• 技術名稱
  • 人體肺器官模擬系統
  • 計畫單位
  • 國立清華大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 黃振煌
  • 電子信箱
  • jenhuang@mx.nthu.edu.tw
技術說明 近年來由於空氣汙染日趨嚴重而導致患有肺部疾病的人口比例日漸攀升。這些具有汙染性的空氣懸浮物透過肺部被吸入人體後,會在肺部沉積而引起部分區域的發炎,導致慢性肺部疾病。甚至是最近全球肆虐的COVID-19也是透過類似的方式,對肺部造成傷害。這讓這個會直接暴露在大氣範圍的肺器官有其迫切性和重要性去進行更深入的研究。除了研究這些外來物質是如何透過肺部進入人體內,開發出可以透過吸入途徑即可治療肺部疾病的吸入型藥物,也是目前各國政府預達到的重要指標。
肺器官最主要的功用是透過呼與吸的動作而達到氧氣與二氧化碳的交換。其原理是藉由胸腔內的壓力改變,進而讓肺部本身產生壓力差,最後導致氣體進行流動。本實驗室所開發出的體外肺器官模型能夠透過同樣的機制,藉由液體流動時因流出肺器官裝置後所造成的內外壓力差,以帶動彈性薄膜膨脹,進而使氣體進入氣室內,便可產生吸氣機制。反之,當無流體流動時,薄膜因本身彈性回復後,迫使氣體從氣室內排出,進而產生呼氣機制。這樣反覆的液體流出與停止動作可透過幫浦的控制以連續地製造出體外呼吸的動作。組成肺器官模型的各個元件,包括有肺器官裝置、蠕動幫浦以及液體儲存槽。其中,肺器官裝置是使用快速成形微加工技術,層層堆疊而成。若在液體進口處銜接上不同內徑大小的塑膠管,其產生的不同液體壓力差則會使得薄膜有不同的形變,進而引發出不同的呼吸型態。在肺器官模型的氣室方面,我們也設計出有如肺部支氣管的結構,從第15代小支氣管末端至第23代的肺泡結構,進而仿造出和真實肺器官相同的流體型態。
因此,此科技突破提供一種仿肺部裝置及人體肺部模擬系統。由於仿肺部裝置在結構上與人體肺部近似,可作為模擬肺部的體外試驗裝置,藉以改善吸入型藥物在開發時因動物實驗結果的不精準性,且能在進行人體臨床實驗前提供有效的資訊,並增進吸入器的設計改良使其達到更精準的藥物傳遞。此外,此系統也提供一種模擬人體肺部呼吸的方法,藉由結合與人體肺部近似的結構及人體呼吸模式,可有效模擬人體肺部,使其所獲得之與人體相關的對應資訊具有較高的可信度。最後此科技突破還提供了一種模擬物質在人體肺部沉積的系統及方法,藉此,可直接觀測物質於人體肺部吸收及分布情況,此系統具有多元的應用,包括可應於吸入性藥物的研究、空氣污染的研究、香菸濾嘴的研究以及病毒傳染研究等。
科學突破性 此創新之肺器官模型是目前驗證吸入型藥物方法中,唯一導入呼吸機制和支氣管結構的裝置。當具備有不同呼吸狀態的肺器官模型建立後,經由霧化器生成的氣溶膠可透過呼吸機制進入肺器官模型內,進而能模擬氣溶膠因衝擊或擴散逐漸地進入較不易抵達的深層肺部,並累積在肺的枝狀結構中甚至是肺泡當中。
產業應用性 人體肺部模擬系統因具有模擬肺部的體外試驗裝置的特性,可應於治療肺部疾病的吸入性藥物(如:肺炎、肺癌)開發與研究、空氣懸浮粒及空氣污染物質監控、電子菸開發、香菸濾嘴的選擇以及病毒傳染防治等產業應用。
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