一種多壁碳納米管血液吸附醫(yī)用材料特性分析及應(yīng)用

關(guān)鍵詞：血液吸附；多壁碳納米管；吸附材料；硫酸吲哚；吸附量

中圖分類號：TQ050.4+25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0091-04

為提高血液吸附治療效果，許多學(xué)者對血液吸附材料進(jìn)行了研究。如通過相轉(zhuǎn)化法，以雜萘聯(lián)苯共聚醚砜為膜材料制備了聚砜血液透析膜[1]。為提高尿毒癥中蛋白結(jié)合類毒素的清除效果，開發(fā)了一種血液灌流吸附劑材料[2]。為提高血液分離性能，制備了一種新型改性聚砜透析膜材料[3]?；诖?，為進(jìn)一步血液吸附材料對血液中硫酸吲哚酚等蛋白結(jié)合類毒素的吸附性能，以多壁碳納米管和殼聚糖為主要原材料，制備一種醫(yī)用血液吸附材料，研究該醫(yī)用血液吸附材料的性能和應(yīng)用效果。

1試驗部分

1.1材料與設(shè)備

主要材料：多壁碳納米管（工業(yè)純，山東碳峰新材料科技有限公司）；殼聚糖（AR，武漢拉那白醫(yī)藥化工有限公司）；吐溫-80表面活性劑（AR，濟(jì)南澳興化工有限公司）。

主要設(shè)備：SH-SHY型超聲分散儀（杭州聲暉超聲科技有限公司）；TGA-300型熱重分析儀（上海恒克儀器科技有限公司）；DX-2700BH型X射線衍射儀（上海途度檢測科技有限公司）。

1.2醫(yī)用血液吸附材料的制備

在微流體法過程中，分散相為多壁碳納米管、殼聚糖以及苯甲醛等組成的混合溶液A，連續(xù)相則為石油醚、吐溫-80表面活性劑以及液體石蠟組成的混合溶液B。結(jié)合冷凍干燥技術(shù)，利用以上材料制備含有多壁碳納米管的多孔微球，即醫(yī)用血液吸附材料。該材料制備步驟[4-6]：

（1）在燒杯中添加去離子水80mL，采用超聲分散的方式，將適量多壁碳納米管均勻分散到去離子水中。然后以6000r/min轉(zhuǎn)速離心處理30min，保留上清液；

（2）將上清液添加到一個干凈的燒杯中，再添加適量濃度為0.5mol/L的醋酸溶液，然后加入適量殼聚糖以及乙醇/苯甲醛混合溶液，充分?jǐn)嚢杌旌?，得混合溶液A，即分散相，備用；

（3）將適量的液體石蠟、石油醚和吐溫-80表面活性劑在干凈燒杯中攪拌混合，得混合溶液B，即連續(xù)相，備用；

（4）以混合溶液為分散相，以混合溶液B為連續(xù)相，通過微流體裝置進(jìn)行處理，充分乳化。再滴加適量戊二醛，充分固化交聯(lián)4h；

（5）用無水乙醇、石油醚對反應(yīng)產(chǎn)物充分洗滌，并加熱酸化，直到水洗至中性，然后對產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、冷凍干燥，得醫(yī)用血液吸附材料。

1.3性能測試

XRD分析：通過DX-2700BH型X射線衍射儀對各醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行測試。

熱重分析：通過TGA-300型熱重分析儀對各醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行測試。

吸附性能：在一個干凈燒杯中添加10mL硫酸吲哚溶液，然后加入適量醫(yī)用吸附血液材料，在恒溫25℃條件下振蕩吸附。在一定反應(yīng)時間后，收集硫酸吲哚溶液，并用紫外可見分光光度計測試溶液在278nm波長處的吸光度值，進(jìn)而分析醫(yī)用吸附血液材料對硫酸吲哚毒素的吸附量。

2結(jié)果與分析

2.1XRD分析

通過X射線衍射儀對不同多壁碳納米管摻量的醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行表征，并與純多壁碳納米管進(jìn)行對比，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，在多壁碳納米管的XRD衍射圖譜中，2θ為27.46°與45.28°分別有明顯的衍射峰。對于摻入0.01%、0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料，其在2θ為20°、30°、45°有較為形象的衍射峰。其中20°處的衍射峰主要為殼聚糖的特征衍射峰，30°、45°處的衍射峰則主要與多壁碳納米管基本一致[7-9]。這說明，經(jīng)過冷凍干燥后，該醫(yī)用血液吸附材料物質(zhì)原本的形貌和結(jié)合水基本不發(fā)生改變，且保留了極大部分物理性質(zhì)與物質(zhì)化學(xué)組成。同時也說明了在醫(yī)用血液吸附材料中多壁碳納米管基本未出現(xiàn)團(tuán)聚，分散性良好。

