透析膜表面荷电性能的研究进展_邵嘉慧

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荷电膜表面电性能对截留性能的影响

ｏｅａｉｇｐｅｓｒｎｔｅｓｐｒｔｎｐｒｒｎｅｏｍｂａｅ（ｕｈａｂｅｖｄｒｊｃｉｓｒｌｎｅｔａｅ．ｐｒｔｒｓｕｅｏｈｅａａｉｅｆｍａｃｆｍｅｒｎｓｓｃｓｏｓｒｅｅｅｔｎ）ａｅａｏｉｖｓｉｔｎｏｏｏｓｇｄ
ｐｏｅｔｓｒｐｒｉ．Ｂｕｈｍｐｃｆｔｅｓｒａｅｅｅｔｉａｒｐｒｉｓｉｎｔｓｒｎｎｈｇｏｃｎｒｔｎｓｌｔｎｅｔｔｅｉａｔｏｈｕｆｃｌｃｒｃｌｐｏｅｔｅｓｏｔｏｇｉｉｈｃｎｅｔａｉｏｕｉ．ｏｏ
力下的这种电位差被称为流动电位（Ｅ）８： △ Ｌ］
△Ｅ一一（）１
式中：Ｐ为使测试溶液流过待测膜表面的压差；为电压渗 △ 系数，由可
负电性。
ｐｔｎｉｌＡＥ）ａｄＺｔｏｅｔａ（）ａｅｉｖｓｉａｅ，ｖａｔｓｉｇｔｅＡＥｆｃａｇｄｍｅｂａｅｉａｉｕｎｒａｉｏｅｔ（Ｘａｎｅａｐｔｎｉｌｒｎｅｔｔｄｉｅｔｈｇｎｏｈｒｅｍｒｎｎｖｒｓｉｏｇｎｃｏ
摘要研究了流动电位和Ｚｔｅａ电位与无机盐溶液的浓度及测试压力的关系，及随操作压力、机盐溶液种以无
类和浓度等因素的变化荷电膜对无机盐溶液截留性能的影响。结果表明，电膜由于离子吸附而带有负电荷，荷在低

超滤膜的荷电特性及对蛋白质分离行为影响的研究

11schematicrepresentationiondistributionnearpositivelychargedsurface膜与水溶液接触后由于自身所具有的固定荷电基团的静电吸附或膜表面范德华力对溶液中某些反离子的不等量吸附作用使被吸附的离子紧贴在固体表面形成一个固定的吸附层叫stern层同时从stern层到液体内部又形成了扩散层带电膜的表面与电解质溶液相对移动时在stern层和扩散层之间形成一个剪切面剪切面与溶液体相的电位差即zeta电位
关键词：超滤，静电相互作用，荷电改性，透过系数，透过率，蛋白质，小分子

ii
上海交通大学硕士学位论文
摘要
ULTRAFILTRATION MEMBRANE CHARGE PROPERTY AND ITS EFFECTS ON PROTEIN SEPARATION ABSTRACT
It has been shown that the cost of downstream separation and high extra-value protein purification process can achieve up to 90 percentage of total cost in the production of biotechnology products. Although ultrafiltration has been widely used in downstream process, since traditional ultrafiltration was viewed as a purely size-based separation, the lower selectivity and the conflict between selectivity and hydraulic permeability limit the applications of ultrafiltration in protein separation. It has been shown that the electrostatic interaction has direct effect on the retention of protein and the operation behavior of the whole membrane system. Membrane charge modification can be an effective way to enhance ultrafiltration membrane selectivity with relatively high permeability at the same time and separate molecules of similar molecular weights. Therefore, research on ultrafiltration membranes charge, and its effect on the membrane properties and protein separation behavior are significant useful to effectively improve the yield of high value protein, reduce cost and develop biologic technology. Negative and positive charge-modified regenerated cellulose (RC) membranes with different surface charge densities can be obtained through chemical reaction. The membrane charge was characterized by zeta potential which was evaluated from streaming potential measurement. The application of charged ultrafiltration membranes were conducted in the following two aspects: First, effect of charged ultrafiltration membrane on protein separation and purification was studied. Effect of surface charge on solvent flow and sieving coefficient of bovine serum albumin (BSA) was evaluated quantitatively. The separation of lysozyme and bovine serum albumin (BSA) on positively, negatively charged regenerated cellulose membranes (RC membranes) and Biomax® polyethersulfone membrane were also studied. Second, effect of ultrafiltration using charged membranes on small charged molecules was studied. Ultrafiltration experiments were performed to evaluate the transmission of three model impurities of Cibacron Blue, Rose Bengal and Vitamin B12 (MW~1kD) with different electrical charges through ultrafiltration membranes

透析器膜材料的研究进展 PPT

Pitone J et al, ISBP, 2003
保存残余肾功能
Renal Function and Dialysis Membranes
8
Intrinsic urea clearance (Kr) ml/min
6
4
PSu F80 CA 110
2
0
Begin
4-9
10-15
16-21
22-24
Therapy month
铜氨膜
聚丙烯晴 (PAN)—AN69（金宝）
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)—东丽聚醚砜 (PES) —贝尔克、尼普洛等
改良纤维素膜
血仿膜—海蒂妮娜双醋酸及三醋酸膜— 尼普洛、百特
膜材料的特性
再生纤维素原材料特性亲水性对称性超滤率补体激活纤维素改良纤维素合成膜纤维素的衍生物高分子聚合物
1.利用几种高分子材料物理共混
聚醚砜膜+聚乙烯基类的聚合物或共聚物
/纤维素及其酯类磷脂聚合物+醋酸纤维素聚砜膜+乙烯乙二醇具有较好的亲水性和渗透性表现出较好的蛋白吸附能力
2.利用化学反应
通过化学反应在基膜材料中引入其它基团. 激活基膜材料通常采用氯甲基化、催化剂、臭氧处理等利用醇化、酯化等化学反应把目标基团引入到基膜材料的表面常引入的高分子材料包括PVP、PEG、人血白蛋白、壳聚糖、磷脂以及某些具有抗凝血作用的物质
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
淀粉样变性囊性骨病腕管综合症关节病
低通量，纤维膜低通量，合成膜高通量，合成膜
b2m MD=11,800D
Schiffl et al. Nephrol Dial Transplant 15:1399-1409, 2000

荷负电分离膜的研究进展

Key words: negative charged membranes; ultrafiltration; nanofiltration
荷负电膜即本体中或表面上存在磺酸或羧酸等荷负电基团的膜，其分离除物理筛分作用之外还受道南效应的影响［1-2］，因此，荷负电膜具有其他膜所不具备的优势和用途。当被分离体系中的正电荷物质通过荷负电膜时，无论其体积大小，都会因为异性相吸而被吸附到膜表面；当带负电荷的物质通过膜时，会因同性相斥而不易透过膜孔，所以，荷负电膜具有特殊的吸附分离特性。荷负电膜的分离行为受其自身荷负电性、被分离溶质的荷电性以及分离膜与分离体系的相互作用等影响［3］。通常，水体中的染料、细菌、胶体等带有负电荷，当荷负电膜应用于水处理时，由于同性相斥的电荷效应，荷负电膜不易被污染［4］。另外，由于膜中引入了荷负电基团，改变了亲水性，膜的水通量得到显著提高。近年来，荷负电膜对自然界水体中多数呈负电的胶体、细菌的截留越来越受到关注［5］，逐渐成为研究的焦点。本研究从荷负
超滤超滤
收稿日期：2018-07-12 作者简介：谢艳新（1983—），男，讲师，从事膜材料与技术研究。
11 期
谢艳新，等：荷负电分离膜的研究进展
7
序号膜材质 5 PP/PES 6 PSF
7
SnO2
8 黏土
续表 1 荷电试剂发烟硫酸/氯磺酸聚哌嗪

