為心臟病人帶來希望的新材料技術

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城大的研究人員成功開發嶄新的技術,有效地改良人工心臟瓣膜及血管支架的表面材料,為患心血管病的病人帶來喜訊。

 

物理及材料科學系材料工程講座教授兼城大等離子體實驗室主任朱劍豪教授和他的研究小組相信,他們研究出來的等離子體改良表面材料技術(Plasma Surface Modification),是一個極具經濟效益的方法,可應用於改良血液相容性材料的表面材料,對移植人工器官以及其他牽涉生物結合的矯形外科和矯正牙科手術大有裨益。

 

朱教授說:「醫學人員面對的難題,是如何確保生物材料與人體的生物環境發生接觸時,不致出現慢性發炎、血栓塞、身體機能失常或甚至排斥等不良反應。」

 

我們的身體對外來的植入物會產生自然的抗拒及防衛反應。一些例如是臀部補形植入物或人工心臟瓣膜,在物料強度和流體力等特質上尚且令人滿意,但其表面特質卻可能與人體的生物化學構造不相容,最後導致人工移植失敗。

 

改良表面材料加強生物兼容特性

利用等離子體改良表面材料的技術,有助改善材料的表面特性,避免了上述不兼容的潛在情形。朱教授解釋說:

「等離子體改良表面材料技術有一個獨特的優點,就是在可以選擇性地提升表面特質和生物兼容性之餘,同時維持材料的主要特質不變。」這項技術的意義,是研究人員只要改良現有的材料而無需設計全新的材料,節省金錢和時間,大大吸引有意發展及推廣這些材料的投資者和大企業。

 

在香港出生的朱教授,於1974年赴笈美國,先後於俄亥俄州立大學獲數學科學學士以及康內爾大學獲化學科學碩士學位和博士學位。他於1996年加入城大。朱教授曾任加州Silicon Genesis Corporation技術顧問委員會的成員,目前仍是多家美國公司的顧問。

 

朱教授與Silicon Genesis Corporation合作,採用等離子體浸沒離子注入技術(Plasma Immersion Ion Implantation),成功生產出首塊矽絕緣體圓片(silicon-on-insulator﹙SOI﹚,提供一個具經濟效益的簡單方法,製造人造薄膜和改良材料的表面特質。

 

朱教授說:「等離子體和以等離子體為本的技術有很多優點,你可以把等離子體視為氣體、液體和固體以外的第四類狀態。舉例來說,太陽光和閃電都屬於等離子體,其他常見的等離子體的應用還有等離子體電視和光管。要創造等離子體,只要刺激氣體,製造一個化學反應活躍的環境,出現大量等離子體表面反應就可以。」90年代中期,德國的Rossendorf研究中心和內地的西南交通大學,邀請朱教授和他的研究小組改良生物材料的機械特質和生物相容性,自此朱教授便與生物材料結緣。朱教授的小組其後更與上述兩家機構,還有加州大學柏克來分校的Lawrence Berkeley國家實驗室及波士頓的東北大學研究小組,在商業和研究應用方面展開合作,並取得成績。自1996年起,朱教授的等離子體改良表面材料技術共得到七項美國的專利。朱教授及其小組取得多項研究成果,當中包括他們以自製的機器,運用等離子體浸沒離子注入技術所改良的心瓣,已取得第一階段的成功,能夠大大減少傳統心瓣所引致的表面血液凝結的問題。

 

增強植入物與血液的相容性

對於心臟病人來說,醫學界目前還未發明具備生物功能及高度相容性,用來支持栓塞血管的心瓣、泵和血管植入物,主要的原因是具有人體防衛機能的血液既不能分辨、又不接受移植的器官,結果是手術多不成功,病人需要更換心瓣或服用抗凝結的稀釋劑,以防止血栓塞。

 

「我們還沒有用於心臟內的合適材料,即使是最常用作人造心瓣的低溫各向同性熱解碳(low temperature isotropic pyrolytic carbon),也未符理想。血液流過材料的表面時產生反應,令細胞變質及血液凝結,結果阻塞心臟和血管。倘若材料的表面能跟血液相容,血液便可以暢通流過。」

 

「我們改良生物材料的生物相容性的研究一直進展良好。我們透過實驗測試改良生物材料的表現,發現採用改良了的材料的心瓣的血凝結情況大大減低。」朱教授解釋說:「我們在動物身上作實驗,發現血液與改良材料之間的相互作用大有改善。」

 

朱教授在香港和內地的成就,吸引了世界各地科學家的注意,如澳洲悉尼大學的Marcela BilekDavid Mc Kenzie教授。他們邀請朱教授合作研究金屬等離子體植入生物材料的項目,該研究計劃在本年初獲澳洲研究局撥款477,000澳元。

 

各界對朱教授的研究均有口皆碑。「我們目前只是在起步階段,還未可作任何定論。不過,我們的研究極具潛質。我們收到很多信件鼓勵我們繼續朝著這個方向研究。一位正在上海等待心臟移植的病人來信查詢,他從中國新聞社得知我們研製新人造心瓣的消息,想知道新心瓣何時面世。這些信件令我們大感振奮,決心早日完成工作。」朱教授說。「有一點值得留意的是,我們並非研製新的材料,而是改良原有的材料。這樣可以更具經濟效益,也更具商業價值。有關的研究工作還須進行好幾年,不過,初步成果令人鼓舞,研究充滿潛質和希望。」

 

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