十年磨一劍，劉淑琴教授團隊關於ECMO研製的故事

2020-11-17 山東大學



ECMO，體外膜肺氧合，也被稱為人工心肺機，主要用於對重症心肺功能衰竭患者提供持續的體外呼吸與循環，以維持患者生命。一場肆虐至今的新冠肺炎疫情，讓這個平時並不為人熟知的機器，一下子成了萬眾矚目的焦點。由於造價高和卡脖子技術問題，且並未實現國產化，ECMO在國內數量並不多，且都是從國外進口的。新冠肺炎疫情初期，ECMO一度成為十分緊缺的重要醫療資源。


ECMO的基本結構包括血管內插管、連接管路、離心泵（人工心臟）、氧合器膜肺（人工肺）、傳感監測與控制系統等，最核心的部位是離心泵和氧合器膜肺，分別起到人工心臟和人工肺的作用，也是最具有技術難度的部分，是當前國產化的難點。


今年10月21日，在山東省新材料產業化成果項目籤約儀式上，山東大學電氣工程學院劉淑琴教授團隊「應用於人工心肺的磁懸浮離心式人工心臟泵」項目籤約，成果轉化與合作總經費達到1.04億，邁出了ECMO國產化的第一步。


從開始研製到進入如今的成果轉化階段，劉淑琴教授團隊已經在這一領域持續攻關了十餘年……




1

源起

人工心臟，我們能做出來


2008年，得知劉淑琴教授團隊在磁懸浮技術方面的科研實力，北京阜外醫院慕名找來，想請團隊研製國產磁懸浮人工心臟泵。阜外醫院是有名的心血管病醫院，深知人工心臟對心衰等病人的重要性和需求量。


「真正的技術是買不來的，那我們就自己研製。」劉淑琴教授說。



一支十幾人的團隊很快建立起來，學科背景涉及電磁、電氣工程、機械工程、流體力學、計算機控制、材料、醫學等等。團隊將主要技術攻關方向聚焦在人工心臟和控制系統集成上，從軸流式磁懸浮人工心臟泵到離心式磁懸浮人工心臟泵均進行了研發和實驗。人工心臟的核心是磁懸浮技術和高效葉輪的設計，劉淑琴教授團隊在磁懸浮領域深耕多年，具有豐富的理論和實踐經驗，隨著研究的推進，團隊成員越做越有信心。每推進一步，「我們一定能做出來，而且做出來的一定不比國外的差」的信心就更堅定一步。


十年磨一劍，礪得梅花香。2018年，項目開始進入單機實驗階段，水力學實驗、代血液實驗……團隊始終秉持嚴謹、踏實的科研態度，在各種實驗中測試、完善設備的性能。「我們把該做的、能做的實驗都做了，做的實驗越多，越能更好地對設備進行完善」。


2019年4月份，團隊的人工心臟實驗宣布成功。


2

加速

全力以赴，儘快填補國內空白


新冠肺炎疫情的爆發，讓劉淑琴教授團隊的ECMO整機實驗進入加速期。


2020年1月22日，武漢大學中南醫院首次使用ECMO成功救治一位重症新冠肺炎患者。第二天，國家衛健委印發《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》（試行第三版），正式將ECMO納入其中。但與之形成矛盾的是，ECMO在國內數量有限，並不能完全滿足疫情初期的救治需求。當時，眾志成城之下，中國企業抱著「國家需要什麼，我們生產什麼」的信念，紛紛通過轉產、擴產等方式，生產口罩、防護服等當時急需的防疫物資。然而，由於技術封鎖，急需的ECMO卻無法生產。


這讓劉淑琴教授團隊充滿了責任感和科研攻關的緊迫感。原來只是意識到，ECMO能救命，國內沒有核心技術，團隊需要做。然而，這次疫情期間ECMO的供需嚴重不平衡與海外採購的艱難，讓劉淑琴教授團隊更加深刻地認識到，掌握核心技術，對國家、對人民的重要性。


「一定要使ECMO技術不再受制於人」。懷著這種急迫性，團隊成員放棄休假，快速投入到了ECMO的整機實驗中，通過血液實驗、動物實驗等，測試整個系統的可靠性。



為獲取新鮮的動物血液，團隊成員常常需要半夜到濟南郊外的屠宰場，與對方溝通，獲取經過合格工序處理的動物血液。郊外的寒意料峭、夜半的強壓困意、強大的工作壓力，團隊成員從未抱怨過一句。團隊兩位齊魯醫院的成員用「殫精竭慮」來形容當時的工作狀態和心情。做動物實驗時，一般不會被納入考慮範圍的問題，他們也費盡心思盡全力考慮周全，比如動物血液和人的血在脆性上的差別，等等。「就是一門心思想趕緊把ECMO做成功」。


在這樣的工作效率和工作狀態下，短短幾個月的時間，團隊已經完成了兩代整機的性能優化。



今年10月15日，團隊對ECMO樣機進行了動物實驗，他們選取了羊做實驗，羊上了手術臺後，心跳因窒息停止，快速接上團隊研製的ECMO樣機後，約五分鐘後，心電圖顯示心臟重新恢復跳動，之後體外循環實驗一共持續了48小時。


經過測試，劉淑琴教授團隊採用全磁懸浮技術心臟泵的ECMO樣機，各項性能均達到了國際先進水平。


3

轉化

國產化量產，走好最後一公裡


實驗成功後，多家企業找到劉淑琴教授團隊，洽談合作轉化事宜。10月21日，劉淑琴教授團隊與宇雲（青島）健康管理有限公司籤署協議，邁出了ECMO由實驗室進入市場的第一步。


宇雲（青島）健康管理有限公司董事長黎子策說，通過調研，公司認為這是國內第一臺形成整機的、可以向產業化方向轉化的ECMO。填補國內空白、技術國際領先，這兩項已經足夠震撼，它又是在急救領域當中需要的。另外，我們一帶一路沿線很多國家需要這樣先進的醫療設備，性價比也比較高，這樣我們會在全球範圍內幫助更多的人。


目前，要實現ECMO國產化量產，還需要多場分批次的動物實驗以及後期的臨床實驗。按照企業的推進進程，計劃兩年內實現量產。屆時，我國將實現ECMO從進口到自主生產的突破。


劉淑琴教授說：「我們會盡最大努力配合企業做好後續技術工作，讓ECMO儘快實現國產化量產。」


這是劉淑琴教授團隊的心願，也是所有參與ECMO國產化量產人員、乃至全國人民的心願。




文 | 張丹丹

圖 | 張丹丹 資料

編輯 | 程詩琪

責任編輯 | 苗立群


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