透析器膜材料的研究进展

综述CHINESE COMMUNITY DOCTORS 中国社区医师2019年第35卷第20期对于急慢性肾功能衰竭患者来说，比较有效的替代疗法就是血液透析。

临床上所使用的血液透析设备是由透析机、水处理系统、透析液系统以及透析器等组成，其是通过代替人体的肾脏功能来达到血液净化的目的。

在血液透析的过程中，其分离介质是选择性透过膜，其有效借助了膜两侧血液与透析液之间的浓度梯度、渗透压梯度、压力梯度等，促进了患者血液中尿素、肌肝酸、尿酸等毒素向透析液的扩散，为了保证患者机体电解质和酸碱度的平衡，透析液还要向血液中补充一些离子，因此，血液透析治疗的效果与血液透析膜的质量有着极大的关系。

血液透析膜主要应用在对急慢性肾功能衰竭患者的治疗中，其也是血液透气设备中极其重要的一部分。

随着医疗技术的不断发展，临床上对血液透析膜的要求也在不断提高。

本文对血液透析膜的应用以及改性处理措施进行了详细的综述，希望能够为后期血液透析膜的研究和开发提供一定的参考价值。

血液透析膜的应用及改性研究纤维素膜与CA 膜：纤维素膜和CA 膜均有着较为完整的结构，并且其通透性较好，价格比较低，有着较好的物理弹性，将其应用在血液透析中有着较好的效果。

但是其化学稳定性比较差，对其进行清洗、低温消毒等操作后，就会对其化学稳定性造成破坏。

正是因为其具有这个缺陷，在不影响其选择性通透性、血液相容性等特性的前提下，提高其化学稳定性对其在临床上的应用有着非常重要的意义。

目前比较有效的方法就是改进其制膜工艺，或加入其他辅料来改善膜的性能等。

研究人员采用了增加PEG 比例、提高凝固浴温度等方法对膜的透水率进行了改善。

然后又用干/湿法纺丝过程制备了不对称的纤维膜，结果发现自然干燥的膜变得越发致密[1]。

对膜的微观结构进行改变后发现，膜的交联截面和表面上的空隙大小与分离蛋白的浓度有关，而与凝固剂无关。

对膜的相容性进行改变时，也可采用在膜的表面接枝生物活性分子，虽然改变了膜的形象，但是却有效保存了膜的机械性能，改变了膜的转运速率，极大地提高了膜的渗透性，降低了蛋白的吸附能力。

血液透析器膜的材料研究血液透析是一种常见的治疗肾脏疾病的方法。

在透析过程中，血液在透析器中通过一种特殊的膜，将身体中的废物和过多水分过滤出来。

因此，透析器膜的材料研究是十分重要的。

透析器膜的材料可以分为两类：人造膜和天然膜。

人造膜包括聚合物膜和无机材料膜。

聚合物膜主要由聚乙烯、聚氨酯、聚氨酯醚、聚丙烯等材料组成。

这些材料的物理化学性质和结构特点不同，对透析器的透析性质产生了很大的影响。

例如，聚乙烯的透水性能比较好，但对蛋白质的透过性不够理想；聚氨酯醚材料适用于高分子质量较大的血液成分分离；聚丙烯则是一种透析器膜材料的基础材料，可拓展用于高透析速率和免疫学涂层等新功能领域。

无机材料膜主要是以纳米级尺寸的银、氧化锗、氧化铝等物质为基础，利用下场热处理、溶胶-凝胶、电化学-光化学等新技术制备而成。

这些材料的特殊结构体现了一定的生化活性，可以促进透析过程的特定分子选通，所以透析器膜的性能可以进一步拓展。

相较于人造膜，天然膜具有天然疏水性、良好生物相容性和生物相关性等优势。

天然膜的主要来源于动物的血管网络，如肠道粘膜、肝脏血管、角膜等。

天然膜还可以通过海藻、鱼皮等方式获得，如之前发表的一篇文章提到的十种透析器膜材料之一：聚糖膜, 阐述其其性质独特的特点，满足了膜材料生物相容性、生物医用性、稳定性等要求。

