医疗用薄膜

薄膜的使用在医疗场所随处可见，譬如打点滴时液体管线上的过滤膜，尿袋上平衡内外压力的透气膜，人工心肺机内的气体交换膜，洗肾时使用的透析膜，修补心房缺损的阻绝膜网，腹腔手术后防止肠沾黏的防沾膜等。这些医疗用薄膜，为达到使用目的，除了在膜孔大小、机械强度等各有不同规格外，更重要的是要无毒、易杀菌，材质也不可引起过敏发炎等反应。

医疗用膜的範围十分广泛，大致可分为体外使用、血液接触及体内安置 3 大类，以下举例说明可能的应用及所需的特殊要求。

体外使用

这类薄膜因不与患者身体组织或体液直接接触，所以较不讲究所谓的组织或血液适应性的问题，但仍需满足无菌、无毒、活用的要求。因此，以其材料表面亲、疏水性的不同，分为通气不透水的膜及静脉注射用膜两大类。

通气不透水的膜

不少医疗用品为了平衡容器内外的压力，须使用通气但不透水的薄膜，譬如吊点滴时，由于液体不断注入体内，瓶中的压力会持续降低，如果没有外来气体注入，瓶内会因压力太低致使点滴无法滴出。因此常见到护理人员会在瓶底橡皮处插入一根尾部带有通气但不透水薄膜的针头，让外界气体得以进入瓶中，而瓶内液体却不会漏出。

由于外界气体可能带有病菌，因此薄膜必须能阻挡微生物侵入，而膜上孔洞的大小须控制在 0.2 微米左右。此外，为了满足通气但不透水的要求，这类膜大都使用疏水性的材质，如聚丙烯或铁氟龙等。为确保无菌无毒，製作过程中使用的溶剂与塑化剂都不得残留，杀菌也要确实，惟需注意不得使薄膜产生物性或化性的改变。

类似用途的薄膜，也可发现于尿袋、人工肛门及手术抽气机上，不同的是，这类装置的薄膜是以排气时不让体液逸散造成污染为目的，但其製作的要求与规格都与前述应用相似。

静脉注射用的滤膜

体外使用而用于液体过滤的膜，最常见的就是点滴注射，特别是输血时管线上的滤膜。这样的滤膜是外来液体进入人体的最后一道防线，用以防堵注射药物中可能带有的不溶颗粒，或在血液运送储存期间产生的聚集物。这类膜须能让液体易于通过，因此常使用亲水性的高分子膜，常见的材质以尼龙类为主。药物注射使用的膜，膜孔大约是 15 微米，输血用的膜则可大到 200 微米左右！

这类膜中有一种是较为特殊的，就是为病人注射血小板时所用的薄膜。当病患因血液疾病或化疗而无法製造足够的血小板时，就需要外来血小板的补充。新鲜的捐血经离心处理后，分为以红血球、血小板及血浆蛋白为主的 3 层，把血小板的部分取出收集成袋，便可为病患注射。但单一捐血人提供的血小板通常不够一次输血，需集合多人的血袋才能获得足够的，以血小板为主的部分，因同时含有许多不同捐血人的白血球，会引发免疫系统的强烈反应，因此通常医疗人员会以血小板过滤器过滤。

这样的过滤器，过滤膜孔洞约为 5 微米大小，这个尺寸可让血小板通过，但会阻绝白血球。尤其重要的是，膜表面尚需特殊处理，以避免血小板被活化而引发血栓反应。

体外循环维生系统

这类薄膜会与患者体液直接接触，主要用于体外循环维生系统，因此除了须无菌无毒外，还须考量血液适应性的问题。这类薄膜最为人所熟知的，首推用于人工心肺机内的气体交换膜与洗肾机内的血液透析膜。

人工肺脏所用的膜

当产生呼吸衰竭或心因休克，需要暂时支援人体心肺功能的运作时，就需要使用体外循环维生系统，把病人体内的血液由静脉引出体外，经气体交换后再送回动脉或静脉。血液在体外循环的时间通常是根据手术的需要与病人复原的状况而定，如果需长时间体外循环，凝血效应的考量就更严峻了。

进行开心手术时所用的人工心肺机，其血液由右心房引出，经由离心帮浦打入气体交换膜组，然后把血液注入主动脉运行全身，离心帮浦取代心脏的功能，气体交换膜组则取代肺脏的功能。目前使用的气体交换膜组是具细微孔洞中空纤维膜组，使用的材质有3类，即聚丙烯，聚（4－甲基－1－戊烯）与硅胶。这 3 种材料的抗凝血性质并不佳，当血液触碰膜管表面时有可能产生血块，因此使用时必须加入一种抗凝血药物，这种做法会造成内出血的危险，因此仅可短时间使用。

