第九章 血液透析膜
透析中的破膜与凝血课件
机械性能
指透析膜的抗张强度、耐磨性 和耐疲劳性能等。
血液适应性
指透析膜与血液接触后，对血 液成分的影响程度以及引起的
凝血反应等。
透析膜的选择和使用
根据患者病情和透析需求选择合 适的透析膜材料和性能指标。
注意透析膜的消毒和保存方式， 确保使用安全。
在透析过程中，密切观察透析膜 的完好性和凝血情况，及时处理
如果血泵压力过高，可能会导 致透析器破膜。
破膜的影响
血液流失
一旦发生破膜，血液会从透析器中流 出，导致血液流失。
感染风险增加
破膜可能导致细菌、病毒等微生物进 入血液，增加感染的风险。
透析效果下降
破膜会导致透析过程中血液与透析液 之间的物质交换受影响，从而使透析 效果下降。
患者不适
破膜会导致患者感到不适，如头晕、 乏力等。
详细描述
凝血通常是由于血液在透析过程中与透析膜接触后产生的一种生理反应。当血液中的凝血因子被激活后，会导致 血液从流动状态转变为凝结状态，形成血栓堵塞透析膜，从而影响血液的流通和毒素的清除。长期凝血不仅会影 响透析效果，还可能导致急性肾衰竭。
案例三：破膜与凝血的联合影响
要点一
总结词
要点二
详细描述
破膜和凝血在透析中可能同时发生，相互影响，加剧病情 。
的血液透析膜材料。
聚醚砜膜
具有较好的稳定性和抗 凝血性能，但通透性较
聚砜膜稍低。
聚丙烯腈膜
具有良好的机械性能和 抗张强度，但生物相容
性较差。
透析膜的性能指标
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02
03
04
通透性
衡量透析膜对溶质的透过性能 ，通透性越高，越有利于物质
的透过和交换。
血液透析PPT课件
(二）相对禁忌症
1）老年高危患者，不合作的婴幼儿、精神病患者。 2）严重的心肌病变或心律失常不能耐受体外循环。 3）大手术后的三天内，或严重活动性出血。 4）恶性肿瘤晚期导致肾衰竭。 5）低血压或休克。 6）脑血管意外。
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四、透析常见并发症与处理
按时间为
即刻并发症：在透析过程中，发 生 快病情重立即治疗。
是
基本病因。
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表现：早期不明显；
晚期:①关节炎②骨痛 ③肌肉病变、肌肉无力及肌腱自动断裂 ④皮肤瘙痒 ⑤软组织钙化、血管钙化引起皮肤溃疡及坏死 ⑥骨骼变形、成长缓慢骨髓纤维化导致贫血。⑦心脏病变 ⑧失眠等中枢脑神经病变 ⑨免疫力下降⑩脂肪代谢异常。
治疗： ① 服用活性维生素D3
② 血液灌流
③ 手术
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b、防治措施:①保持干体重
②合理使用降压药
治疗
③难治性高血压，积极寻找原因对症
（2）左心功能不全
病因：综合因素所致：高血压、水钠潴留贫血，
动脉粥样硬化、尿毒症毒素蓄积、营养不
良、低蛋白血症。
表现：肺气血、急性肺水肿、心绞痛、心肌梗死。
防治：充分透析：积极控制血压、纠正贫血、营
养支持。
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（3）心包炎
a、肺通气功能减低
b、肺内弥散障碍
c、其他原因，醋酸盐对心肌及呼吸中枢有直接抑制作用，尚可 通过血管扩张作用干扰肺局部血流引起PH下降、导致低氧血症。
②表现：一般无症状，心肺储备功能不足，易出现症状，如低 血压，可诱发心功能不全，导致呼吸困难、气紧、发绀、心律 失常等。
③处理：鼻导管致吸氧（2L/min）面罩吸氧
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2019/11/22
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（6）透析器反应
血液透析膜项目实施方案
血液透析膜项目实施方案规划设计/投资分析/产业运营报告说明—该血液透析膜项目计划总投资7800.29万元，其中：固定资产投资5561.74万元，占项目总投资的71.30%；流动资金2238.55万元，占项目总投资的28.70%。