血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展

㊀第41卷㊀第7期2022年7月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.41㊀No.7Jul.2022收稿日期:2020-11-22㊀㊀修回日期:2021-02-21基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFC0404001);国家自然科学基金资助项目(21978217,21706189,21676201)第一作者:叶㊀卉,女,1984年生,副教授,硕士生导师通讯作者:张玉忠,男,1963年生,教授,博士生导师,Email:zhangyz2004cn@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202011030血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展叶㊀卉,侯笑洋,黄莉兰,安㊀珂,李㊀泓,张玉忠(天津工业大学材料科学与工程学院省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室,天津300387)摘㊀要:慢性肾脏疾病患者体内内源性㊁外源性毒素的积累会加重肾脏负担甚至导致尿毒症,这些致病毒素被称为尿毒症毒素㊂血液透析是一种常见的终末期肾病治疗手段,可以清除血液中游离的小分子尿毒症毒素,但对中分子毒素和蛋白质结合化合物毒素的清除能力有限㊂血液透析膜材料的血液不相容往往会对患者健康造成影响,严重的会造成患者的病变甚至死亡㊂因此,改善血液透析膜的血液相容性和尿毒症毒素的强化清除成为了该领域的研究热点㊂传统改性方法中,通过膜表面亲水改性和表面带负电可以改善其血液相容性,在扩散基础上引入对流或吸附机制可以强化尿毒症毒素的清除㊂除传统改性方法外,一些新型血液透析膜也被开发用于改善血液透析膜的血液相容性以及尿毒症毒素的强化清除,如蛋白质仿生膜㊁纳米通道定向传输膜㊁三维模板多层纤维膜㊁抗凝生物膜以及自抗凝膜㊂介绍了血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展,为血液透析膜改性工作提供参考㊂关键词:血液透析膜;血液相容性;尿毒症毒素;中分子毒素;蛋白质结合化合物毒素中图分类号:R318.08㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2022)07-0520-05引用格式:叶卉,侯笑洋,黄莉兰,等.血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展[J].中国材料进展,2022,41(7):520-524.YE H,HOU X Y,HUANG L L,et al .A State of Art of Hemodialysis Membranes in Hemocompatibility and Enhanced Removal of Toxins[J].Materials China,2022,41(7):520-524.A State of Art of Hemodialysis Membranes in Hemocompatibility and Enhanced Removal of ToxinsYE Hui,HOU Xiaoyang,HUANG Lilan,AN Ke,LI Hong,ZHANG Yuzhong(State Key Laboratory of Separation Membranes and Membrane Processes,School of Material Science andEngineering,Tiangong University,Tianjin 300387,China)Abstract :Accumulation of endogenous and exogenous toxins in patients with chronic kidney disease will increase the bur-den on the kidneys and even lead to uremia.These substances are called uremic toxins.Hemodialysis is a common treatment for end-stage renal disease.This treatment can remove free small molecule uremic toxins in the blood,but it is limited to re-move middle molecular toxins and protein-binding compound toxins.Moreover,the blood incompatibility of hemodialysis mem-brane materials often affects the health of patients,and even cause disease or even death.Therefore,improving the hemocom-patibility of hemodialysis membranes and strengthening their elimination performance have become hotspots in this field.In tra-ditional modification methods,the hemocompatibility of hemodialysis membranes can be improved by hydrophilic modification and negative charge on the membrane surface,and the removal of uremia toxin can be enhanced by adding convection or ad-sorption mechanism on the basis of diffusion.Moreover,several novel hemodialysis membranes have also been developed to im-prove the biocompatibility and enhance removal of uremic toxins,such as protein bionic membranes,nanochannel directional transport membranes,3D template multilayer fiber membranes,anticoagulant membranes and self-anticoagulation membranes.This article introduces the research progress of hemodialysis membranes in terms of hemocompatibility and enhanced removal of toxins,which provides references for the modifi-cation of hemodialysis membranes.Key words :hemodialysis membrane;hemocompatibili-ty;uremic toxins;middle molecular toxin;protein-binding compound toxin㊀第7期叶㊀卉等:血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展1㊀前㊀言慢性肾脏疾病(chronic kidney disease,CKD)患者随着肾功能的下降,体内内源性和外源性毒素无法正常排出而在血液中积累,这些积累的毒素会影响各个组织或器官的功能,从而导致尿毒症综合症[1,2]㊂血液透析(hemodialysis,HD)是一种体外血液净化技术,是以半透膜分隔血液和透析液,以膜两侧毒素物质浓度差作为驱动力,通过扩散作用使小分子毒素(如尿素㊁肌酐等)进入透析液中,从而实现血液中毒素清除和多余水分过滤,其原理示意图如图1所示㊂血液透析膜是血液透析器的核心组件,在商用血液透析器中,由于纤维素膜血液相容性较低,已经被聚合物材料所取代,如聚砜(polysul-fone,PSF)㊁聚醚砜(polyethersulfone,PES)㊁聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)㊁乙烯乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol,EVOH)和聚丙烯腈(polyacrylo-nitrile,PAN)[3-5]㊂目前,血液透析膜材料使用的合成聚合物中有93%来自聚砜家族,其中71%为PSF㊁22%为PES [6]㊂图1㊀血液透析原理示意图Fig.1㊀Schematic diagram of hemodialysis principle目前,血液透析膜材料主要存在两大问题:①血液透析膜与血液接触时发生一系列反应从而引起氧化应激,导致血液不相容;②透析膜对中分子毒素(如β2-微球蛋白)和蛋白质结合化合物毒素(如对甲酚㊁马尿酸等)的清除能力有限㊂现有的综述文章主要对血液透析膜生物相容性改性方法进行介绍,并未对其毒素强化清除改性工作进行介绍㊂本文主要综述血液透析膜在改善血液相容性及中分子㊁蛋白质结合化合物毒素强化清除方面的研究进展,并介绍了一些新型血液透析膜,为血液透析膜的改性工作提供参考㊂2㊀改善血液相容性血液相容性是血液透析膜的重要评价指标之一㊂当血液与外源性材料接触时,蛋白质在材料表面的粘附㊁凝血因子的激活会引起一系列不良反应,从而引起凝血㊁炎症和血栓等[7]㊂因此,提升血液透析膜表面的亲水性㊁使膜表面带适量的负电荷是改善血液透析膜血液相容性的关键㊂目前,血液透析膜表面改性的方法主要有接枝㊁共混㊁自由基聚合等,改性物质主要有肝素㊁维生素E㊁氧化石墨烯和聚丙烯酰吗啉(PACMO)等㊂2.1㊀肝素改性肝素作为抗凝剂,可以在血小板因子Ⅲ协同作用下作用于凝血酶,抑制纤维蛋白原向纤维蛋白转化,起到抗凝血作用㊂肝素自身带负电荷,通过静电排斥原理也可以抑制带负电的血小板在材料表面粘附㊁聚集㊂Gao 等[8]利用聚多巴胺将肝素固定在聚乳酸(polylactic acid,PLA)膜上,制备了肝素固定化的PLA 血液透析平板膜㊂结果表明,肝素固定化的PLA 膜可以抑制血小板粘附,延长血浆复钙时间,降低溶血率㊂Santous 等[9]用聚乙烯亚胺作为连接剂,将肝素固定在聚醚酰亚胺(polyetherim-ide,PEI)表面,制备了肝素固定化的PEI 血液透析膜㊂肝素固定化的PEI 膜表面更亲水,带有更多的负电荷,可以减少蛋白质吸附和血小板粘附㊂此外,膜表面的肝素延迟了活化部分凝血活酶的时间,有较好的抗血栓特性㊂2.2㊀维生素E 改性维生素E 是广泛使用的抗氧化剂,临床实验表明维生素E 可以有效降低炎症反应[10]和氧化应激[11]㊂由于材料的疏水性会引起蛋白质的粘附,进一步导致凝血级联和补体激活,Teotia 等[12]将维生素E 聚乙二醇琥珀酸酯(一种水溶性的维生素E 衍生物)接枝在PSF 膜表面提高膜的亲水性㊂与纯PSF 膜相比,维生素E 改性的PSF膜表面结构呈网状多孔结构,孔隙率和亲水性均有所提高,可以延长凝血时间,降低补体激活㊂Verma 等[13]以纳米沸石作为填充物㊁维生素E 聚乙二醇琥珀酸酯作为添加剂制备了PES 维生素E 聚乙二醇琥珀酸酯-沸石中空纤维膜,由于维生素E 聚乙二醇琥珀酸酯的加入可以降低溶血率㊁减少血小板粘附和活化㊁延长凝血时间,从而降低血液透析过程中产生的副作用㊂2.3㊀氧化石墨烯改性氧化石墨烯表面富含丰富的羧基㊁羟基和环氧基团,可以为膜表面提供负电荷,提高膜的亲水性,增强血液透析膜的血液相容性㊂Fahmi 等[14]将氧化石墨烯与PES 共混,通过沉浸相转化法制备了氧化石墨烯/PES 混合基质膜,提高了PES 膜表面的亲水性㊂Ma 等[15]将多巴胺接枝在羧基化氧化石墨烯(GOCOOH)上,制备了多巴胺改性的羧基化氧化石墨烯(DA-g -GOCOOH)纳米片,然后将纳米片沉积在PLA 膜表面,得到PLA /(DA-g -GO-COOH)复合血液透析膜㊂DA-g -GOCOOH 纳米片带有大量亲水基团,如 COOH ㊁ OH㊁ NH 2,可以提高膜表面的亲水性㊂另外,羧基化氧化石墨烯上的 COOH 在溶125中国材料进展第41卷液中易发生电离,使得复合膜表面带有更多的负电荷,抑制了带负电的血小板在膜表面的吸附㊂膜表面亲水性和电负性的共同作用,提高了PLA/(DA-g-GOCOOH)膜的血液相容性㊂2.4㊀聚丙烯酰吗啉改性血液透析膜表面亲水性的提高可以降低蛋白质在膜表面的吸附,获得良好的抗血栓性能㊂An等[16]将亲水性的PACMO作为侧链接枝在聚偏氟乙烯(PVDF)主链上,制备了聚偏氟乙烯聚合物(PVDF-g-PACMO),然后将PVDF-g-PACMO与PVDF共混,制备了PVDF/ (PVDF-g-PACMO)中空纤维膜㊂利用偏析效应使亲水性的PVDF-g-PACMO聚集在中空纤维膜的表面,提高膜表面的亲水性,使蛋白质吸附减少,凝血时间延长,改善了血液相容性㊂3㊀尿毒症毒素强化清除欧洲尿毒症毒素工作组(EUTox)曾对尿毒症毒素进行研究[17],并将其分为3类:①游离水溶性小分子化合物,②中分子物质,③蛋白质结合化合物㊂血液透析膜可以清除游离的小分子化合物,对中分子物质和蛋白质结合化合物的清除有限,所以很长一段时间人们都在寻求一种新的机制来清除这些难以清除的化合物㊂通过构建超薄功能层降低传质阻力㊁调控膜表面孔径可使中分子物质透过,或在膜中引入吸附剂以强化蛋白质结合化合物毒素的清除,本节主要介绍对流㊁吸附机制在尿毒症毒素强化清除中起到的作用㊂3.1㊀中分子毒素强化清除通过构建超薄的功能层,结合孔隙弯曲度更低的纳米纤维层可以降低毒素传质阻力,提高中分子毒素的清除率㊂薄膜纳米纤维复合膜(thin-film nanofibrous compos-ite membrane,TFNC)是由超薄功能层和纳米纤维微滤支撑层组成的复合膜㊂Yu等[18]利用静电纺丝制备了具有PAN纳米纤维支撑层和化学交联聚乙烯醇(polyvinyl alco-hol,PVA)超薄分离层的薄膜纳米纤维复合膜(PVA/PAN TFNC)㊂超薄的PVA亲水层和开孔结构的PAN纳米纤维支撑层有更小的传质阻力,超薄的选择层使得PVA/PAN TFNC对水㊁小分子尿素和中分子毒素的透过率更高㊂实验表明,PVA/PAN TFNC可以清除82.6%的尿素(一种典型的小分子毒素)㊁45.8%的溶菌酶(一种典型的中分子模拟物),保留98.8%的牛血清白蛋白㊂Zhu等[19]在PAN纳米纤维膜表面涂覆了一层磺化聚乙烯醇/聚乙烯醇(s-PVA/PVA)的混合水凝胶隔层制备了一种s-PVA/ PVA TFNC㊂通过控制s-PVA/PVA混合比例可调节膜表面凝胶层的网格大小,使得更多的中分子毒素得到清除㊂在4h透析实验中,84.2%的尿素和60.9%的溶菌酶被清除,95.0%以上的牛血清白蛋白得到保留㊂无机纳米材料填充在高分子基质膜中可以提高膜的渗透性和选择性㊂Said等[20]将无机纳米粒子氧化铁(Fe2O3)掺入PSF中制备了中空纤维式的Fe2O3/PSF混合基质膜㊂由于Fe2O3的掺入使PSF膜表面的孔径增大,提高了PSF 膜对水的渗透性,纯水通量达到110.47L㊃m-2㊃h-1㊂膜表面孔径的提高使分子尺寸较大的中分子毒素可以通过透析膜,提高血液透析膜对中分子毒素的清除能力㊂实验结果表明,该膜对尿素的清除率为82%㊁对溶菌酶的清除率达到46.7%,牛血清白蛋白保留率为99.9%㊂3.2㊀蛋白质结合化合物毒素强化清除用于血液净化的吸附剂材料众多,利用纳米孔结构的吸附材料可以将蛋白质结合化合物毒素从血浆中吸附分离出来㊂因此,将吸附剂与透析膜的优势相结合,制备具有吸附功能的血液透析膜,可以提高其对蛋白质结合化合物毒素的清除[21],这种膜通常被称为混合基质膜(mixed matrix membranes,MMMs)㊂Tijink等[22]将活性炭吸附剂与PES共混制备了双层MMMs㊂在吸附剂/PES共混层利用吸附+对流的方式可以清除蛋白质结合化合物毒素,而无吸附剂层又可防止吸附剂颗粒泄露㊂与PES膜相比,加入活性炭吸附剂的血液透析膜对肌酸酐和马尿酸(2种蛋白质结合化合物毒素)有更高的清除率㊂随后,他们又将活性炭与PES共混制备了中空纤维MMMs,该膜在4h静态吸附条件下,从人血浆中吸附了57.0%的对甲氧基硫酸盐㊁82.0%的吲哚氧基硫酸盐和94.0%的马尿酸(3种蛋白质结合化合物毒素)[23]㊂4㊀新型血液透析膜除传统改性方法外,蛋白质仿生膜㊁纳米通道定向传输膜㊁三维模板多层纤维膜㊁抗凝生物大分子层层自组装膜和自抗凝膜等也被应用于开发新型血液透析膜㊂新型血液透析膜致力于通过构建独特的膜结构来改善血液透析膜的生物相容性并强化尿毒症毒素的清除㊂本节主要介绍这些新材料㊁新技术㊁新方法在血液透析膜中的应用㊂4.1㊀蛋白质仿生膜生物膜能够使生命系统正常工作,为细胞的生命活动创造稳定的内环境,蛋白质仿生膜的灵感就来源于自然界中的生物膜㊂Yang等[24]制备的蛋白质自支撑膜具有非常好的中分子毒素清除能力㊂这种蛋白质自组装薄膜是由α-螺旋结构的溶菌酶在还原剂作用下快速伸展㊁聚合形成β-层状堆叠低聚物,随后在水/空气界面上团聚,形成的自支撑蛋白质薄膜㊂该膜的厚度在30~250nm范围225㊀第7期叶㊀卉等:血液透析膜在血液相容性和毒素强化清除方面的研究进展内可控,平均孔径可根据蛋白质浓度在1.8~3.2nm范围内调控㊂溶菌酶颗粒间形成大小可控的纳米级通道,可以保留粒径大于3nm的分子和粒子,允许小分子的快速迁移和中分子毒素的清除㊂模拟透析实验表明,所制备的蛋白质膜可以清除(81.3ʃ2.3)%的肌酸酐,(50.3ʃ3.7)%的溶菌酶,牛血清白蛋白保留率为99.7%㊂4.2㊀纳米通道定向传输膜纳米通道的概念提供了一种调控物质转运的新策略,近年来引起了学者的广泛关注㊂这一概念的灵感来自于自然界中的水通道蛋白,纳米材料的发展使这一灵感能够应用于各个领域,包括过滤㊁能源利用和生物医学等㊂Xu等[25]将肝素固定在多层碳纳米管(Hep-g-pMWCNTs)上,将其填充在化学交联的PVA上,然后将混有Hep-g-pMWCNTs的PVA涂覆在PAN纤维上,制备了Hep-g-pMWCNTs/PVA/PAN TFNC㊂Hep-g-pMWCNTs与PVA在界面处形成的间隙为毒素的运输提供了定向纳米通道,缩短了传质路径的长度,开孔结构的PAN纤维层有更小的传质阻力,二者共同作用加快了小分子毒素和中分子毒素的传输㊂在4h模拟透析中,88.2%的尿素和58.6%的溶菌酶得到清除,98.4%的牛血清白蛋白得到保留㊂4.3㊀三维模板多层纤维膜对于肾病患者,家庭护理血液透析仪是必要的,而便携式设备需要高比表面积㊁高效率的血液透析膜㊂3D打印技术可以制作三维图形,通过3D打印技术制备的具有三维压纹的血液透析膜有更大的表面积,可用于便携式和可穿戴血液透析仪㊂Koh等[26]利用3D打印技术开发了具有菱形孔的三维立体结构的聚对苯二甲酸二乙酯(polyethylene terephathalate,PET)支撑模板,然后分别将聚酰胺(PA6)㊁聚酰胺和Y型沸石混合物㊁聚甲基丙烯酸甲酯-接枝-聚二甲基硅氧烷(PMMA-g-PDNA)纳米纤维丝缠绕在三维PET模板上制成印花结构的纳米纤维层,将这3种纳米纤维层复合在一起制备了具有3层结构的印花纳米纤维复合血液透析膜㊂底层PA6纳米纤维层增强了纳米纤维复合膜的机械性能和渗透性;中间层具有纳米孔结构的沸石的填充提高了纳米纤维复合膜对肌酸酐的吸附;海藻酸钠(sodium alginate,SA)与聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)改性的PMMA-g-PDMA纳米纤维层由于发生酯化反应,使膜表面呈现电负性,使其与带负电的血细胞㊁血小板产生静电互斥,减少血细胞㊁血小板在膜表面的粘附,改善了血液相容性㊂3D打印印花结构纳米纤维层最大的优势是具有凹凸的三维立体结构,使其具有更高的比表面积,约为平面膜的2.5倍㊂这种具有高比表面积㊁高效能的血液透析膜可适用于便携式和可穿戴血液透析仪㊂4.4㊀抗凝生物大分子层层自组装膜新型㊁低成本㊁高效的抗血栓形成生物大分子的合成及其在生物界面修饰中的应用已成为接触血液生物材料研究的热点㊂层层自组装是一种简便实现膜表面功能化的修饰方法㊂Deng等[27]利用原子转移自由基聚合法以环糊精为核心分别制备了星状超支化水溶性阳离子聚合物和和阴离子聚合物㊂通过静电作用将阴离子聚合物和阳离子聚合物交替沉积在聚乙烯亚胺(polyethylenimine, PEI)膜表面形成三维多孔状3层功能层,这种功能层是以星状超分子中心核延伸出来的线性壁连接而成,立体结构大大增加了生物活性基团或功能化基团的密度,使得环糊精改性的超分子基团可以更大地发挥抗凝血功能㊂与纯PEI膜相比,改性膜静态水接触角更低㊁亲水性更高,减少了蛋白质吸附,抑制血小板粘附,延长凝血时间,且星形超分子层沉积的三维多孔多层膜对内皮细胞的粘附和生长具有积极作用㊂4.5㊀自抗凝膜由于注射肝素代谢困难,长期使用会造成血小板减少等不良反应,人工合成的仿肝素化合物促进了自抗凝血液透析膜的发展㊂Nie等[28]利用苯乙烯磺酸钠和聚乙二醇甲基丙烯酸酯制备了仿肝素的功能聚合物,然后通过自由基聚合将这种仿肝素聚合物接枝在碳纳米管上,最后通过液-液相转化法制备了仿肝素的高分子刷接枝碳纳米管/PES复合膜㊂血液相容性评价实验表明,与纯PES膜相比,所制备的复合膜减少了蛋白吸附,延长了凝血时间,血小板粘附率更低㊂Liu等[29]还利用SA与丙烯酸(acrylic acid,AA)制备了水凝胶网络皮层用于修饰PSF血液透析膜表面㊂SA和AA的抗凝机理是通过二者交联生成一种具有丰富羧酸基团的聚合物(P(SA-AA)),羧酸基团与血液中的Ca2+发生螯合反应,从而抑制血小板粘附和蛋白激活,通过内在和外在的级联有效地抑制了凝血㊂与纯PSF膜相比,改性膜溶血率更低,凝血时间(活化部分凝血活酶时间APTT和凝血酶时间TT)长,降低了补体活化(C3a和C5a)㊂Liu等[30]采用自由基聚合的方法合成了一种两性的带长烷基疏水侧链的聚(甲基丙烯酸月桂酯-对苯乙烯磺酸钠-丙烯酸)的仿肝素聚合物,并通过疏水-疏水相互作用将这种两性仿肝素聚合物固定在PLA的表面㊂合成的两性聚合物代替肝素的作用,抑制血小板粘附,降低补体激活(C3a和C5a),延长凝血时间,降低溶血率㊂APTT和TT的延长(APTT>600s, TT>140s)表明其具有良好的自抗凝特性㊂5㊀结㊀语血液透析是终末期肾病的有效治疗手段,血液透析325中国材料进展第41卷膜是血液透析器的核心组件㊂高分子聚合物膜是目前广泛使用的血液透析膜材料,高分子血液透析膜材料的改性也成为了该领域的研究热点㊂传统改性方法中,通过在膜表面固定亲水性基团或带负电荷的基团可以提高膜表面亲水性,改善膜血液相容性;通过构建超薄功能层或调节孔径使传质阻力降低㊁引入吸附功能粒子可实现毒素的强化清除㊂针对新型透析膜,开发蛋白质自支撑膜为仿生材料设计提供了新思路,纳米通道定向传输更有利于毒素的强化清除,三维模板多层纤维膜的高比表面积则更适用于可穿戴式血液透析仪,人工合成生物大分子有望取代传统抗凝物在材料改性方面的应用㊂未来,无论传统高分子血液透析膜的改性还是新型血液透析膜的开发都将围绕血液相容性的改善和毒素的强化清除进行,以实现血液透析治疗过程的优化㊂参考文献㊀References[1]㊀VANHOLDER R,PLETINCK A,SCHEPERS E,et al.Toxins[J],2018,10(1):33.[2]㊀BIKBOV B,PURCELL C,LEVEY A,et al.The Lancet[J],2020,395(10225):709-733.[3]㊀王丹丹,杨宁,贾雪梦,等.膜科学与技术[J],2018,38(2):22-28.WANG D D,YANG N,JIA X M,et al.Membrane Science and Technology[J],2018,38(2):22-28.[4]㊀IRFAN M,IDRIS A.Materials Science and Engineering C[J],2015,56:574-592.[5]㊀MICHAELA K,GOMES A,ALBERTO A,et al.Journal of Artifi-cial Organs[J],2019,22(1):14-28.[6]㊀MOLLAHOSSEINI A,ABDELRASOUL A,SHOKER A.MaterialsChemistry and Physics[J],2020,248:122911.[7]㊀王志刚.血液净化学[M].北京:北京科学技术出版社,2016.WANG Z G.Blood 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荷电膜的研究进展