对于可较长时间支援人体心肺功能运作的叶克膜体外循环机，就需针对使用的微孔薄膜进行表面抗凝血处理。叶克膜体外循环机基本上可分为两类，一类如同人工心肺机同时取代心与肺的功能，缺氧血由颈前静脉引出，经叶克膜体外循环机把富氧血注入大动脉弓，主要用于婴幼儿。另一类则仅取代肺脏功能，缺氧血由颈前静脉引出，经叶克膜体外循环机把富氧血注入股静脉，多用于年龄较大的孩童与成年人。

洗肾时所用的膜

肾脏在人体中扮演着平衡各器官运作的重要角色，其中一项重要的功能是清除体内新陈代谢产生的废物，如尿酸、尿毒、肌酸酐（creatinine）等，并维持身体水分的平衡，如管制钠、钾、钙、磷及酸硷的稳定及平衡。如果肾脏受到伤害而无法正常运作时，会造成身体内的废物无法排除而导致其他器官受到影响，如尿毒症、下肢水肿、高血胆固醇、糖尿病、红疮狼斑等併发症。

对于肾脏衰竭的病人，一般可透过肾脏移植、腹膜透析或血液透析进行治疗。其中血液透析就是一种外循环维生系统，把病人体内的血液引出，经中空纤维状的半透膜管进行血液净化，清除体内废物并控制水分平衡后再送回病人体内，这个过程称为人工洗肾。

洗肾半透膜的选用，如同气体交换膜，除了须考量无毒易杀菌外，还须选用不易引发血栓的材质。目前常见的是聚磺酸及醋酸纤维素，这类材质的抗凝血性其实并不佳，因此须在血液引出患者身体后随即注射抗凝血剂，如此一来也会导致患者有内出血的危险。

由于血液透析用膜市场庞大，使得业者在抗凝血性血液透析膜的研发上不遗余力。

体内安置

安置在体内的薄膜，会与患者身体组织或体液直接接触，因此除了须无菌无毒外，也须考量组织和血液适应性的问题。所谓的组织适应性主要是指不会引起身体的过敏反应，所谓的血液适应性，则是指不会引起血栓反应。在这里简单介绍这类薄膜的3种应用，即补身体破洞用、控制药物释放用与防止组织沾黏用。

补身体破洞用的膜

身体若有些缝隙，如先天闭锁不全或后天破裂，常会造成很多困扰，甚至危及生命。这类问题最为人熟知的便是疝气及心房中隔缺损。在胎儿时期，腹腔在腹股沟有一个开放的囊袋，人出生时，这个囊袋应已闭合，但是有些人闭合不全，于是腹腔内的肠子或腹网膜会掉入这个囊袋中形成疝气。另外年纪较大的病人，因为长期咳嗽、慢性便祕、排尿困难等因素，导致腹股沟处的肌肉变薄变弱，也会形成疝气。

疝气如果很严重，则需动修补手术，修补手术中较新的方法叫无张力修补法，这方法不用缝线的力量硬把组织与组织拉在一起，而是应用一块人工网膜取代缺损的组织。这种网膜使用的材质弹性佳，不会被组织分解吸收，且具有大到 1 毫米的孔洞。当身体组织无法分解吞噬这类材料时，常常会分泌纤维性蛋白包覆外来物，而巨大的膜孔正是让纤维穿过网孔而引导组织生长，常使用的材质有达克龙、铁氟龙、聚丙烯等。

类似的应用也用于心房中隔缺损的修补，在胎儿时期因肺脏不需扩张换氧，全身回心血约 70％ 血流回到右心房，然后经卵圆孔开放处流到左心房，以提供全身动脉血。出生后卵圆孔多在 6 个月内自动关闭，若未关闭就是心房中隔缺损。传统的治疗法是开心手术，但不免会留下疤痕，且进行过程须以人工心肺机进行体外循环。

1976 年发展出的使用心导管置放心房中隔缺损关闭器（俗称补心伞）的治疗方法，手术简单又不会留疤。补心伞的种类很多，大多以高分子编织成网状，由金属支架撑开堵住缺口，网膜本身的设计与材质其实与疝气修补用膜极为类似。