达产年营业收入16711.00万元，总成本费用13104.31万元，税金及附加148.91万元，利润总额3606.69万元，利税总额4253.07万元，税后净利润2705.02万元，达产年纳税总额1548.05万元；达产年投资利润率46.24%，投资利税率54.52%，投资回报率34.68%，全部投资回收期4.38年，提供就业职位306个。
血液透析膜主要应用到肾透析中，是临床中应用最为广泛的的血液净化材料，是血液透析过程中核心材料，对于血液透析治疗效果有着关键的影响。
血液透析膜的主要原理为，利用透析膜的两侧平衡原理，把血液与透析液进行渗透，将血液中的尿素、肌酐等多余成分，通过透析膜进入透析液，而糖类、蛋白质、血细胞等则停留在血液侧，回流到患者体内，从而达到血液净化的左右。
目录第一章概况第二章承办单位概况第三章投资背景和必要性分析第四章项目建设方案第五章选址方案第六章项目工程设计第七章工艺可行性第八章环境影响概况第九章职业安全第十章投资风险分析第十一章节能概况第十二章项目实施方案第十三章投资情况说明第十四章经济效益评估第十五章综合评价说明第十六章项目招投标方案第一章概况一、项目提出的理由血液透析膜主要应用到肾透析中，是临床中应用最为广泛的的血液净化材料，是血液透析过程中核心材料，对于血液透析治疗效果有着关键的影响。
血液透析膜的主要原理为，利用透析膜的两侧平衡原理，把血液与透析液进行渗透，将血液中的尿素、肌酐等多余成分，通过透析膜进入透析液，而糖类、蛋白质、血细胞等则停留在血液侧，回流到患者体内，从而达到血液净化的左右。
二、项目概况（一）项目名称血液透析膜项目（二）项目选址xxx产业园区项目建设区域以城市总体规划为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。
血液透析膜项目可行性计划
血液透析膜项目可行性计划规划设计/投资分析/实施方案摘要该血液透析膜项目计划总投资9990.19万元，其中：固定资产投资6812.02万元，占项目总投资的68.19%；流动资金3178.17万元，占项目总投资的31.81%。
达产年营业收入23063.00万元，总成本费用18261.95万元，税金及附加189.71万元，利润总额4801.05万元，利税总额5652.97万元，税后净利润3600.79万元，达产年纳税总额2052.18万元；达产年投资利润率48.06%，投资利税率56.59%，投资回报率36.04%，全部投资回收期4.27年，提供就业职位436个。
认真贯彻执行“三高、三少”的原则。
“三高”即：高起点、高水平、高投资回报率；“三少”即：少占地、少能耗、少排放。
血液透析膜主要应用到肾透析中，是临床中应用最为广泛的的血液净化材料，是血液透析过程中核心材料，对于血液透析治疗效果有着关键的影响。
血液透析膜的主要原理为，利用透析膜的两侧平衡原理，把血液与透析液进行渗透，将血液中的尿素、肌酐等多余成分，通过透析膜进入透析液，而糖类、蛋白质、血细胞等则停留在血液侧，回流到患者体内，从而达到血液净化的左右。
报告主要内容：项目基本情况、建设背景、市场分析、调研、项目方案分析、选址方案评估、土建方案说明、工艺方案说明、环境影响概况、安全生产经营、风险应对评价分析、项目节能方案分析、项目实施安排方案、项目投资方案分析、项目盈利能力分析、项目综合评价等。
血液透析膜项目可行性计划目录第一章项目基本情况第二章建设背景第三章项目方案分析第四章选址方案评估第五章土建方案说明第六章工艺方案说明第七章环境影响概况第八章安全生产经营第九章风险应对评价分析第十章项目节能方案分析第十一章项目实施安排方案第十二章项目投资方案分析第十三章项目盈利能力分析第十四章项目招投标方案第十五章项目综合评价第一章项目基本情况一、项目承办单位基本情况（一）公司名称xxx科技公司（二）公司简介公司始终坚持“人本、诚信、创新、共赢”的经营理念，以“市场为导向、顾客为中心”的企业服务宗旨，竭诚为国内外客户提供优质产品和一流服务，欢迎各界人士光临指导和洽谈业务。
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 Purification[M].Beijing:Beijing Science and Technology Press,2016.[8]㊀GAO A,LIU F,XUE L.Journal of Membrane Science[J],2014,452:390-399.[9]㊀SANTOUS A,HABERT A,FERRAZ H.Journal of Materials Sci-ence:Materials in Medicine[J],2017,28(9):131. 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功能材料(血液透析膜)