荷电膜的研究进展
李红宾;王薇;杜启云
【期刊名称】《高分子通报》
【年(卷),期】2009()8
【摘要】荷电膜以其特殊的分离机理,使之与电中性膜相比在分离性能、通量及膜的使用寿命等方面具有不可比拟的优势。

大多数的荷电膜是经过一系列物理化学改性制得的,荷电膜材料的研究为新型膜材料的开发拓宽了领域,随着对膜性能要求的日益提高,荷电膜的研究具有重要的意义。

本文首先介绍了荷电膜所用到的材料及其用途,并对所用到的材料进行分类,然后重点论述了荷电膜的制备及其表征方法(膜电位的测试方法),最后指出荷电膜需要进一步深入研究的内容。

【总页数】6页(P32-37)
【关键词】荷电膜;改性;陶瓷膜;膜电位;镶嵌膜
【作者】李红宾;王薇;杜启云
【作者单位】天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O636.1;TQ028.8
【相关文献】
1.荷电陶瓷膜的制备技术及其应用研究进展∗ [J], 张莉莉;程秀婷;朱孟府;邓宇;邓橙
2.荷电正渗透膜的研究进展 [J], 熊鹰;曾香;崔佳鑫;毛旭辉
3.基于电荷模型的荷电膜传递现象的研究进展 [J], 尚伟娟;王晓琳;于养信
4.透析膜表面荷电性能的研究进展 [J], 邵嘉慧
5.荷电高分子分离膜研究进展 [J], 王春龙;吴礼光;高从堦
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膜上荷电量对超滤膜的渗透性和牛血清蛋白透过率影响的研究_邵嘉慧