然而，天然膜适用性受到生物相互作用、制备工艺、成本等因素的限制。

总的来说，透析器膜材料的研究需要考虑到许多方面，如透析器的物理化学性质、耐久性和生物相容性等。

各种不同类型的透析器膜都有其特定的优势和局限性，因而不同的透析器膜材料可以在特定的透析条件下发挥不同的作用，从而满足人们对透析器要求的不同应用需求。

生物医用抗凝性材料的研究进展摘要：在我国，重症肝病、肾功能不全患者都要经历接受血浆置换或血液滤过等治疗手段，血液需由体内引出经过置换装置或透析膜才能达到疗效。

目前还没有成功研制出抗凝血透析膜，但是血液在体外接触透析膜会诱发凝血机制导致治疗无法进行，临床医师会根据患者情况输注抗凝血药物，重症肝病及肾功能不全患者自身抗凝血功能已经很差，如果继续输注抗凝药物，可能会导致患者因出血而死亡。

因此，临床对抗凝血性的生物医用透析膜的需求十分紧迫，结合多年来抗凝血材料的研究发展，这一问题将会最终得到解决，为提高患者生命质量和保障患者健康发挥重大作用。

本文主要分析生物医用抗凝性材料的研究进展。

关键词：生物医用材料;血液相容性;凝血机制;抗凝血引言生物医用材料是一种与生物系统接触，对生物体病损组织、器官进行诊断，治疗、修复及诱导再生或增强其功能的高新技术材料。

生物医用材料可用于治疗心血管疾病患者，为其提供人工心脏或人工血管;还可用于控制药物和生物活性物质的释放;也能用于骨和牙齿等硬组织的更替和修复。

按照材料功能性，生物医用材料分为可降解材料、组织工程材料与人工器官、齿科材料、控释材料、仿生智能材料、临床诊断及生物传感器等。

最初生物医用材料的研究需满足治疗疾病的目的，而现在着重于改善材料生物相容性，从而减少并发症的发生，提高患者生命质量及医院医疗水平。

尽管功能性机械心脏瓣膜、血管支架、血液充氧器和血泵已经在临床上被广泛使用，但合成材料与血液之间产生的影响，如破坏红细胞、血小板，吸附血液中的蛋白和电解质，造成血栓形成和血栓栓塞事件，成为临床需要解决的难点。

1、与血液接触的生物医用材料的安全性能要点在临床应用和生物技术中，多数生物医用材料会涉及到与血液接触，如冠状动脉支架、生物心脏瓣膜、血液透析器、人工肺、导管等。

这些材料与血液接触后可能会产生一系列安全问题，例如诱导血栓形成，引起感染或其他并发症。

因此，涉及与血液接触的生物医用材料，需要重点关注材料的安全性能，主要包括抗菌性能、生物相容性、血液相容性等。

血液透析治疗中透析器膜的应用研究一、研究背景慢性肾衰竭是一种严重的疾病，其病程长、病情复杂，需要长期的治疗和监测。

血液透析是目前最常用的肾替代治疗方法之一，其在去除体内废物和水分方面具有较好的疗效。

血液透析治疗中透析器膜作为治疗的重要部分，不仅影响着治疗的效果，还直接影响着患者的生命安全。

二、透析器膜的种类透析器膜按材料可分为纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚碳酸酯膜、聚丙烯膜等几种。