纺织104班全体男生
（一）简介： 血液透析简称血透。通俗的说法也称之为人工洗肾， 是血液净化技术的一种。 它利用半透膜原理。通过扩散．将患者的血液和透析 液同时引进透析仪(两者的流动方向相反)圆，利用透析 仪的半透膜，将血中蓄积的过多毒素和过多的水分清 除体外，井补充碱基以纠正酸中毒，调整电解质紊乱， 替代肾脏的排泄功能。
3.聚砜类 聚砜类透析膜由于其膜孔径和孔径分布可以通过改变铸 膜液的组成而很容易的得到控制, 且对血液中分子量有 害物质微球蛋白和内毒素能够有效去除, 因而在血液透 析器膜材料中应用很广. 聚醚砜通过干- 湿法纺丝工艺得到中空纤维膜, 然后经 过空气热处理, 实验结果表明经过热处理的膜在截留性 能和渗透性能保持不变的情况下, 纤维内外壁变得光滑, 适合用于血液透析.其中添加剂既起到致孔剂的作用, 又 能改善材料的血液相容性.
（四）.血液透析器膜材料的发展趋势 1.利用几种高分子材料物理共混 聚醚砜膜材料中加入聚乙烯基类的聚合物或共聚物、纤 维素及其酯类进行共混, 制得的中空纤维膜能很好的满 足透析器的需要如：利用磷脂聚合物与醋酸纤维素共混 作为膜材料, 与单纯的醋酸纤膜相比, 共混膜不仅具有 较好的亲水性和渗透性而且表现出较好的抑制蛋白吸附 能力
（3）.是宿主反应，包括局部和全身反应，如炎症、细 胞毒性、凝血、过敏、致畸和免疫反应等。对于非降解 型医用高分子材料，稳定性和相容性是重要的，这些问 题包括与细胞组织（包括血液）的相容、水解的稳定性， 与药物和药物处理的反应，钙化作用，长期的功能，诱 变的或致癌的作用以及无菌性。
（4）.可纺性 是指高分子膜材料通过加工形成连续的固态纤维的 能力. 作为纺丝材料, 首先要求纺丝液从喷丝板毛细 孔流出后能形成稳定细流, 细流的稳定性通常与由纺 丝液从喷丝板流出的速度、纺丝液的黏度、纺丝液的 表面张力、纺丝液的温度、纺丝液各种组份的比例、 凝固浴的组成及温度以及拉伸比等有关. 由于透析膜 绝大多数是中空纤维式, 由纺丝工艺制得, 因而要求 膜材料配制的铸膜液具有较好的可纺性.（湿法纺丝）
血液透析膜的制备
Hemodialysis Membrane Prepared from Cellulose/N Methylmorpholine-N-oxide Solution. I. Effect of MembranePreparation Conditions on Its Permeation Characteristics由纤维素或者N-甲基吗啉-N-氧化物溶液制备血液透析膜。
一、膜的渗透特性制备条件的影响YOSHIHIKO ABE,1AKIRA MOCHIZUKI21 Research & Development Center, Terumo Corporation, 1500 Inokuchi, Nakai-machi, Ashigarakami-gun, Kanagawa259-0151, Japan2 Kofu East Factory, Terumo Corporation, 1727-1 Tsuijiarai, Showa-cho, Nakakoma-gun, Yamanashi 409-3853, JapanReceived 21 May 2001; Accepted 15 August 2001Published online 20 March 2002 in Wiley InterScienceABSTRACT: Flat hemodialysis membranes were prepared from cellulose / N-methylmorpholine- N-oxide (NMMO) solutions (dope) with different cellulose concentrations (6–8wt %) by using a phase-inversion method. The coagulant used was NMMO aqueoussolution, of which the NMMO concentration and its temperature were varied in therange of 0 to 50 wt % and 