图 4 反电渗透对荷电改性 RC 膜水透过系数的影响 Fig .4 Effect o f co unter-electro osmosis on the hydraulic pe rmeability of charg e-modified regenerated cellulose membr anes
超滤实验采用 Am icon 公司的 8010 型死端过滤器 ;UV-2100 型紫外分光光度计 , Unico 公司 ; S H23-2 型磁力搅拌器 , 上海梅颖浦仪器有限公司 . BT 100 型蠕动泵 , 兰格恒流泵有限公司 .流动电位测量装置为自制 .F187 型高阻抗电压表 , F luke 公司. 1 .2 实验方法
超滤实验在 Amicon 8010 型死端过滤器中进行 , 流程如图 1 所示 .死端过滤器中充满浓度为 1 g/ L 的 BSA 溶液 , 贮液罐中也装有一定量同样浓度的 BSA 溶液 .超滤实验中使用蠕动泵控制通量为 25 L/(m2 · h)(LM H)且死端过滤器的搅拌速度为 600 r/ mi n .实验所用膜为截留分子量 100 kD 的再生纤维素膜(RC 膜)及其改性膜 , 其中荷负电的改性 RC 膜是通过化学反应将磺酸基团接枝到商业用 RC 膜上 , 在实验室自制而得的 .制备方法如下 :首先 , 用去离子水冲洗膜以除去存储膜的残留的化学试剂 ;然后将该膜置于 0 .1 mo l/ L 的 NaO H 溶液中浸泡 1 h 以上 , 之后加入以 0 .1 mo l/ L 的 NaOH 溶液作为溶剂配制的 2 mol/ L 三溴丙烷磺酸钠溶液 , 分别浸泡 12 , 24 和 48 h , 从而获得不同荷电量的改性 RC 膜 .

膜上荷电量对超滤膜的渗透性和牛血清蛋白透过率影响的研究

影响．究结果将进一步提供膜的荷电量对膜的渗研透性和蛋白质传递影响的定量数据，明荷电膜超阐
外界压力驱动作用下，这些积聚的补偿离子会产生通过膜孑的净流动．Ｌ于是，在膜的下游会积累过量的
补偿离子并产生电势，这就是通常所指的流动电位．流动电位产生相对于压力流动方向相反的补偿离子
压力是由氮气钢瓶提供，量Ｌ的压力范围为ｌ～测Ｏ
１０ｋａ５Ｐ．
ｋ直径２ｍ）Ｍｉｉｏｅ公司；化钾等试剂以Ｄ，５ｒ，ｌｐｒａｌ氯及０２ｍ孔径混合纤维素微孔滤膜，．２肚国药集团化
第３卷０
第４期
，
膜
科
学
与
技
术
ＶｏＩＯＮｏ４ｌ３．
Ａｕ．２１ｇ００
２１００年８月
ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＥＮＣＥＣＩＡＮＤＣＨＮＯＬＯＧＹＴＥ
膜上荷电量对超滤膜的渗透性和牛血清蛋白透过率影响的研究
荷电超滤膜具有更好的渗透性和分离选择性相结合的优势．
关键词：电膜；滤；透性；透过率；电相互作用；电渗透荷超渗静反
中图分类号：ＴＱ０８８２．文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ９４２１）４０３— ５０７８２（０００ —０８０
传统的超滤过程通常是基于物理筛分机理来实

新型血液透析膜摆脱石油基材料依赖

5中国产业用纺织品行业协会市场与行情技术纺织品新型血液透析膜摆脱石油基材料依赖近日，中科院宁波材料技术与工程研究所高分子事业部功能膜团队，首次研发出生物基聚合物中空纤维血液透析膜。

该膜材料具有良好的血液透析性能、生物相容性及可控降解性能，有望用于血液透析领域，替代目前传统的石油基聚合物透析膜材料。

血液透析是维持末期肾脏病患者生命的重要手段，而透析膜是血液透析器的核心部分。

由于对血液净化用材料的要求非常苛刻，实际获得广泛临床应用的膜材料非常少，主要有醋酸纤维素膜和聚砜膜两大类。

聚乳酸来源于玉米秸秆、稻草等，减少对石油基材料的依赖，且材料成本只有聚砜的5左右。

聚乳酸膜的成型、制备技术亦可利用现有纺丝设备进行改进。

与现有的聚砜基血液透析膜材料相比，聚乳酸具有更好的生物相容性。

宁波材料所副研究员刘富介绍：“现在用的聚砜膜，应用过程中可能出现凝血现象，因此需要后续的生物相容性改性；而聚乳酸天然的生物相容性使其和人体血管表面性质更加相近，应用过程不会发生凝血现象。

”可控降解性能是聚乳酸的另一个突出优点，这有利于一次性透析器用品的用后处理，可减少环境污染。

该生物基聚合物中空纤维透析膜的制备方法已经申请了国家发明专利，有望用于新一代的血液透析器。

电渗透膜在海水淡化中的应用及性能研究

电渗透膜在海水淡化中的应用及性能研究海水淡化是解决全球淡水资源短缺问题的重要途径之一。

在海水淡化技术中，电渗透膜（Electro osmosis membrane，简称EO膜）因其独特的性能和应用优势，被广泛应用于海水淡化工程中，为人类提供了可持续利用海水资源的重要手段。

