改变人工血液替代品注氧规则

多孔液体有望作为桥梁治疗，改变人工血液替代品的游戏规则，保存移植器官

　　

         

Jarad Mason和他的团队创造了永久性的“多孔”水，使得气体可以在液体中以高浓度的形式储存。

多孔液体有望成为桥梁治疗，改变人工血液替代品的游戏规则，保存移植器官

如果急救人员可以用简单的注射来治疗急需氧气的病人，而不是依赖于机械通气或匆忙将他们送上心肺搭桥机，那会怎么样?

一种使用多孔液体材料运输气体的新方法代表了向人工氧气载体迈出的一大步，并展示了这些不同寻常的液体在生物医学方面的巨大潜力。

在8月发表于《自然》(Nature)杂志上的一项研究中，哈佛大学化学与化学生物系的一组科学家详细介绍了一种在水环境中使用多孔液体运输气体的新方法。作者们确定并定制了多种多孔框架，与普通水溶液相比，这些框架可以存储高浓度的气体，包括氧气(O2)和二氧化碳(CO2)。这一突破可能是制造可注射氧源作为心脏骤停的过渡性治疗、制造人造血液替代品以及克服保存器官移植长期以来的挑战的关键。

该论文的高级作者、化学和化学生物学助理教授Jarad Mason说:“我们意识到，使用具有永久性微孔隙的液体来解决水和其他水环境中的气体传输问题将会有很多好处。我们设计的液体可以以超过血液的密度运输氧气，这为各种生物医学和能源应用提供了令人兴奋的新机会。”

         

这种设计使得内部表面是防水的，外部表面是亲水的，“因为否则流体就会像油和水一样相分离”。

具有永久微孔的液体是由分散在液体介质中的微孔颗粒组成的一类新型材料。想象一下，微小的、可回收的、海绵状的碎片能够吸收洞中的气体并释放出来。迄今为止，所有多孔液体都是由分散在有机溶剂中的微孔纳米晶体或有机笼分子或由于体积太大而无法通过孔隙入口扩散的离子液体组成。研究人员开发了一种新的策略，以创造具有高气态容量的水性多孔液体——被称为“微孔水”。

水是一种极性分子，这使它成为乙醇和糖等其他极性分子的绝佳溶剂，但它在溶解非极性分子(如O2气体)方面就差得多。因此，纯净水携带的氧气比红细胞少30倍。气体在水中的溶解度极低，这对许多生物医学和能源相关技术造成了严格的限制，这些技术需要气体分子通过水溶液运输。这种新的气体输送机制克服了气体在水中的低溶解度，使气体快速输送。

         

研究人员将微孔纳米晶体悬浮在水和其他水溶液中。图片由Jarad Mason提供

受某些蛋白质孔隙的启发，这些孔隙可以被水分子接触，但在水溶液中总体上保持干燥，该团队提出，具有疏水内表面和亲水外表面的微孔纳米晶体可以被设计成使微孔框架在水中永久干燥，并可吸收气体分子。

“我们必须调和两个看似矛盾的属性，”Erdosy说。“我们设计的内表面是疏水和防水的，而外表面是亲水和亲水的，因为否则流体会像油和水一样相分离。”

该团队在实验室合成了这种材料，并测试了它们吸收和释放气体的能力。他们发现，微孔水可以在水基环境中可逆地输送极高密度的气体。利用这种策略，该团队开发了一种多孔液体，它可以携带比纯气体更高密度的氧气。这些含水多孔液体显示出显著的搁架稳定性，允许它们在使用前在室温下储存数月。“随着进一步的发展，你可以想象在救护车上的微孔液体中储存氧气，以便在需要的时候注射到人体内。”

该实验室计划对微孔水进行更多的实验，以测试其生物医学应用，同时继续探索该材料的其他潜在用途。

Erdosy说:“我们希望开发更多的材料和动物模型来创造和测试体内的氧气载体。我们还有一个更注重能源的项目，计划使用微孔水来解决电催化中的天然气输送问题。”