肺是出生前最后發育和成熟的器官。早產嬰兒出生時早于懷孕37-39周，肺部發育不全，因此會出現呼吸困難，難以呼吸。結果，這些不發達的肺不能產生表面活性劑，這是一種在吸入時保持氣囊開放的光滑物質，并且在呼氣期間容易塌陷。根據世界衛生組織的報告，早產是老齡化不到5年的兒童死亡的主要原因，并且其發病率在全世界都在增加。每年有1500萬早產，由于早產并發癥，每年導致100萬人死亡。即使是幸存者也可能在成年期出現長期并發癥。

患有RDS（呼吸窘迫綜合征）的早產（早產）嬰兒需要額外的呼吸支持才能讓肺部發育。通常，機械通氣是處理RDS的第一選擇。如果機械通氣不足，將使用另一種命名為體外膜氧合（ECMO）機器的生命支持裝置。在ECMO中，血液被泵送到體外并通過稱為血液氧合器的氣體交換裝置充氧。這兩種方法都是侵入性的，可引起嚴重的長期副作用和并發癥。在機械通氣中，施加在肺部的正壓會嚴重損害肺部組織。ECMO可能對肺部的破壞性較小，但它有自己的問題，特別是對于那些出生體重極低的嬰兒。通常，ECMO設備需要大量血液進行灌注（例如，對于該設備，例如Quadrox-i Neonatal＆Pediatric，大約40 mL） 但是，一公斤的早產兒只有大約100毫升的血液。因此，需要輸入來自成人的供血者以保持整個系統的運作。盡管如此，嬰兒血液和成人血液具有不同的生理學，其中新生兒的紅細胞（RBC）與成人的紅細胞相比具有更高的氧氣親和力。另外，需要進行手術以進入大血管，并且需要泵來保持血液在血管中流動，這可能損害RBC并導致溶血和血栓形成。

人造胎盤作為替代解決方案

人工胎盤（AP）概念是指產后肺部輔助裝置（LAD），其通過臍帶連接到早產兒并且除了嬰兒的肺之外還可以提供額外的氣體交換。AP概念已經存在了很長一段時間，直到1961年卡拉漢等人首次嘗試。然而，由于效率低下以及可用于此目的的LAD不兼容，在診所中仍然沒有商業AP裝置。理想的AP裝置應該由嬰兒的心臟而不是外部泵操作，同時在室內空氣中提供足夠的氣體交換。而且，這種裝置應該具有非常低的引發體積以消除對供體輸血的任何需要并且僅用鹽溶液填充。此外，所需生理鹽水的體積不應超過嬰兒身體總血液的10％，以避免血液稀釋。AP裝置的第一個和主要工作是補償由肺部欠發達引起的氣體交換損失。此外，還做了一些努力，以擴大AP應用，并為早產兒提供營養，同時消除代謝廢物。

通常由中空纖維膜制成的常規血液氧合器（用于ECMO）不適合人工胎盤應用，因為它們具有高的引發體積并且需要泵來操作。中空纖維膜（HFM）裝置通過在塑料制成的外殼中捻合中空多孔管（纖維）束而制成。通常，氧氣被引入這些纖維，血液在這些多孔纖維周圍流動，其中氧氣轉移到血液中，二氧化碳從血液中釋放出來。由于中空纖維束的性質，血液經歷非生理旅行，這可能損害RBC并引發凝血。此外，通過毛孔或血液污染的血液滲漏的可能性很大。

應該注意的是，AP設備不會以與ECMO機器工作相同的方式操作。事實上，AP裝置與血液循環系統并聯連接到嬰兒身體，其中裝置的入口連接到動脈并且出口連接到靜脈。這種特殊類型的動靜脈連接導致進入裝置的血液已經穿過嬰兒的肺并被部分氧化。早產兒肺部欠發達不能使血液充分飽和，因此氧飽和度?僅低于完全飽和度的10％-30％。因此，AP裝置僅需要將氧飽和度水平從~70％提高到100％，這高于進入ECMO裝置的氧飽和度水平。

解決方案

       在過去十年中，研究人員一直在使用微加工技術來克服手足口病的缺點，并試圖引入下一代血液氧合器。與傳統ECMO裝置相比，微流體血液氧合器在過去十年中顯示出有希望的氣體交換改善，這是由于通過減小肺部毛細血管的血液通道的尺寸來模擬自然肺。另外，微流體血液充氧器為血液提供更生理的流動路徑，這對于設計用于長期應用的AP裝置是至關重要的。

最近，微流體血液充氧器已經專門設計用于滿足新生兒的需求，并且已經開發出具有低灌注體積，低壓降以操作無壓力并且能夠在環境空氣中工作。 Rochow?等人，使用微流體血液氧合器為患有RDS的早產兒構建這樣的LAD。他們的裝置具有4.8毫升的低引發體積，并且可以成功連接到新生仔豬的臍帶血管，并且僅通過動物心臟提供的壓差進行灌注。雖然這個LAD的氣體交換還不夠，但是他們發現低啟動量的無瑕LAD不再是幻想了！

挑戰

        確實，未來屬于血液氧合器推進微技術，因為它們的獨特設計非常類似于自然肺。然而，他們需要克服一些挑戰才能與HFM競爭并在市場上取代它們。主要挑戰如下：

1.擴大規模：所有微流體血液氧合器的主要和最重要的限制是它們的小尺寸，這限制了它們的操作血流速率低于10mL / min。然而，AP裝置可能需要支持高達60mL / min的更高血流速率。已經使用不同的策略來解決該問題，例如增加設備的尺寸或將多個設備連接在一起以增加總容量。似乎兩者的組合應該用于達到所需的氣體交換。

2.血液相容性：盡管使用抗凝血酶 - 肝素（ATH）或聚乙二醇（PEG）涂覆PDMS表面等不同方法來改善血液接觸表面的血液相容性，但需要更多的研究來評估這種涂層的可靠性。 AP設備所需的長期條件。

3.進入大口徑血管：AP裝置應該通過臍帶連接到早產兒。主要挑戰是在出生后立即收縮臍帶血管。結果，需要將導管插入血管中并使血管保持打開并使血液流動而對血流的阻力最小。正如彭阿爾解釋說，應使用特殊類型的導管進入臍帶，以盡量減少對血流的阻力，并為AP裝置提供最大可能的血流速率。