5 to 60°C, respectively. The effects of these preparationconditions on the permeation characteristics, the ultrafiltration rate (UFR) of purewater, and sieving coefficient (SC) of dextran, were investigated. The decrease incellulose concentration of the dope and the increases in both temperature and NMMO concentration of the coagulant gave a membrane with high UFR. Concerning the SC,the increase of the cellulose concentration and the decreases in both temperature andNMMO concentration gave a good result. Consequently, the membrane having thepreferable UFR and SC as a hemodialysis membrane was obtained when the 8 wt %cellulose dope was coagulated in water at 5°C. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Appl PolymSci 84: 2302–2307, 2002Key words: cellulose; hemodialysis membrane; N-methylmorpholine-N-oxide; ultrafiltration rate; sieving performance摘要：平整的血液透析膜由纤维素或者N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO法）溶液（涂料）与不同浓度的纤维素（6-8wt％）使用相转移法来制备。
血液透析膜的原理应用
血液透析膜的原理应用1. 概述血液透析膜是一种重要的医疗器材，广泛应用于肾脏疾病治疗中。
它通过特殊的结构和材料，实现了血液与透析液之间的物质交换。
本文将介绍血液透析膜的原理以及其在临床应用中的重要性。
2. 血液透析膜原理血液透析膜的原理是基于渗透和扩散的原理。
其结构具有特殊的微孔，通过这些微孔，溶质和水分子可以从血液侧扩散到透析液侧，实现血液的净化。
详细来说，当血液与透析液接触时，根据溶质浓度差异，溶质和水分子会通过膜孔进行扩散。
同时，根据水分子的渗透压差异，水分子也会通过渗透来实现血液的脱水。
这样，血液中的废物和多余的水分就可以被透析膜清除出去，达到治疗的效果。
3. 血液透析膜的种类血液透析膜的种类繁多，根据材料、孔径等因素可以分为多种不同的类型。
以下是常见的血液透析膜类型：•非活性膜：一般采用聚合物材料制成，具有良好的生物相容性和抗凝血性能，适用于长期透析治疗。
•活性膜：在非活性膜的基础上，加入活性物质，具有更好的净化效果，适用于治疗尿毒症等严重肾功能衰竭病患。
•高分子膜：由高分子材料制成，具有较大的孔径，适用于高分子废物排除，如胆红素等。
•低分子膜：孔径较小，适用于低分子废物的排除，如尿素等。
4. 血液透析膜的应用血液透析膜在临床上有着广泛的应用，主要用于以下方面：•慢性肾脏病治疗：对于终末期肾病患者，血液透析膜可以起到替代肾脏功能的作用，有效去除体内废物和多余的物质，维持体内电解质和酸碱平衡。
•急性肾损伤治疗：血液透析膜可以通过快速清除体内的毒素和废物，以及控制体内电解质平衡，帮助恢复肾脏功能并改善患者病情。
•中毒和药物过量治疗：对于中毒和药物过量导致的严重患者，血液透析膜可以将毒素和药物快速清除，起到救治的作用。
•血液净化：血液透析膜可以通过清除血液中的有害物质、净化血液，达到治疗各种疾病的目的。
5. 血液透析膜的进展和展望随着科学技术的进步和临床实践的经验积累，血液透析膜在近年来有了很大的进展。
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扩散、超滤、吸附作用。
2014-10-16
