血液净化高分子材料介绍

血液净化高分子材料介绍一.

需求与研究背景根据国务院卫生部全国透析病例统计数据，血液透析机数量由1999年的4967台（1999年全国透析移植登记报告）增加到2012年的35769台，血液透析在透患者由1999年37371人增加到243863人。在血液净化器中几乎全部是医用高分子材料，只有在血液灌流中以活性炭为主。血液净化材料的研究和临床应用在日本和欧洲已成为生物材料发展的热点。我国在这一研究领域具有一定的实力，但临床应用不够，应予以加强。第2页,共25页，2024年2月25日，星期天

二.作用与意义血液净化材料，利用滤膜、吸附剂等生物材料，将体内内源性或外源性毒物（致病物质）专一性或高选择性地去除，从而达到治病的目的。是治疗尿毒症、各种药物中毒、免疫性疾病、高脂血症等各种疑难病症的有效手段。

第3页,共25页，2024年2月25日，星期天血液透析原理图第4页,共25页，2024年2月25日，星期天血液透析病房第5页,共25页，2024年2月25日，星期天三.血液净化高分子材料的一般要求1.良好的血液相容性与组织相容性2.无三致（致畸致癌致突变）反应3.良好的通透性、吸附性、机械强度，还有适当的膜孔大小第6页,共25页，2024年2月25日，星期天四、血液净化高分子材料

4.1现在的血液净化膜材料血液净化膜材料目前已研究和开发的制备血液净化膜材料有数十种，由于临床上对高分子膜的要求十分严格，所以实际应用只有下面几种：（1）再生纤维素膜（2）聚丙烯腈膜（3）聚烯烃膜（4）聚乙烯醇膜

第7页,共25页，2024年2月25日，星期天中空纤维膜的微观结构第8页,共25页，2024年2月25日，星期天聚砜膜-结构第9页,共25页，2024年2月25日，星期天血液滤过器的结构血液入口透析液入口透析液和滤出液出口横断面空心纤维膜血液出口空心纤维里面（血液）空心纤维外面（滤出液））第10页,共25页，2024年2月25日，星期天4.1.1纤维素类膜由于纤维素类膜性能良好，且原料来源丰富、价格低廉，纤维素类膜在血液净化用膜的发展史上一直占据着主导地位，但长期用纤维素类透析膜进行血液透析易产生并发症。现已查明引起并发症的主要原因是纤维素膜无法排除的尿毒性物质在体内的沉积。第11页,共25页，2024年2月25日，星期天制备再生纤维素膜有三种工艺过程①铜氨工艺，是将纤维素溶解于铜氨溶液中，最终用酸再生；②黏胶液工艺，是纤维素在碱性条件下与二硫化碳反应生成可溶性的黄原酸酯，再用酸再生；③乙酸酯工艺，是通过乙酰化制备热塑性纤维衍生物，最后经碱水解再生。第12页,共25页，2024年2月25日，星期天

4.1.2聚丙烯腈膜（PAN）

由于聚丙烯腈与单体丙烯腈的互不相容性，聚丙烯腈易于提纯。这个特点有利于它用于体外血液净化。聚丙烯腈是少数已临床使用的合成高分子膜之一。同再生纤维素膜相比，聚丙烯腈膜对中等分子量物质的去除能力强，超滤速率是前者的几倍，同时有优良的耐菌、耐有机溶剂等特性。虽然聚丙烯腈膜在血液净化应用上获得了成功，但仍存在着诸如膜脆、机械强度差、不耐高温消毒等缺陷，膜科学工作者正进一步对之进行改进。例如，日本东丽公司采用重均分子量为20万的PAN制备中空纤维膜，机械强度有明显的提高，可耐反冲洗，从而提高膜组件的使用寿命引[4]。

聚丙烯晴通过溶液聚合法制备，并通过沉淀法提纯，并具有优良的成膜性能和纺织性能。为改善溶质和水的通透性，往往采取共聚、化学修饰、膜拉伸或非对称等方法制膜[1]。第13页,共25页，2024年2月25日，星期天

4.1.3聚烯烃膜

聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE)是近年开发出的血液净化用膜家族中的新秀。其制造过程不同于以往的干湿法制膜过程，而是先将PP或PE熔融纺丝，然后进行热处理，再经拉伸致孔、热定型即获得微孔中空纤维膜，主要用于血浆分离过程[4]。