以上介绍的组织修补膜，只应用于阻隔性软组织的修补，对于功能性更强的组织器官修复，则属于複杂的组织工程範畴。

控制药物释放的膜

投药方式主要分为口服及注射两种，但有些药物是可以经皮肤吸收的。无论是採取何种方式，都希望药物能顺利传递到需要的位置，也需要药物在目的地可以保持最适当的浓度，药效可以保持最适当的时间。要达到这样的目的，就须想办法控制药物的释放。

当药物经由口服进入人体后，须先经过酸性胃液的洗涤，然后在微硷性的小肠被吸收。许多药物在流经胃部时就被酸液分解，因此有人就想把药物用高分子物质包覆起来，这些高分子不会被酸液分解，但是会在硷性环境释放药物。为了延长口服药的药效，有时也会採取类似的方法，就是在药物之外以高分子形成一层膜衣，这种高分子因无法被胃液分解，也无法被肠道吸收，因此延长了药丸在肠道的滞留时间。这类包覆膜材，常见的有聚丙烯酸系列或纤维素系列的高分子。

如果药物是经由注射方式传递到体内，常常药效较快而强烈，大量的药物传递到体内，瞬间浓度常远高于有效浓度，在体内也会迅速地代谢，使得药物浓度迅速下降。这样的投递方式常会造成较强的副作用，且药效不长。解决的方式仍是包覆药物，让药物由包覆物中缓缓释出。在血液中流动时药物体积不能太大，必须製成直径小于 10 微米甚至达奈米等级的微小粒子。

所用的材料可不能让它一直存在于血液中，因此需要使用生物相容性佳且可分解吸收的材料。这类的包覆材料，包括天然高分子如胶原蛋白、多醣类生物高分子，细胞膜主要组成物的磷脂质，以及化学合成的聚乳酸–甘醇酸等。磷脂质形成的微脂体（liposome），有如一般细胞的保护膜，不但可以保护药物，更能骗过免疫细胞的攻击，加上表面官能基容易改质，可以接上特殊细胞辨识物，而成为所谓标靶治疗的利器。

除了直接利用薄膜包覆药物用于口服与注射之外，贴片也是现今常见的薄膜剂型，它利用皮肤渗透做为投药的途径，称为穿皮输药系统。这种投药途径可以避免口服投药因为经消化系统部分代谢所产生的变异性，可长时间持续输药且随时都可以停止，使血液中的药剂浓度可以做到较佳的控制。

贴片的主要组成包括最外层的保护膜，中间的药物层，控制药物释放速率的高分子薄膜及贴附所需的黏着剂。在使用上，多半利用高分子薄膜两边药物的浓度差做为驱动力，使药物穿透高分子膜而释出到达皮肤表面，并被吸收进入人体。

最早开发成功的贴片包含一种副交感神经遮断药–Scopolamine，主要是治疗晕机、晕车、晕船等症状，由于毒性强，且血中的浓度须严格控制，因此可利用薄膜穿皮输药系统解决药效持续与浓度控制的问题。另一种普遍使用的贴片，包含狭心症的特效药–硝化甘油。消化甘油是一种会经由肝脏代谢吸收的药，过去曾以舌下含锭或以点滴注射的方式，避免被肠胃消化殆尽。利用硝化甘油贴片，使硝化甘油连续二十四小时以一定的速度释放，较含锭或注射更为方便与迅速。

常见的贴片还有减轻妇女更年期症状的荷尔蒙补充贴片、避孕贴片、止呕贴片、尼古丁戒烟贴片、麻醉止痛贴片等。

防止组织沾黏的膜

在进行手术后，因组织受创而涌出含有纤维蛋白的渗出物，且纤维蛋白会黏在邻近内脏上。在腹膜受伤的情况下，纤维沾黏会引发新的血管和结缔组织包围而形成沾黏。最常见到的便是腹部手术后的肠沾黏与骨盆腔沾黏。预防沾黏形成有4种方法，一种是手术技巧的改善，第二是儘量控制发炎，三者是腹腔灌洗，第四种则以不沾黏膜隔开会沾黏的表面。

第四种使用的隔离膜有两类，一类是不会被身体分解的合成高分子膜，以铁氟龙材质为代表，其缺点是隔离膜长期留在腹中，有造成发炎的潜在危险。另一类是以生物可分解性材质製成，如氧化纤维素或透明质酸与羟甲基纤维素的混合物，这类材质在体内会逐渐分解而被组织吸收，是近来较受欢迎的防沾黏膜。