膜结构对血液相容性影响的研究
2014-10-16
前人在对人工肾孔径和孔径分布的研究中利用 PES作为膜材料、NMP为溶剂、 PVP 作为致孔剂、水作为芯液和凝固浴进行纺丝实验，调节 PVP 在纺丝液中 的含量，得到三种不同膜结构的中空纤维膜
膜结构对血液相容性影响的研究
Nipro公司三醋酸纤维素 透析膜结构
2014-10-16
膜结构对血液相容性影响的研究
费森尤斯公司聚砜透析膜结构
2014-10-16
膜结构对血液相容性影响的研究
好洗宝（HOSPAL）丙烯腈
阿克苏（AKZO）丙烯腈
2014-10-16
旭化成（ASAHI）丙烯腈
膜结构对血液相容性影响的研究
东丽（TORAY）聚甲基丙烯酸甲酯
Spinning solution
2014-10-16
图9-12 血液透析膜专用喷丝板
9.2 血液透析概念及工作原理 9.2.1 血液透析概念
血液透析：血液透析 (hemodialysis) 是根据Gibbs-Donman 膜平衡原 理将患者血液和透析液同时引入透析机内，当它们分别流经透析膜两侧 时，通过透析膜的溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。
2014-10-16
9.2.2 血液透析原理
血液透析：血液透析 (hemodialysis) 是根据Gibbs-Donman膜平衡原理将患者 血液和透析液同时引入透析机内，当它们分别流经透析膜两侧时，通过透析膜 的溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。 血液透析器：血液透析器（Hemodialysis，HD）又称透析型人工肾，是用人 工方法模仿人体肾小球的过滤功能，在体外循环的情况下，去除人体血液内过 剩的含氮化合物，新陈代谢产物或逾量药物等，调节水和电解质平衡，以使血 液净化的一种高技术医疗装臵，是目前治疗肾功能衰竭和尿毒症时广为采用而 疗效显著的一种人工器官。 血液相容性是指生物材料表面抑制血管内血液形成血栓的能力和生物材料 对血液的溶血现象（红细胞破坏）、血小板功能降低、白细胞暂时性减少、功 能下降以及补体激活等血液生理功能的影响。此外，还有材料不致使血浆蛋白 变性，不影响血液中存在的生命体多种酶的活性，不改变血液中电解质浓度渗 透压，不引起有害的免疫反应等。因而，对于透析器膜材料，血液相容性起到 至关重要的作用。
合 成 材 料
聚丙烯腈（Asahi，PAN－DX）
聚砜（Fresenius，PS400)
聚甲基丙烯酸甲酯 (Toray，PMMA)
聚醚砜 (新材料)
2014-10-16
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图9-10 我国医疗机构常用的透析器
Incidence of ESRD （end-stage renal disease） (per million population), 2006 数据来源：USRDS（美国肾脏病数据系统）
图9-6 早期的 中空纤维透析器
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图9-7 肾功能和肾元结构
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图9-8 人工肾示意图
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图9-9 血液透析示意图
2014-10-16
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醋 酸 纤 维 素
再生纤维素（AKZO，铜仿膜）
改良纤维素 (AKZO， 血仿膜）
膜 材 料
1912 年， Abell 进行了一次活体扩散试验，他将动物的血液流经火 棉胶膜（一种纤维素类半透膜），结果发现血液中的毒素及电解质可以 通过火棉胶膜向外扩散，而大分子物质如血细胞、蛋白质等不能通过。
2014-10-16
1924年德国医生Haas利用火胶棉制成1.2m长的火棉胶管，总面积为 1.5-2.1m2，用水蛭素作为抗凝剂，对第一例尿毒症患者作了透析实验， 如图所示。到 1928 年为止， Haas 医生共对 6 位病人进行了透析试验，均 以失败告终。虽然Haas没有取得好的治疗效果但在人体进行了首次实践， 为以后发展打下了良好的基础。 1943年荷兰医生Willem Kolff研制出第一台供临床使用的转鼓式人 工肾，如图所示，并于1945年对一位67岁的重症肾衰竭患者进行治疗， 转鼓式人工肾发挥了正常人体的肾功能并成功的延续了病人的生命，直 到患者在 73 岁时由于其他疾病而死亡。随后 Kolff 又成功的在其他 16 位
