作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2014-7-11 13:30:33
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上海交大发明便携氧舱 或将改写伤口治疗历史

 

科学网上海7月11日讯(黄辛)伤口久治难愈是外科医生面临的难题,也给外伤患者带来巨大痛苦。如今一个手机大小的设备,一端连接在久治不愈的外伤伤口上,就能帮助伤口较快痊愈——上海交通大学燃料电池研究所曹广益教授、胡鸣若副教授所在团队开发出的便携式“伤口治疗仪”,已经在临床中给广大患者带来了福音,有望书写伤口治疗的新篇章。

“微氧医学”:理念缘起实验室“意外”

经久不愈的伤口是当今国内外外科面临的技术难题之一。一份资料显示,我国外科住院患者中,因难愈性的皮肤慢性损伤或溃疡需要住院治疗的患者约占1.5%,其中糖尿病溃疡占36%,且比十年前增加了6倍。医学上常用高压氧舱帮助伤口愈合,但高压氧舱设备巨大使用不便,并且有一定风险。有没有一种医疗手段,有高压氧舱的疗效却没有高压氧舱的缺陷?上海交通大学燃料电池研究所的科研团队跨界发明解决了这个难题。

说起来,曹广益、胡鸣若团队研制伤口治疗仪的过程,居然是缘于一次小小的实验室意外。

曹广益、胡鸣若都是上海交通大学机械与动力学院燃料电池研究所的科研人员。2009年开始,交大燃料电池研究所在无锡国赢科技有限公司的资助下,开始开发燃料电池发电系统,公司派出10名工程师进入机械与动力工程学院燃料电池研究所,在胡鸣若和曹广益的绿色电化学系统和结构实验室进行实质性的产学研合作研究。由于无锡公司的10名工程师来交大之前基本上都是机械工程师,对于燃料电池没有概念,因此,在一次实验中,其中一位工程师误操作燃料电池,导致从电池中冒出了微量的连续气泡。

这个不经意的“误操作”产生的“气泡”,并没有被一直关注实验的胡鸣若忽略。他通过测试分析,确定了这种微量的气泡是高纯氧,胡鸣若经过反复实验,发现新能源技术逆向使用后,确实可产生微流量、可控的氧气。在每周的实验室工作例会中,胡鸣若和曹广益讨论了这个有趣的发现。基于交大广泛的学科交叉带来的丰富经验,曹广益和胡鸣若都认为:高纯氧在很多方面可以用到,例如高压氧舱可以治疗烧伤等,说不定这个微氧也能进行伤口治疗。

胡鸣若开始进一步查找资料,发现国内外大量的生物医学基础理论研究都表明,氧气在伤口恢复的各个阶段都起了重要作用,而缺氧是目前难愈合伤口的重要病因之一,但现有氧疗设备(如高压氧舱)由于体积庞大、不能控制形成微流量氧气,所以只能间断性治疗,即现有氧疗技术在伤口治疗中“未尽其效”。

经过一番调查后,胡鸣若、曹广益提出了新的构想:是否可以开发一种便携式的微氧发生器,让有伤口的人戴在身上、24小时连续使用进行伤口治疗,这样氧疗技术不就能“尽其疗效”了吗?!

经过与一些医院外科教授的商讨、论证,无锡公司很快同意了团队的想法,并在团队中吸纳了上海浦南医院院长、留日神经外科刘卫东博士为首席顾问。于是,一个小小的实验意外,成了一个创新的开端。曹广益和胡鸣若甚至设想:从这个开端起步,开创一个新兴的医学学科——微氧医学。

治疗仪中的“iphone5”,研发与产业化同步进行

在公司的支持下,胡鸣若开始设计开发了伤口治疗仪器的核心部件——制氧组件,并进行相关测试,于此同时,派驻在交大的无锡工程师协助完成了大量繁琐的测试台搭建工作和样品制备工作。