一、电渗透膜的原理及结构电渗透膜是一种聚合物膜，由离子交换膜和超滤膜组成。

其工作原理是利用电渗透效应，即利用外加电场下物质的迁移行为，在膜表面形成电场，从而驱使溶液中的水分子通过膜，而阻挡盐分和杂质等离子体的通过。

电渗透膜具有独特的结构，膜中运用了离子交换功能区和超滤功能区，以实现高效的脱盐和除杂效果。

二、电渗透膜在海水淡化中的应用1. 盐湖等海水资源的开发利用盐湖等富含海水的地下资源，可以通过电渗透膜技术进行淡化。

该技术可以将富含盐分的海水转化为可供人类使用的淡水资源，解决当地淡水资源短缺的问题。

同时，电渗透膜技术在盐湖开采中也可用于回收并利用含盐湖水中的有价值物质，实现资源的高效利用。

2. 海水淡化厂的建设电渗透膜技术被广泛应用于海水淡化厂。

在海水淡化厂中，电渗透膜作为主要的脱盐设备，可以大规模产生高纯度的淡水。

与传统的蒸馏方法相比，电渗透膜技术具有能耗低、脱盐效果好、运行成本低等优势，成为海水淡化厂中最重要的技术之一。

3. 海水冶金工程海水冶金工程是将海水作为原料进行冶金过程的一种工艺。

电渗透膜技术可在海水冶金工程中起到重要作用。

其通过脱盐处理，使得从海水中提取的矿物质达到更高的纯度要求，保证冶金过程的成功进行。

三、电渗透膜的性能研究1. 脱盐效率电渗透膜的脱盐效率是衡量其性能优劣的重要指标之一。

高脱盐效率意味着能够更好地将盐分从海水中去除，提供高纯度的淡水。

膜材料的选择、膜面积的设计、膜的通量等因素都会影响脱盐效率。

2. 膜通量膜通量是指单位时间内通过电渗透膜的水分量。

增加膜通量可以提高海水淡化的处理效率，降低能耗和成本。

多频生物电阻抗技术在腹膜透析患者透析充分性评估中的价值

其中男１９例，２例，均年龄（９４１．）；重肥胖组女１平４．± ３６岁超
多频生物电阻抗分析法（Ｉ评价腹膜透析患者的人体组ＭＢＡ）
成，与腹膜透析充分性（素清除率）比较，并尿相以探讨多频生物电阻抗技术在腹膜透析患者透析充分性评估中的价值。１资料与方法
ｃｌｌｒｗｔｒＥＷ）细胞内液（ｔｃｌｌｒｗｔｒＩＷ）脂ｅｌａａｅ，Ｃｕ、ｉｒｅｌａａｅ，ｎａｕＣ、肪组织（ａｍａｓＦ、脂肪组织（ａ—ｒｅｍａｓＦＭ）ｆｔｓ，Ｍ）非ｆｔｆｓ，Ｆ。ｅ
ｏＤｗｒｉｉｅｔｔｒｅｒｕｓｃｏｄｎｏｙｍｓｄｘ（ＭＩ１ｎｅｗｉｈｒｕ，０ｉｏｍｌｅｈｏｐｎｅｅｖｄｉｏｈｅｏｐｃｒｉｇｏｄａｓｎｅＢ）ｉｕｄｒｅｇｔｏｐ４ｎｒａｉｔｒｕ，Ｐｄｄｎｇａｔｂｉ：９ｎｇｎｗｇｇ
２２４第０第２０年月５１１卷期
・临床研究・
多频生物电阻抗技术在腹膜透析患者透析充分性
评估中的价值
沈芳媛包蓓艳・
宁波市鄞州第二医院肾内科，江宁波浙
３５Ｏ１ｌ０
［要】目的应用多频生物电阻抗分析法（Ｉ评价腹膜透析患者的人体组成，与腹膜透析充分性（ｔ相比摘ＭＢＡ）并Ｋ／Ｖ）较。方法选择腹膜透析患者７６例，体质指数标准分为消瘦组、常组、按正超重肥胖组。采用人体成分分析仪测量体重（ＷＴ）体质指数（ＭＩ、、Ｂ）总体水（Ｂ）细胞外液（ＣＴＷ、ＥＷ）细胞内液（Ｃ、ＩＷ）脂肪组织（Ｍ）非脂肪组织（Ｆ，、Ｆ、ＦＭ）同时计算尿素清除率（ｔ。结果从消瘦组、常组到超重肥胖组，Ｋ／Ｖ）正人体组成各指标逐级递增，组问比较差异均各

以荷电化碳纳米管构筑正渗透膜用于海水淡化的分子动力学模拟

以荷电化碳纳米管构筑正渗透膜用于海水淡化的分子动力学模拟李海兰;贾玉香;胡仰栋【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2012(028)003【摘要】受传统膜科学中分离膜的荷电化可提升膜盐水分离效能的启发,在前期工作基础上尝试以荷电化碳纳米管CNT(8,8)为水通道仿生构筑正渗透膜,利用分子动力学模拟的方法研究水分子在膜中的传递行为.模拟中,以0.5 mol· L-1氯化钠溶液模拟海水,1 mol· L-1的氯化镁溶液为汲取液,考察不同电量电荷修饰对碳纳米管正渗透膜中水分子密度分布、扩散系数以及水通量的影响.结果显示,电荷修饰对碳纳米管中水分子的密度分布和扩散速率以及水通量影响较显著,当碳纳米管管口荷电量为-0.3e时,碳纳米管膜可获得最大水通量.%Spurred by traditional membrane science in which a charged membrane can improve separation efficiency, a forward osmosis membrane containing charged "armchair-type" (8, 8) carbon nanotubes (CNTs) was developed and the transport phenomena of water molecules in this membrane were investigated. In the simulation, 0.5 mol·L-1 NaCI was chosen to mimic seawater, and 1 mol·L-1 MgCI2 was chosen as the draw solution. The effects of electric charge on the density distribution, diffusion of water molecules, and the water flux of the membrane were investigated in detail. Modifying the CNT membrane by charge significantly changes the density distribution, diffusion, and fluxof water molecules. The membrane containing CNTs modified by -0.3e can achieve the highest water flux of those developed.【总页数】5页(P573-577)【作者】李海兰;贾玉香;胡仰栋【作者单位】中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100;中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100;中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】O642【相关文献】1.荷电正渗透膜的研究进展 [J], 熊鹰;曾香;崔佳鑫;毛旭辉2.正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜 [J], 谭明;王文广;张晓东;赵洪武;张杨;杨兴涛3.聚酰胺复合正渗透膜扩散过程分子动力学模拟 [J], 聂雨奇;谢朝新;王毅;姚之侃;黄政宇;郭豪;肖舒宁4.我国在便携式海水淡化正渗透膜材料与应用研究方面取得进展 [J], 中国科学院5.高通量正渗透膜用于海水淡化 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

腹膜透析治疗急性肾损伤的研究进展

腹膜透析治疗急性肾损伤的研究进展
金海姣;倪兆慧
【期刊名称】《中国血液净化》
【年(卷),期】2018(017)012
【摘要】腹膜透析(peritoneal dialysis,PD)是急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)进行肾脏替代治疗的适当方法.软性PD导管是PD治疗AKI时建立透析通路的金标准.目前尚无公认的最优PD治疗AKI时的植管方法.对于稳定的AKI 患者,PD治疗时每周Kt/V目标值最低标准可设为2.1.对于危重患者,PD治疗时每周Kt/V目标值可设为3.5.在采用高容量腹膜透析(high volume peritoneal dialysis,HVPD)治疗AKI时,自动化腹膜透析(automated peritoneal dialysis,APD)更能节省人力,较手工PD具有明显优势.然而,PD治疗AKI存在一定局限性,仍需高质量临床研究进行进一步证实.
【总页数】3页(P798-800)
【作者】金海姣;倪兆慧
【作者单位】200127上海,上海交通大学医学院附属仁济医院肾脏科;200127上海,上海交通大学医学院附属仁济医院肾脏科
【正文语种】中文
【中图分类】R459.5
【相关文献】
1.腹膜透析治疗36例急性肾损伤患者的疗效分析 [J], 孙柯;王光腾;梅长林
2.腹膜透析治疗急性肾损伤的研究进展 [J], 闫康博; 崔明姬
3.腹膜透析治疗肾病综合征伴急性肾损伤患者的延伸护理分析 [J], 张清秀; 吴小青; 黄志双; 雷文娟
4.腹膜透析治疗小儿先天性心脏病术后急性肾损伤的疗效观察 [J], 莫基斌;陈瑜
5.腹膜透析治疗急性肾损伤的临床研究 [J], 刘盼盼
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高分子多孔荷电膜的制备及性能研究的开题报告

高分子多孔荷电膜的制备及性能研究的开题报告一、研究背景及目的随着环境污染和日益增长的能源需求的问题，新能源材料的研究日益受到关注。

高分子多孔荷电膜具有许多出色的性能，例如选择性传输、高稳定性、可控多孔性等，能够应用于电池、药物传输、分离技术、传感器等领域。

因此，本研究旨在制备一种高分子多孔荷电膜，并研究其性能，以期提高高分子多孔膜在能源与环境处理方面的应用性能，推动可再生能源技术的发展。

二、研究内容与方法1.研究内容本研究将制备一种高分子多孔荷电膜，并对其进行性能测试。

具体内容如下：(1)利用自组装技术制备多孔荷电膜材料。

(2)通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段研究多孔荷电膜的形态和结构。

(3)研究多孔荷电膜的电导率、介电常数、剪切模量等物理性能。

(4)利用电化学法测试荷电膜的离子选择性传输性能，并通过实验研究影响传输性能的参数。

2.研究方法(1)自组装技术制备多孔荷电膜（采用多聚离子，包括有机两亲分子、离子液体等作为模板）。

(2)利用SEM、TEM和XRD对多孔荷电膜进行表征。

(3)采用多频介电测量仪和三点弯曲试验机测试多孔荷电膜的物理性能。

(4)利用自行搭建的离子选择性电极，电化学法测试多孔荷电膜的离子选择性传输性能，并研究其受到温度、pH值、外界电场等参数的影响。

三、研究意义与预期目标本研究旨在制备一种高性能的多孔荷电膜材料，并对其进行表征与性能测试，以期将这种材料应用于电池、传感器、分离技术、药物传输等领域。

同时，研究对材料科学和化学工程领域的发展具有重要的理论和实用价值。

预计通过本研究，能够得到以下结论和发现：(1)利用自组装技术制备多孔荷电膜的方法。

(2)多孔荷电膜的形态和结构特征。

(3)多孔荷电膜的物理性能和离子选择性传输性能。

(4)影响多孔荷电膜传输性能的因素。

最终达到制备高性能多孔荷电膜的目标，为推动可再生能源技术的发展提供了新的材料方案。

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・综述・透析膜表面荷电性能的研究进展邵嘉慧中图分类号：Ｒ３１６．０２１文献标识码：Ａ作者单位：　２００２４０　上海，上海交通大学环境科学与工程学院血液透析器用于去除肾衰竭患者血液中的新陈代谢废物（溶质分子质量小于４９　６００Ｉｕ）和过量的水。