American Baxter:5% （百特）
Other country 40％
2014-10-16
Gambro:20% （金宝）
鉴于以上原因，我们需要发 展自己的生物医用膜技术， 从而打破国内市场被国外产 品垄断的局面。
Sweden
图9-11 血液透析器生产厂家
2014-10-16
Water
Partition
中国:400元/次 每月:10-12次
每年:120-144次
每年:48,400元～57600／人
2014-10-16
中国：366,600
Germany FMC:35% （费森尤斯）
A：Japan：Asahi和Toray约15％； B：德国贝朗、德国迈博锐、意大 利贝尔克以及埃及海迪尼娜及其它 约25％； C：中国：山西华鼎、山东潍坊和 江苏朗生（约占中国市场的5％）。
2014-10-16
膜结构对血液相容性影响的研究
PES-DF
2014-10-16
PES-SF
膜天（MOTIMO）聚醚砜
膜结构对血液相容性影响的研究
PES-LS
膜天（MOTIMO）聚醚砜
项目取得的主要成果 －纯水通量检测报告
纯水通量：(74±0.013)L/m2·h 合同指标：20 L/m2·h
第九章 血液透析膜
9.1 血液透析及血液透析膜发展概况
19世纪中叶，苏格兰化学家 Thomas Graham 发现涂有蛋清的羊皮纸 起一种半透膜的作用：晶体物质能够经羊皮纸扩散到水中，而胶体物质 不能。他把这种现象第一次称为“透析”，并预言他的这一发现将会在 医学上得到应用。 1840年，Piorry首先使用“尿毒症”一词，他认为尿毒症是尿滞留 在血液中引起中毒，从而出现了一系列临床症状。
2014-10-16
项目取得的主要成果 －牛血清蛋白截留率检测报告
牛血清蛋白截留率：99.2%
合
同
指
标：＞98%
2014-10-16
样品
聚醚砜中空纤维血液透析器
聚醚砜中空纤维血液浓缩器
2014-10-16
关键技术
纺制血液透析膜用喷丝板
新型血液透析膜临床测试平台
2014-10-16
牛血实验
2014-10-16
患者身上进行治疗，都取得了不错的疗效，从而验证了 Abell 和 Haas 对
于人工肾治疗肾脏疾病理念的有效性。
2014-10-16
二战以后，Willem Kolff 转鼓式人工肾在美国波士顿Peter Brent Brigham Hospital 得到极大地改进，即著名的 Kolff-Brigham kidney 。 Kolff-Brigham 人工肾在朝鲜战争中救助了大量的因外伤引起的肾功能 丧失伤员。 自 Kollf 转鼓式人工肾可以成功治疗尿毒症病人以后，世界各国开 始研究更为先进和有效的透析器。其中平板式透析器成为这一阶段的典 型成果。1948年首先出现了Skegg-Leonards平板式透析器，到1960年， 挪威科学家Fredrik Kiil将平板式透析器发展到了顶峰，直到1990年才 逐渐被淘汰。 1964 年美国科学家 Richard Stewart 首先开创了中空纤维式透析器。 随后中空纤维透析器取代了传统的管式和平板式透析器，并于 1964 至 1967年在陶氏化学公司进行了工业化生产。此项技术使得中空纤维透析 器以低廉的价格稳定的生产。到今天为止，中空纤维透析器仍然是治疗 急、慢性肾衰竭病人的主流产品。
血液透析器：血液透析器（Hemodialysis，HD）又称透析型人工肾，
是用人工方法模仿人体肾小球的过滤功能，在体外循环的情况下，去除 人体血液内过剩的含氮化合物，新陈代谢产物或逾量药物等，调节水和
电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗装臵，是目前治疗肾功能
衰竭和尿毒症时广为采用而疗效显著的一种人工器官。
2014-10-16
图9-1 Georg Haas医生在德国 Giessen大学进行透析实验
图9-2 活体扩散机器（Abell 及他的同事，1913）
图9-3 Willem Kolff 转鼓式人工肾（1943）
2014-10-16
图9-4 Kolff-Brigham 人工肾（1952） 图9-5 Kill平板式透析器 结构示意图