研制“微氧治疗仪”有诸多关键问题要解决,氧气的浓度、氧气输送的速度、如何保持长时间的持续供应等等。胡鸣若和他的团队紧锣密鼓地抓紧时间,不久就完成了首批核心部件的研发。但是,当第一代核心部件完成研发后,无锡公司突然提出了产业化的问题:制氧组件一天能生产几个?对企业来说,快速、大量、高品质制造是基本要求。研发伊始,胡鸣若等交大的研究人员更关注的是“在实验室里取得成功”,对产业化推广关注较少,这也正是产学研中存在的瓶颈之一。在企业方的要求下,胡鸣若率领团队推倒第一代核心部件设计,从新的角度重新开发。

经过一段时间的艰苦实验,胡鸣若又设计开发了第二代、第三代、第四代和第五代核心部件,并同无锡的工程师们一同制备和测试,相应地,双方围绕每一代核心部件都开发了伤口治疗仪原型机。大家都戏称,苹果手机也是从一代开发到了五代,大家自豪地称伤口治疗仪是“医疗界中的‘iphone5’。

第5代原型机完成后,交大和无锡方面都认为这一代的机器和其核心部件已到达了批量生产的要求,接下来需要临床试验和生产线的开发。于是,从2011年下半年开始,胡鸣若开始伤口治疗仪生产线的设计,并将在上海的大部分工程师调回无锡,共同进行伤口治疗仪生产线的建设。从2011年下半年开始交大和无锡产学研的定位开始了转换——从实验室进入车间。经过1年多的生产线设计和调试,伤口治疗仪的批量化生产终于完成。从2012年下半年开始,在交大的协助下,无锡公司开始了伤口治疗仪的临床试验和申报工作。于此同时,上海交大和无锡根据需要共同开发了后续的系列产品。截止到目前,伤口治疗仪共开发出了五代、四个系列的产品,获得了12项专利,其中3项同时申请了国际专利。

“局部氧舱”带来神奇疗效

科学家早已证明,表皮伤口的愈合需要一定的氧气,浓度95%以上的纯氧对伤口愈合最为有益。在实践中,烧伤病人等大面积创伤的病人都会以高压氧舱座位辅助治疗的手段。但高压氧舱体积巨大,空气中氧气含量不过21%,便携式伤口治疗仪就很好地克服了这两个弱点。

通过五代开发,面向市场推出的便携式治疗仪不过手机大小,可随身携带,能够24小时不间断地以每小时3毫升的流量向创面提供95%以上的纯氧,形成与伤口面积相同的“局部氧舱”,并可保持伤口湿润,通过临床验证,对于慢性伤口具有非常好的疗效。2014年3月下旬,伤口治疗仪正式获得江苏省药监局的批件,拿到了“市场准入证”。目前,伤口治疗仪已在江苏、上海、广东和山西的多个医院开始使用。

在临床中,神奇的疗效出现了——有着15年糖尿病病史的患者张先生,腿部创伤植皮失败,5个月未愈合,医生表示病情再得不到控制要做截肢的准备,在使用伤口治疗仪169天后,伤口奇迹般地愈合了。一位91岁的阿婆因骨折住院后,不久就出现了褥疮,经过微氧治疗仪辅助治疗,三个月后伤口痊愈;一位年轻女性因推高糖治疗失败引起的医疗事故中,伤口重度感染,可见明显的绿色霉变,经过伤口治疗仪治疗,37天伤口即痊愈……在山西省的72例临床试验中,伤口治疗仪取得了100%治愈的好效果。

目前在全世界,“微氧医学”还是一个新概念,但以胡鸣若为总工程师的科研团队对微氧伤口治疗的前景充满信心。大家相信:除了各种原因的大面积外伤,伤口治疗仪还有望在更广泛领域发挥作用,团队的近期目标是,把治疗范围拓展到鼻窦炎、眼部炎症和水肿、外耳中耳炎症、阴道炎、窦道和瘘管、牛皮癣等更多疾病的治疗,并且希望在将来能够在癌症和体内其他疾病的治疗中发挥更大作用。

 
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