進豬籠草的袋子了。你可能很快反應到荷葉上凝結的水珠，也是會很快的滑掉，所以古早人用很大的荷葉來遮雨。水珠凝結在荷葉上的原理，是因為荷葉的表面有很多細小的纖毛，這些纖毛會鎖住一層空氣，讓液體不會滲入。現在市面上有的像是汽車擋風玻璃和後照鏡的塗層，都有類似離水性的塗層設計。
不沾塗層應用在抗凝血醫材上
不過，要用在醫療上，可就有更多要考慮的了。因為醫療上的產品，要通過FDA認證，通常都要數年之久。所以這個研究團隊，就決定採用一種已經通過FDA認證的材料，perfluorocarbon來做新的開發。這種材料和鐵氟龍(Teflon)很像。應用這個材料開發新的塗層，有兩個步驟。首先是化學結合一層perfluorocarbon，然後再加上一層液體的perfluorocarbon。這個新的材料，取名叫做TLP(Tethered-Liquid Perfluorocarbon)。
研究人員將有TLP塗層的導管，植入豬的體內，經過八小時，不使用抗凝血劑，也沒有任何血塊產生。此外，TLP塗層的醫療器材，在室溫和一般的濕度之下，放置超過一年，也能正常使用。TLP塗層能抵抗一般醫療器材上的剪切應力，和血液透析設備的血流速率。同時，也證實TLP材料可以排斥凝血成分，像是血小板和纖維蛋白。另外，研究人員嘗試讓綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)在上面生長六個星期，結果只有百萬分之一的綠膿桿菌可以黏著在上面。
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這麼”滑”的表面，那麼壁虎有辦法在上面爬嗎? 壁虎的腳上面有數以千計像髮絲般細的結構，所以有很強的吸附力，就是為什麼我們可以看到壁虎在90度的牆壁上爬，都不會掉下來。為了解這個問題，研究人員也找了隻壁虎來，放在分別是有TLP塗層的壓克力管內和普通的壓克力管內，將管子從水平慢慢直立，看看壁虎能不能抓住。結果發現，即使有壁虎功，也沒有辦法抓住TLP的表面。
這是醫學器材上很大的突破。研究團隊計劃將這個材料，實驗於更複雜的血液透析設備和葉克膜(ECMO)系統。
醫材的發明，大多是跨領域合作的成績。這項研究的完成，是血液、免疫、表面化學到材料科學專家團隊合作的結果。
文章參考：Harvard University；影片來源: TEDx、Havard University；圖片來源：ZEISS Microscopy、Harvard University CC Licensed。