1.纤维素膜纤维素膜是一种较早研制的透析器膜，其主要来源于棉质材料或淀粉糊化产物。

纤维素膜的优点是价格便宜，但其分子量截留范围有限，只适用于中小分子的废物清除，不能有效清除大分子物质。

2.聚酰胺膜聚酰胺膜是一种以三聚氰胺为主链的合成树脂，具有良好的化学稳定性和高分子量。

其在透析过程中分子量分布较为均匀，可以有效清除各种分子大小的废物，是目前透析器膜的主要材料之一。

3.聚砜膜聚砜膜是一种高温高压下聚合的合成材料，具有较高的力学强度和化学稳定性。

其分子量截留范围广，可以有效清除大分子物质，但其造价较高。

4.聚碳酸酯膜聚碳酸酯膜是一种用碳酸二甲酯和二酚经过聚合反应制得的合成材料，具有较好的力学性能和生物相容性。

其透析效果较优，但其成本较高。

5.聚丙烯膜聚丙烯膜是一种适用范围较广的材料，具有较好的生物相容性和良好的抗菌性能。

三、透析器膜的选择在临床应用中，透析器膜的选择是根据患者的透析治疗需要和实际透析情况而定的。

当患者需要较高的透析效果时，应选用分子量截留范围较广的透析器膜，例如聚酰胺膜、聚砜膜等；当患者透析治疗时间较长时，应选用生物相容性好的透析器膜，例如聚碳酸酯膜；当患者存在较严重的感染风险时，应选用抗菌性能好的透析器膜，例如聚丙烯膜。

四、透析器膜的改良研究目前，随着新材料的不断涌现和研究技术的不断提高，透析器膜的研究也在不断发展与改良中。

1.表面改性表面改性是对透析器膜外表进行处理以改变其特性。

例如，对聚酰胺膜表面进行改性可使其生物相容性更好、抗炎性更高等。

不同膜材料透析器在单次透析治疗中的临床对比研究丛慧;牟倡骏;宋旭红;于亚楠;徐艳华;季伟伶【期刊名称】《中国血液净化》【年(卷),期】2022(21)10【摘要】目的探究高通量聚砜膜透析器(威高HF15)和三醋酸纤维素膜透析器(尼普洛FB-150U,简称150U)在单次透析治疗中的临床效果,包括透析器的清除有效性及生物相容性对比。

方法选取威高血液净化中心维持性血液透析患者20例,分为HF15组和150U组,每组10例。

分别在透析治疗前、透析15min、透析60min 及透析治疗结束后采集患者血样并进行检测。

对比HF15和150U对应的透析前后溶质下降率和清除率,以及血细胞和补体因子(C3a)等指标的差异。

结果2组患者的年龄、性别、体质量和透析龄等差异无统计学意义(P>0.05),使用HF15和150U 透析治疗前,组间透析血流量、中小分子毒素、血细胞及补体因子等基线数据差异无统计学意义(P>0.05)。

4小时常规血液透析治疗后:①2组间小分子毒素尿素氮、肌酐和血磷下降率(t=0.932、1.799、0.878,P=0.376、0.106、0.403)和清除率(t=-1.892、1.500、-2.211,P=0.091、0.168、0.056)无显著性差异;②对中分子毒素的清除效果,HF15组对应的β2微球蛋白下降率(t=7.821,P<0.001)和清除率(t=2.686,P=0.013)均显著高于150U;③在透析治疗过程中,2组患者的血细胞和C3a变化差异无统计学意义(P>0.05)。

结论在单次血液透析治疗过程中,HF15对毒素分子的清除效果优于150U,2款透析器生物相容性等同。

【总页数】5页(P780-784)【作者】丛慧;牟倡骏;宋旭红;于亚楠;徐艳华;季伟伶【作者单位】山东威高血液净化制品股份有限公司研发管理部;威高血液净化中心【正文语种】中文【中图分类】R459.5【相关文献】1.不同血液透析膜材料在重症胰腺炎治疗中的生物相容性分析2.不同血液透析膜材料在重症胰腺炎治疗中的生物相容性分析3.一次性根管治疗中不同填充材料的临床研究4.不同透析器对维持性血液透析患者贫血治疗影响的临床研究5.不同镍钛器械用于单根管一次性治疗的临床对比研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高截留量血液透析膜在多发性骨髓瘤肾病治疗中的研究进展徐丰博(综述);孙懿(审校)【摘要】高截留量血液透析（ HCO）是近年来血液透析领域重要的研究进展之一，其可有效清除相对分子质量为65000的物质，主要用于治疗骨髓瘤管型肾病、脓毒症、横纹肌溶解征等疾病。