2.2熱重分析

通過熱重分析儀對不同多壁碳納米管摻量的醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行表征，并與未摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行對比，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著溫度的升高，各醫(yī)用血液吸附材料的剩余質(zhì)量百分比逐漸減小?？梢钥吹?，這些醫(yī)用血液吸附材料的熱重分析曲線主要由3個階段組成：第1個階段在0～200℃，各材料的質(zhì)量略微損失，這主要是由材料內(nèi)部失去水分引起的。第2個階段在200～450℃，各材料的質(zhì)量快速損失；在這個階段醫(yī)用血液吸附材料中的主鏈因高溫發(fā)生斷裂，開始熱分解。第3個階段在450～750℃，各材料的質(zhì)量緩慢損失并達(dá)到一個平衡值。這主要是因為醫(yī)用血液吸附材料中的交聯(lián)部分和骨架出現(xiàn)斷裂所致。與未摻碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料相比，摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料初始熱分解溫度明顯增大。其中摻入0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料初始熱分解溫度最大，且熱分解后剩余質(zhì)量百分比相對更高。因此，可認(rèn)為在添加多壁碳納米管之后，該醫(yī)用血液吸附材料熱穩(wěn)定性能得到改善。

2.3吸附性能分析

2.3.1反應(yīng)時間對吸附性能的影響

在不同反應(yīng)時間條件下，考察不同多壁碳納米管摻量的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附性能，并與未摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行對比，其中醫(yī)用血液吸附材料初始質(zhì)量濃度為100mg/L，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著反應(yīng)時間的增加，各醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量逐漸最大然后達(dá)到一個平衡值。當(dāng)反應(yīng)時間從3h增多到18h時，未摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從4.08%增多到15.22%；摻入0.01%碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從9.34%增多到33.55%；摻入0.03%碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從28.22%增多到53.80%。這表明這些醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚均有一定的吸附性能。同時發(fā)現(xiàn)，與未摻入多壁碳納米管時相比，摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料吸附性能更佳，摻入0.03%多壁碳納米管時的吸附性能最佳。

2.3.2初始濃度對吸附性能的影響

在不同初始濃度條件下，考察不同多壁碳納米管摻量的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附性能，并與未摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行對比，其中醫(yī)用血液吸附材料反應(yīng)時間為18h，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著初始濃度的增加，各醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量逐漸增大。當(dāng)初始濃度從100mg/L增大至400mg/L時，未摻入多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從15.22mg/g增大至18.08mg/g；摻入0.01%碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從33.55mg/g增大至66.74mg/g；摻入0.03%碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量從53.80mg/g增大至121.07mg/g。由此可見，初始質(zhì)量濃度的增加可以增大該醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附性能，其中摻入0.03%碳納米管時的吸附性能最佳。

2.4血液吸附應(yīng)用效果分析

2.4.1應(yīng)用對象

采用涂覆法將摻入0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料與普通納米纖維膜結(jié)合，并以未涂覆醫(yī)用血液吸附材料的普通納米纖維膜作為對照，考察該醫(yī)用血液吸附材料的血液吸附效果。在2023年8月至2024年7月期間，非隨機(jī)選取本院收治的34例需要進(jìn)行血液過濾吸附的尿毒癥患者為研究對象。采用隨機(jī)分組法，將這些研究對象分為對照組、觀察組，各17例。兩組研究對象的一般資料對比結(jié)果無統(tǒng)計學(xué)意義，有可比性。

2.4.2納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）接受血液過濾吸附治療時間超過6個月；（2）患者年齡在35～60歲；（3）患者及家屬知曉并同意此研究[10-11]。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者在近6個月之內(nèi)有受到外傷；（2）患者合并有重大器官功能疾??；（3）患者無法正常交流和溝通，不積極配合治療。

2.4.3應(yīng)用方法

對照組使用未涂覆醫(yī)用血液吸附材料的普通納米纖維膜，觀察組使用涂覆摻入0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料的普通納米纖維膜。在治療過程中，各研究對象使用的其余藥物、醫(yī)療器械型號、透析頻率等均相同。

2.4.4觀察指標(biāo)

血液毒素及血常規(guī)：使用全自動生化分析儀測試各組患者在治療前后的尿素氮等小分子下降率，結(jié)果如表1所示。

療效評定：在治療28周后，根據(jù)患者血液中的尿素氮等小分子分析該醫(yī)用血液吸附材料的臨床療效，并分析治療總有效率，結(jié)果如表2所示。

2.4.5應(yīng)用效果

由表1、表2可知，各組患者在治療后的血液毒素均下降，其中使用涂覆醫(yī)用血液吸附材料的普通納米纖維膜的觀察組患者血液毒素清除效果明顯提高。且觀察組治療總有效率為88.24%。這說明，該醫(yī)用血液吸附材料可以提高血液中的毒素清除效果，且治療效果較好，值得進(jìn)一步研究和發(fā)展。

3結(jié)語

（1）當(dāng)添加多壁碳納米管之后，該醫(yī)用血液吸附材料具備良好的熱穩(wěn)定性，且該材料保留了多壁碳納米管的物理性質(zhì)和化學(xué)組成；

（2）摻入0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚毒素的吸附性能良好。當(dāng)初始濃度為400mg/L、反應(yīng)時間為18h時，摻入0.03%多壁碳納米管的醫(yī)用血液吸附材料對硫酸吲哚的最大吸附量可以達(dá)到121.07mg/g；

（3）該醫(yī)用血液吸附材料可以提高血液中的毒素清除效果，使用該醫(yī)用血液吸附材料進(jìn)行治療的患者治療總有效率明顯提高，為88.24%。