二氧化钛纳米管生物透析膜的通透性和蛋白质吸附性能研究

摘要

肾脏疾病成为又一个威胁人类健康的重大疾病,目前世界上有超过5亿人口患有不同形式的肾脏疾病,每年有上百万人死于与其相关的心脑血管疾病。由于供体太少使肾脏移植治疗法受到极大的限制,现在血透或血滤替代治疗法成为了肾脏失去功能后一种成功的维持性替代治疗方法。因此,研究生物透析膜对于进行血液透析的肾脏治疗意义重大。
　　采用阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列,具有良好的形貌,进行腐蚀以后,可以得到两端通透的纳米管阵列。得到的通透的纳米管阵列可以应用于生物过滤和生物透析领域。
　　本论文首先研究了二氧化钛纳米管阵列的制备工艺,分别采用两步阳极氧化法和化学腐蚀法来消除纳米管表面聚集的“纳米线”,制备出了形貌良好、无“纳米线”的纳米管阵列。通过控制阳极氧化电压参数得到了不同管径的纳米管阵列。同时采用挥发的氢氟酸气体对剥落的二氧化钛纳米膜封闭的底部进行刻蚀,获得两端通透的纳米管阵列。实验表明,对比化学腐蚀法,两步阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列形貌更好更稳定;用挥发的HF气体对纳米管阵列底部刻蚀,获得通透纳米管阵列的最佳刻蚀时间为15min。
　　研究了苯酚红、牛血清白蛋白(BSA)在二氧化钛纳米膜上的通透性能以及BSA在二氧化钛纳米膜上的静态吸附和动态吸附过程。采用光电比色计和紫外分光光度计进行苯酚红和BSA的通透研究,探讨了纳米管管径形貌参数对纳米膜通透性能的影响规律。发现管径越大,通透性能越好,且苯酚红的通透性能要优于BSA。采用荧光标记法、红外光谱法(FTIR)、X射线光电子能谱分析(XPS),对比研究了不同管径二氧化钛纳米透析膜以及几种高分子透析膜的蛋白质静态吸附和动态吸附规律。结果表明,蛋白质的吸附量与膜的种类、吸附时间、二氧化钛纳米管管径和蛋白质溶液流速有关。在考察的各种透析膜中,其蛋白质静态吸附的最终吸附量较为一致,一般在8—9μg/mm2左右。而膜的种类不同会影响到蛋白质动态吸附的最终吸附量;在动态条件下蛋白质在二氧化钛纳米膜上的吸附要小于在高分子膜上的吸附,其最终吸附量分别为6—7μg/mm2和7—8μg/mm2。在动态吸附条件下,蛋白质溶液流量为5.5ml/min时的蛋白质吸附量要大于流量为2.5ml/min和8ml/min的蛋白质吸附量。
　　设计并制造了一种新型透析器芯片。采用研制的TiO2纳米管生物透析膜,并与再生纤维素膜、混合纤维素膜和聚醚砜(PES)膜作对比,分别对含有维生素B12、尿素、磷酸盐的代血浆进行了透析研究。同时在透析器芯片中通入蛋白质溶液,研究蛋白质对透析装置的影响规律。结果表明,TiO2纳米管生物透析膜的透析性能要优于高分子透析膜,在三种高分子透析膜中混合纤维素膜和PES膜的透析性能要优于再生纤维素膜;对于各种透析膜而言,均是维生素B12的清除率最小,对于再生纤维素膜而言,磷酸盐的清除率较大,对于其他三种透析膜,尿素的清除率最大。整个的透析过程中,蛋白质的流失率小于16％,而且随时间的延长,流失率变小,基本趋于平衡。虽然在透析膜材料表面会有蛋白质的吸附,但是吸附的蛋白质很少,而且膜表面的大部分孔隙都未被堵塞,蛋白质的吸附不会影响透析器的功能。证实该新型透析器芯片可以应用于血液透析替代人体肾脏过滤功能,为可便携式或可移植式的生物人工肾的研制打下了良好的实验基础。

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1绪 论

1.1血液透析的原理及应用简介

1.2 生物透析膜材料特性的基本要求

1.3 生物透析材料的发展状况

1.5生物透析装置的构建

1.6本论文的研究意义

2.1引言

2.2二氧化钛纳米管阵列的制备

2.3二氧化钛纳米管阵列表面纳米线的去除

2.4不同管径的二氧化钛纳米管阵列的制备

2.5两端通透的二氧化钛纳米管阵列的制备

2.6小结

3.1引言

3.2 生物透析膜通透性的机理及研究方法

3.3实验材料和实验方法3.3.1 实验材料

3.4结果分析与讨论

3.5 小结

4二氧化钛纳米管生物透析膜的蛋白质吸附性能研究

4.1引言

4.2蛋白质吸附的机理和研究方法

4.3实验材料和实验方法4.3.1 实验材料

4.4结果分析与讨论

4.5小结

5新型透析器芯片的设计和功能研究

5.1引言

5.2实验材料和实验方法5.2.1 实验材料

5.3 结果分析与讨论

5.4小结

6全文总结和展望

6.1 论文创新点

6.2 全文总结和展望

致谢

参考文献

附录：硕士期间研究成果