骨髓瘤患者由于游离轻链被近曲小管吸收后沉积在上皮细胞胞质内，使肾小管细胞变性，导致急性肾衰竭。

大量临床试验证明，HCO可有效清除游离轻链，促进肾功能恢复，改善患者预后。

该文就 HCO在多发性骨髓瘤管型肾病中的临床应用进展作一简述。

%High cut-off hemodialysis( HCO) is one of the important studies in field of hemodialysis in recentyears,which can effectively remove substances of relative molecular 65 000,mainly used in the treat-ment of myeloma cast nephropathy,sepsis andrhabdomyolysis syndrome.In myeloma patients,free light chain ( FLC) uptake by proximal tubule cells and deposition in the epithelial cell cytopiasm ,lead to renal tubular cell degeneration and acute renal failure.A large number of clinical trials have demonstrated that HCO can effectively remove FLC ,promote the recovery of renal function and improve the prognosis of the patients .Here is to summarize the application of HCO in myeloma cast nephropathy.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2015(000)016【总页数】4页(P2935-2938)【关键词】骨髓瘤管型肾病;高截留量血液透析;游离轻链【作者】徐丰博(综述);孙懿(审校)【作者单位】首都医科大学附属复兴医院肾内科，北京100038;首都医科大学附属复兴医院肾内科，北京100038【正文语种】中文【中图分类】R459.5管型肾病是导致多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)患者肾功能损害甚至血液透析的一个主要原因，而依赖血液透析患者常常预后较差。

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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关于高分子血液透析方向的文献摘要：1.高分子血液透析技术简介2.高分子血液透析材料的研究进展3.高分子血液透析的应用领域及前景4.我国在高分子血液透析领域的研究成果5.未来高分子血液透析技术的发展趋势与挑战正文：高分子血液透析技术作为一种非生物体内的人工肾，已经成为尿毒症患者维持生命的重要手段。

近年来，随着高分子科学的发展，高分子血液透析材料的研究取得了显著进展，为提高透析治疗效果和降低并发症提供了有力支持。

本文将围绕高分子血液透析技术的发展及其在我国的研究现状进行探讨。

一、高分子血液透析技术简介高分子血液透析技术是利用高分子膜材料对血液中的废物和多余水分进行筛选和分离，从而达到清除体内毒素、维持电解质平衡和改善肾功能的目的。

高分子血液透析器的核心部分是高分子膜，其结构和性能对透析效果具有重要影响。

二、高分子血液透析材料的研究进展随着科学技术的进步，高分子血液透析材料的研究取得了长足的发展。

目前，研究和应用较多的高分子透析材料主要有聚醚砜（PES）、聚丙烯腈（PAN）和聚乙烯醇（PEG）等。

这些材料具有良好的生物相容性、高透析效率和低膜阻等优点。

此外，研究者还在开发新型复合材料，如聚合物- 无机物纳米复合材料，以期进一步提高透析器的性能。

三、高分子血液透析的应用领域及前景高分子血液透析技术在临床上的应用范围越来越广泛，不仅可用于治疗尿毒症，还可应用于急性肾衰竭、顽固性水肿等症状的治疗。

随着高分子血液透析材料的不断改进和优化，透析治疗的效果和患者的生活质量得到了显著提高。

未来，高分子血液透析技术在肾脏病治疗领域仍具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。

四、我国在高分子血液透析领域的研究成果我国在高分子血液透析领域的研究取得了举世瞩目的成果。

近年来，我国研究者成功研发了一系列具有自主知识产权的高分子透析器，如聚醚砜高分子血液透析器等，其性能达到国际先进水平。

同时，国产高分子血液透析器在价格上具有明显优势，为我国尿毒症患者提供了更多的治疗选择。