透析膜是血液透析器的关键。

透析膜的设计最主要考虑两方面的因素：膜的传递特性和膜表面性质。

膜的传递特性决定了溶质的清除率和对液体的去除。

膜的表面性质决定了血液和膜之间相互作用的特性及程度，包括蛋白质的吸附、血栓症、补体激活和免疫反应等［１］。

虽然透析膜的性能最终需要在实际的临床透析过程中确定，但透析膜的体外研究可为深入探究其质量传递和表面性质提供重要的本质认识。

现有的文献报道中有大量的关于血液透析膜传质方面的研究工作，而对膜表面性质的研究报道则较少。

膜表面的荷电性是表征膜表面性质、血液和透析膜之间相互作用的关键特性之一。

因此本文将简要介绍膜的荷电性（?电位），总结近年来透析膜表面荷电性能研究的进展。

１膜的?电位（ｚｅｔａ电位）图１为一负荷电膜表面上的离子分布示意图［２］。

紧靠膜表面的一层称为Ｓｔｅｒｎ层，它是不可移动层，由牢固吸附在膜表面的离子和参予部分溶剂化的水分子构成。

在Ｓｔｅｒｎ层的最外缘处液体开始可以移动，这个平面被称为剪切面。

Ｓｔｅｒｎ层以外的层被称为扩散层或双电层，在这里过量的补偿反离子集聚以补偿膜表面的荷电来保持溶液体系的荷电平衡。

膜在溶液中表现的荷电性是由于膜材料本身的荷电官能基团（如磺酸、羧酸或胺基团）所致，和／或由于溶液中离子在膜表面不同程度的吸附所致。

膜的?电位是膜表面动电效应中，固液相之间相对运动时剪切面上的电位差，可以通过实验方法获得。

?电位可以反映出膜表面荷电性质、荷电分布密度等，是研究膜表面荷电性的重要参数。

流动电位方法是测量膜表面?电位使用最广泛的方法。

流动电位测量时，电解质溶液在当双电层厚度（德拜屏蔽长度）远小于膜孔孔径，同时膜表面电导可以忽略时，膜的?电位可应用Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ公式，直接从实验测得的不同压力（?Ｐ）条件下的流动电位（Ｅｚ）的斜率数据计算出［２］：式中，?为溶液粘度；?ｏ为溶液电导率；?ｏ为自由空间的介电常数；?ｒ为电解质溶液的介电常数。

典型的血液透析膜表面?电位测量的实验装置如图２所示。

外界压力作用下流过膜孔时，靠近膜表面双电层中扩散层中的补偿反离子也随主体流体流经膜孔，并在膜孔的下游积聚而产生电势，这就是通常所指的流动电位。

此流动电位可导致反离子的相对于压力流动方向相反的流动。

在稳态平衡时，这些离子流完全平衡而使整个系统呈电中性。

通过电解质溶液平行流过膜表面，流动电位也可由于相反离子在膜表面集聚而产生。

图１负荷电膜表面离子分布示意图?＝?????????　（）??ｏｄＥｚ?ｏ?ｒｄ?Ｐ２膜表面荷电性对溶质清除率的影响大量的实验结果表明带电溶质和荷电膜之间的静电相互作用对蛋白质在超滤膜中的传质具有很大影响［３］。

类似的现象在透析中可能同样存在，即由于带负电的溶质（如磷酸、氨基酸和小分子量蛋白质）和荷负电膜之间的静电相互排斥作用，其清除率会降低。

Ｏｋａｄａ等人［４］通过流动电位的测量计算出了单个纤维素和甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）中空纤维的?电位，并通过Ｈ３２ＰＯ４２－标记的扩散实验获得了磷酸阴离子通过这两种膜的扩散渗透系数。

对于由阴离子和阳离子高分子涂于甲基丙烯酸甲酯膜表面形成的膜，其上的?电位和磷酸渗透系数之间有很好的关联性；而对于表面改性的纤维素膜却没有同样的关联性。

Ｓｕｚｕｋｉ等人［５］用放射性同位素示踪的磷酸氢二钠（Ｎａ２ＨＰＯ４）考察了其在铜仿膜（Ｃｕｐｒｏｐｈａｎ）和血仿膜　（Ｈｅｍｏｐｈａｎ）血液透析器上的渗透系数，其中血仿膜是由二乙氨基乙基纤维素取代原再生纤维素膜上的氢氧基。

负荷电量高的铜仿膜上磷酸离子的清除率较小，这与磷酸阴离子和负荷电膜之间存在的静电相互作用是一致的。

Ｎａｋａｊｉｍａ　等人［６］同样考察了铜仿膜和血仿膜血液透析器上的磷酸离子渗透系数，得出了相似的结果。

郭瑞敏和沈文清等［７，８］报道了不同的透析膜对维持性血液透析患者血磷的影响，得到血仿膜对磷的清除效果优于聚砜膜和铜仿膜，作者认为可能因为血仿膜是唯一带正电荷的膜，其膜表面的正电荷达（０．８６±０．１４）ｍｖ，血中的磷带负电荷，正负相吸。

所以血仿膜除了一般透析器共有的弥散清除作用外，还有将血液中的磷吸附在膜上的作用，因而对磷的清除高于其他膜。

其他膜均带负电荷，无此种作用。

３透析膜表面荷电性与补体激活作用、蛋白质吸附等特性的关系缓激肽的释放被公认为是引起透析过程中超敏性反应（也被称为首次使用综合征）的原因之一。

当血浆和负荷电表面接触时产生活化作用，此时血浆激肽释放酶产生高分子质量的激肽原前驱物，进而释放具有很强炎性作用趋势的缓激肽。

Ｒｅｎａｕｘ等人［９］的研究表明透析膜表面荷电量和激肽释放酶以及缓激肽的活化作用直接相关。

他们发现当Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ聚砜血液透析器膜与血浆接触后，激肽释放酶的活化作用非常小，而对于带高负荷电的其它合成膜，如聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯，其活化作用非常大。

不少研究者通过测量透析膜表面?电位值的变化，来考察蛋白质吸附情况。

Ｙａｎ等人［１０］研究发现白蛋白的吸附使ＡＮ６９聚丙烯腈膜上负荷电量增加。

他们认为当溶液ｐＨ为７时，吸附的白蛋白中带负电的氨基酸残基的存在造成了膜上负电量的增加。

Ｗｅｒｎｅｒ及其合作者［１１］考察了溶有肝素或肝素化人血浆的电解质ＫＣｌ（０．００１Ｍ）溶液中几种透析膜上的流动电位。

实验表明随着肝素浓度的增加，铜仿膜和改性纤维素血仿膜上负荷电量增加；随着血浆蛋白质浓度的增加，膜上负荷电量也增加。

实验还发现当肝素浓度高于０．５Ｕ／ｍｌ和蛋白质浓度高于１．２ｍｇ／ｍｌ时，膜上?电位反而有所下降，但文中未给出这种反常现象出现的原因。

Ｋｏｋｕｂｏ等人［１２］用细胞色素Ｃ和?－乳白蛋白作为模型蛋白质，考察了蛋白质吸附对聚丙烯膜上的?电位和离子渗透系数的影响。

当溶液ｐＨ值为７时，细胞色素Ｃ带正电，?－乳白蛋白带负电。

细胞色素Ｃ吸附到聚丙烯膜表面上后，膜上负荷电量减少，因此磷酸氢二钠和氯化钠的扩散渗透系数增加。

相反，?－乳白蛋白的吸附使膜上负电量增加，从而使磷酸氢二钠和氯化钠的扩散渗透系数减小。

因尿素呈电中性，这两种蛋白质的吸附使其扩散渗透系数仅有略微的减少。

Ｋｏｂｕｂｏ等人的研究结果再次显示透析膜表面?电位和带电离子的清除率之间有很好的关联性。

以上研究表明血浆或血液接触后，透析膜表面或膜孔内会形成蛋白质层，从而使溶质和溶剂扩散增加了额外的阻力。

这层蛋白质层还可引起膜表面荷电量的改变，进而影响补体激活、免疫反应［９］和带电溶质的清除率［１２］。

４复用处理对透析膜表面荷电性能和溶质清除率的影响邵嘉慧和Ｚｙｄｎｅｙ［１３］首次直接测量了商业用透析膜（Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ　Ｆ８０Ｂ）上的ｚｅｔａ电位，并报道了次氯酸盐复用处理可明显改变Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ聚砜膜表图２ ?电位测量实验装置面的负荷电量：经次氯酸盐复用处理后，聚砜膜上的ｚｅｔａ电位显著增加。

