輔助器官生存系統
生物體大概是世界上最好的設計品，每一個器官的存在都很精巧微妙，牽動生物整體的運作。而器官衰竭造成死亡，在臨床上有相當比例，常見在肝、肺、腎等重要器官。面臨緊急狀況，輔助器官生存的系統，像是「機械式換氣設備」、「葉克膜」(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)，就成為延續患者生命的一點希望。
肺臟氣體交換
以肺部的「急性呼吸窘迫症候群」為例，患者的肺臟可能積水，導致無法正常進行氧氣和二氧化碳的氣體交換，這時候常見的方式為給患者裝上機械式呼吸器，高壓灌入高濃度的氧氣，肺臟受傷組織卻可能沒有機會修復，有時候狀況會更差，導致肺炎。另一項選擇，可能是大家熟知的「葉克膜」，將患者血液抽出體外，經過一束有孔洞的纖維，去除血液中二氧化碳，打入氧氣，這個過程複雜，需要專業人員來進行。此外，血液一旦離開生物體，血流速度將影響血球內細胞的完整性，另外可能面臨血液凝結的危險，必須要大量給予「肝素」(heparin)抗凝血劑，若凝血塊進入腦部或者腸胃系統，將有非常大的危險性。以上的裝置，較偏向純功能性導向而設計的機器，與真實人體肺臟比較仍顯不足。那怎麼樣能設計一個仿生物系統的優良肺臟輔助生存系統呢?
仿「肺臟」的設計
肺臟提供大量的氣體交換，主要優點在於微結構的大面積/體積比例，藉由這樣的大面積，增加氣體交換速率。同時，血量是以微細血管中的小血量行進。美國麻州理工學院(MIT)的Draper實驗室致力於輔助器官生存系統的開發，針對現有系統的大血量、長路徑…等等不符合生物體原始器官構造的缺點，開發新式輔助器官生存系統，因舊式系統容易造成血球細胞破壞、凝結。現在，他們聲稱開發了一個由生物相容性聚合物製作而成，具有微小流道，可以處理高血流速率的裝置(點這裡看圖片)，有機會提供肺臟氣體交換治療的另一選擇。這個裝置可說就是仿生設計，設計簡單，為多層分佈有許多微流道在表面的生物相容塑膠組成，也就是一個立體的分流結構，當血液從大管徑流入這些微流道，進行氣體交換，就好像是人體的血液流入微血管一般。這樣的設計是提供血流一個模擬肺臟運作的環境，也很有機會拿來作為「葉克膜」的核心。微流道設計提供大面積/體積比例，可承受的血流速率是其他微流道科技產品的十倍。
最近，這個研究團隊使用他們開發的裝置，成功以每分鐘10毫升(10mL/min)的速率來測試牛隻的血液。現在他們希望可以將這個設計放大，可以每分鐘處理一公升血液，同時能顧及凝血的問題。這個設計若可行，研究團隊認為比「葉克膜」安全一些，因為運作不需要血液稀釋劑，可更長期使用。
生醫人網摘 觀點
仿生物結構設計的生醫裝置，將會是醫療科技精益求精的發展方向?
文章參考：MIT Technology Review
影片來源：draperlaboratory
圖片來源：ustinpickard@Flickr CC BY-SA 2.0