4.1.4聚乙烯醇膜

聚乙烯醇通常由聚醋酸乙烯醇解制得，产品因分子量及残留的乙酰基团的含量不同而不同。由于聚乙烯醇是水溶性聚合物，聚乙烯醇膜的制备有两种方法：进行适当的交联和交联前先共聚，共聚采用的单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙烯等[。

第14页,共25页，2024年2月25日，星期天4.2血液净化吸附材料

膜材料虽然得到广泛应用，但尚存在对大分子溶质，脂溶性好或与蛋白质结合的毒物透析和滤过清除率差等缺陷，为了弥补膜材料的不足，提高血液净化过程中毒物的清除率，减少副作用，研制具有高选择性的专一性吸附材料成为临床迫切需要。当前，最主要的是要不断地研制出生物亲和力强，血液相容性好，机械强度好，适用于大容量及高选择性的高分子吸附材料、并能安全有效、方便地用于血液灌流，治疗各种相关疾病。第15页,共25页，2024年2月25日，星期天4.2.1高分子材料包埋式活性炭1970年Chang等人又率先用白蛋白火棉胶包埋活性炭制成微胶囊用做HP，提高了血液相容性，易防止炭微粒的脱落，使活性炭吸附剂在HP的应用进入临床实用阶段。20世纪80年代初，钱氏等人又利用椰壳活性炭并外包聚丙烯酰胺加明胶的材料，在HP中应用获得成功，以后陆续开发了许多新的包埋材料。目前使用的包埋材料有白蛋白火棉胶、聚丙烯酸水凝胶、聚甲基丙烯酸羟己酯、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇缩醛、醋酸纤维素、尼龙及明胶等；第16页,共25页，2024年2月25日，星期天4.2.2医用合成树脂吸附剂合成树脂是另一类有实际使用价值的医用吸附剂，这类吸附剂是网状结构的高分子聚合物，可根据需要进行人工合成，使其具备特定的吸附性能。树脂类吸附剂可分为离子交换树脂和吸附树脂两大类。近几年，国外较多采用固定多粘菌素B、聚丙烯酰胺、二乙烯三胺基纤维素载体吸附内源性毒物，其中少数用于临床实验。2002年，徐建宽等人制备出一种新型的低密度脂蛋白吸附剂，初步研究证实，该类吸附剂具有较大的吸附量和较好的选择性。第17页,共25页，2024年2月25日，星期天4.2.3免疫吸附剂免疫吸附剂的研究主要集中在特异性吸附功能基的选择和载体骨架的合成上。[3]1988年，南开大学俞耀庭等人用小牛胸腺与火棉胶混合并吸附在大孔炭化树脂上，对数十例红斑狼疮患者进行血液灌流，取得了良好效果。1999年，贾凌云等人制的新型免疫吸附材料用于血液灌流，实验结果表明了体外血液循环过程安全可靠。1999年，郭贤权等人制得大孔共聚物，经皂化、活化后，偶联乙型肝炎抗体制得免疫吸附剂，其对人血清中的乙型肝炎表面抗原具有良好的吸附性能，且稳定性好，可望用于血液灌流辅助治疗乙型肝炎病患者[6]。第18页,共25页，2024年2月25日，星期天五.问题与挑战

1.毒物的去除效率问题2.血液相容性问题等3.毒物的高度选择滤过性不强4.透析和滤过的时间较长

血液净化高分子材料要长时间与体内的血液接触。因此，应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。第19页,共25页，2024年2月25日，星期天

六.提高材料血液相容性的措施①高分子材料表面亲/疏水性的改善强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容性好，如：聚四氟乙烯强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸附，如：聚氧化乙烯（非常重要的抗凝血材料）通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。第20页,共25页，2024年2月25日，星期天②制备具有微相分离结构的材料原因被认为是亲水和疏水的蛋白质被吸附于不同的微相区间，不会激活血小板表面的糖蛋白，血小板的特异识别功能表现不出来。它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。第21页,共25页，2024年2月25日，星期天③高分子材料的肝素化

肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），含有—SO3-，—COO-及—NHSO3-等功能基团。是最早被认识的天然抗凝血产物之一第22页,共25页，2024年2月25日，星期天④使材料表面带上负电荷的基团

例如：将芝加哥酸（1-氨基-8-萘酚-2,4-二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。

第23页,共25页，2024年2月25日，星期天⑤材料表面伪内膜化

人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达到永久性的抗血栓。第24页,共25页，2024年2月25