Ｗｏｌｆｆ和Ｚｙｄｎｅｙ［１４］进一步证实了次氯酸盐复用处理可使Ｆ８０Ｂ膜上的负荷电量增加。

Ｆ８０Ｂ聚砜膜中的共混物聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）中氨基化合物水解会产生带负电的ＣＯＯ－基团，由于膜上ＣＯＯ－基团数目的增加和／或随着ＰＶＰ从膜中被冲洗掉，负离子优先吸附量也增加，最终造成Ｆ８０Ｂ膜上的负荷电量增加。

邵嘉慧［１３］和Ｗｏｌｆｆ［１４］的研究都表明这些ｚｅｔａ电位的变化对小分子尿素的清除率无影响，却引起较大分子清除率的明显增加，这和临床观察到的次氯酸盐复用处理可增加白蛋白流失的报道一致。

但这些研究均没有对磷酸离子清除率的报道。

Ｚｙｄｎｅｙ课题组的Ｓｈａｆｆｅｒ［１５］进而研究了次氯酸盐复用处理对磷酸离子的清除率与膜表面ｚｅｔａ电位的的影响及相关性。

实验结果表明次氯酸盐复用处理降低了透析器对磷酸离子的去除，并且此作用大小直接和Ｆ８０Ｂ膜上的负荷电量增加相关。

他们的实验数据和考虑了静电相互作用对磷酸离子扩散影响作用的理论模型计算值相吻合。

这充分证明了磷酸离子和负荷电膜之间的静电相互作用导致磷酸离子清除率的改变。

Ｗｏｌｆｆ和Ｚｙｄｎｅｙ［１６］报道了过氧乙酸复用处理对Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ　Ｆ８０Ａ聚砜血液透析器膜表面上ｚｅｔａ电位的影响。

实验结果表明过氧乙酸复用处理对Ｆ８０Ａ膜表面负荷电影响很小。

邵嘉慧和Ｚｙｄｎｅｙ［１７］还比较了同种Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ　Ｆ８０Ｂ聚砜血液透析器膜表面上荷电性受次氯酸盐和过氧乙酸复用处理的影响，发现次氯酸盐对Ｆ８０Ｂ膜表面荷电性的影响远大于过氧乙酸复用处理。

过氧乙酸复用处理对磷酸离子清除率的影响以及与膜表面ｚｅｔａ电位的关联性有待进一步的研究。

５结束语对透析膜表面荷电性能的研究（?电位的测定）是理解血液和膜之间相互作用的基础，也是开发透析膜新材料（具有良好的生物相容性和较高磷清除率等）的关键基础。

因此，对于透析膜表面荷电性能的研究应引起重视。

参　考　文　献１Ｗｅｒｎｅｒ　Ｃ，　Ｋ？ｎｉｇ　Ｕ，　Ａｕｇｓｂｕｒｇ　Ａ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ－ａ　ｓｕｒｖｅｙ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ　ａｎｄ　Ｓｕｒｆａｃｅｓ，　１９９９，　１５９：　５１９－５２９．２Ｂｕｒｎｓ　ＤＢ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｂｕｆｆｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎ－ｔｉａｌ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．　Ｊ　Ｍｅｍｂｒ．　Ｓｃｉ，　２０００，１７２：　３９－４８．３Ｂｕｒｎｓ　ＤＢ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｉｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ．ＡＩＣＨＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　２００１，　４７（５）：　１１０１－１１１４．４Ｏｋａｄａ，　Ｍ，　Ｔａｋｅｓａｗａ，　Ｓ，　Ｗａｔａｎａｂｅ，　Ｔ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉａｌｙｓｉｓ　ｍｅｍ－ｂｒａｎｅｓ　ｔｏ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　－　ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｏｒｇａｎｓ，　１９８９，　３５：　３２０－３２２．５Ｓｕｚｕｋｉ，　Ｙ，　Ｋａｎａｍｏｒｉ，　Ｔ，　Ｓａｋａｉ，　Ｋ．　Ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｆｈｏｌｌｏｗ　ｆｉｂｅｒ　ｄｉａｌｙｓｉｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｉｏｎ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙｆｏｒ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｏｒｇａｎｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　１９９３，　３９：　Ｍ３０１－Ｍ３０４．６Ｎａｋａｊｉｍａ　Ａ，　Ｍｉｙａｓａｋａ　Ｔ，　Ｓａｋａｉ　Ｋ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｈｏｌｌｏｗ－ｆｉｂｅｒ　ｄｉａｌｙｓｉｓｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｉｏｎ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｊ．　Ｍｅｍｂｒ．　Ｓｃｉ，２００１，　１８７：　１２９－１３９．７郭瑞敏，于明忠，赵国东．不同透析膜对维持性血液透析患者血磷的清除效果．中国煤炭工业医学杂志，２００５，８（７）：　７２４－７２４．８沈文清，梁波，麦慈光．不同透析膜对维持性血液透析血磷清除的比较研究．现代临床医学生物工程学杂志，　２００３，　９（４）：３２２－３２３．９Ｒｅｎａｕｘ　Ｊ，　Ｔｈｏｍａｓ　Ｍ，　Ｃｒｏｓｔ　Ｔ，　ｅｔ　ａｌ．　Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｋａｌｌｉｋｒｅｉｎ－ｋｉｎｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ：　Ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｍｅｍ－ｂｒａｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｉｔｙ，　ｂｌｏｏｄ　ｄｉｌｕｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｐＨ．　Ｋｉｄ－ｎｅｙ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９９，５５：　１０９７－１１０３．１０Ｙａｎ　Ｆ，　Ｄｅｊａｒｄｉｎ　Ｐ，　Ｓｃｈｍｉｄｔｔ　Ａ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅ．　Ｊ．　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉ－ｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９３，９７：　３８２４－３８２８．１１Ｗｅｒｎｅｒ　Ｃ，　Ｊａｃｏｂａｓｃｈ　Ｈ，　Ｒｅｉｃｈｅｌｔ　Ｇ．　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ－ｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅｍｏｄｉｌａｙｓｉｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｒｅａｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｊ．ｏｆ　Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｏｌｙｍｅｒ，１９９５，７（１）：　６１－７６．１２Ｋｕｋｕｋｏ　Ｋ，　Ｔａｇｕｃｈｉ　Ｍ，　Ｓａｋａｉ　Ｋ．　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｉｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ＰＡＮ－ＤＸ　ｄｉａｌｙｓｉｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｐｒｏｔｅｉｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，　Ｔｈｅ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　１９９６，６２：　７３－７９．１３Ｓｈａｏ　Ｊ（邵嘉慧），　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｂｌｅａｃｈ　ｒｅｐｒｏ－ｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｌｅａｒａｎｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒｇｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｈｅｍｏｄｉａｌｙｚｅｒｓ．　ＡＳＡＩＯ　Ｊ，２００４，５０：２４６－２５２．１４Ｗｏｌｆｆ　ＳＨ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｂｌｅａｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ，　Ｊ．　Ｍｅｍｂｒ．Ｓｃｉ，２００４，２４３：　３８９－３９９．１５Ｓｈａｆｆｅｒ　Ｊ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｌｅａｒａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｂｌｅａｃｈｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｈｅｍｏｄｉａｌｙｚｅｒｓ：　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃ－ｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ．　ＡＳＡＩＯ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００５，５１：７４８－７５３．１６Ｗｏｌｆｆ　ＳＨ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｅｒａｃｅｔｉｃ　ａｃｉｄ　ｒｅｐｒｏ－ｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅｈｅｍｏｄｉａｌｙｚｅｒｓ．　Ａｒｔｉｆ　Ｏｒｇａｎｓ，　２００５，２９：１６６－１７３．１７Ｓｈａｏ　Ｊ（邵嘉慧），　Ｗｏｌｆｆ　ＳＨ，　Ｚｙｄｎｅｙ　ＡＬ．　Ｉｎ　ｖｉｔｒｏ　ｃｏｍｐａｒｉ－ｓｏｎ　ｏｆ　ｐｅｒａｃｅｔｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｂｌｅａｃｈ　ｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，Ａｒｔｉｆ　Ｏｒｇａｎｓ，（ａｃｃｅｐｔｅｄ）．（收稿日期：２００６－１０－３１）（本文编辑：赵青艺）。