聚砜膜親水力學性能提升改進及血液透析實際應用

摘 要：針對傳統(tǒng)血液透析膜通透效果及對毒素分子清除效果差的問題。試驗對改性膜的制備配比進行優(yōu)化，對其基礎性能及生物性能進行研究，對其臨床應用效果進行考察。結果表明，在季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)為4%，聚乙烯吡咯烷酮質量分數(shù)為3%制備的改性聚砜膜水接觸角為64.3°，水通量為82.4 L/ （m 2 ·h），牛血清蛋白截留率為95.7%，Zeta 電位為41.3 mV，斷裂強度為5.4 MPa，斷裂伸長率為6.1%。與血液接觸后，改性聚砜膜上血小板粘附率僅為1.7%，細胞變形率僅為4.47%，60 d對 DPPH自由基清除率和ABTS＋自由基清除率分別為87.7%和98.5%，滿足血液透析的相關要求。將其用于臨床血液透析，確定改性聚砜膜優(yōu)于傳統(tǒng)醫(yī)用透析膜。

關鍵詞：血液透析；聚砜膜；親水改性；生物材料

中圖分類號：TQ317 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0077-04

Improvement of the hydrophilic performance of polysulfonefilm and practical application of hemodialysis

WANG Ting 1，2 ，LEI Li 1 ，ZHAO Su 1 ，LIN Zhu 1

（1.LuzhouPeople’sHospital，Luzhou646000，SichuanChina；2.ChinaMedicalUniversity，Shenyang110001，China）

Abstract：In order to solve the problems of poor permeability effect and toxin molecule removal effect of traditionalhemodialysis membrane，the preparation ratio of modified membrane was optimized，its basic performance and bio?logical properties were studied，and its clinical application effect was investigated. The experimental results showedthat the modified polysulfone membrane prepared with a mass fraction of 4% aminated polytetrafluorostyrene and3% polyethylene pyrrolidone had a water contact angle of 64.3°，a water flux of 82.4 L/ （m 2 ·h），a bovine serum pro?tein retention rate of 95.7%，a Zeta potential of 41.3 mV，a fracture strength of 5.4 MPa，and a fracture elongation of6.1%. After contact with blood，the platelet adhesion rate on the modified polysulfone membrane was only 1.7%，thecell deformation rate was only 4.47%，and the DPPH free radical clearance rate and ABTS+free radical clearancerate after 60 days were 87.7% and 98.5%，respectively，meeting the relevant requirements for hemodialysis. It wasused in clinical hemodialysis to determine the superiority of modified polysulfone membranes over traditional medi?cal dialysis membranes.

Key words：hemodialysis；polysulfone membrane；hydrophilic modification；biomaterials

目前常用的血液透析膜多為普通聚砜膜，在使用過程中存在透析時間長，對毒素分子清除效果差的問題。優(yōu)化透析膜材料性能對增加血液透析效果有重要意義。對此，部分學者也進行了很多研究，如以中空纖維型透析器為主要研究對象，對其改善透析性能和生物相容性的優(yōu)化途徑進行研究 [1] 。對比了高通量三醋酸纖維素膜（CTA）透析器與聚砜膜（PS）透析器在臨床透析中的實際效果 [2] 。通過在傳統(tǒng)聚砜膜基礎上制備了一種對血小板作用明顯的抗氧化改性聚砜膜 [3] 。以磺化聚三氟苯乙烯為改性劑，對聚砜膜進行親水改性，增強其分離性能 [4] 。以上學者的研究為血液透析膜的發(fā)展提供了參考，但在臨床應用效果方面還存在不足?；诖?，本試驗以聚砜膜為膜材料制備了一種高通量透析膜，并對其性能和臨床應用效果進行分析。

1 試驗部分

1. 1 材料與設備

主要材料：聚三氟苯乙烯（PTFS）（AR，聚舜化工）；二氯甲烷（AR，啟辰化工）；三氧化鋁（AR，森菲達化工）；氯化亞砜（AR，壹號化工）；聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（AR，樂芙生物科技）；二甲基乙酰胺（DMAc）（AR，鑫科化工）。

主要設備：DZF型電熱烘箱（華恒試驗儀器）；81-2型磁力攪拌器（卓成儀器科技）；DT-300型Zeta電位分析儀（九域檢測分析儀）；uV2600型紫外分光光度計（艾飛思精密儀器）；WB-600E型萬能力學試驗機（方圓試驗儀器）；NIB型光學顯微鏡（德茲儀器）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 季胺化聚三氟苯乙烯的制備

（1）提前對所有藥品及試劑進行充分干燥，以保證試驗在無水條件下進行；

（2）按照3∶20的體積比依次在單口燒瓶內(nèi)放入PTFS和二氯甲烷溶劑，然后放入適量三氧化鋁，在磁力攪拌器的作用下充分溶解，攪拌轉速及溶解溫度分別為600 r/min和35 ℃；

（3）提升溫度至45 ℃后，通過恒壓滴液漏斗將氯化亞砜逐滴滴入混合溶液中，在滴加氯化亞砜的過程中，溶液顏色及狀態(tài)變化順序為：乳白色溶液、無色溶液、黑褐色膠體狀。油浴加熱一段時間后結束反應；

（4）停止加熱和攪拌，待其自然冷卻后緩慢滴入30 mL去離子水，振蕩混合后放1 200 mL甲醇，使其成為淡黃色固體，將其撕碎后，用清水沖洗12 h后至于真空烘箱內(nèi)真空烘干，干燥時間為12 h；

（5）將干燥產(chǎn)物重新溶于二氯甲烷中去除不溶物質，通過旋轉蒸發(fā)儀蒸發(fā)掉二氯甲烷，得到未交聯(lián)CMPTFS；

（6）按照1∶10的比例放入CMPTFS和DMAc溶劑，充分攪拌溶解后，將溶液溫度提升至45 ℃后，緩慢滴入30 mL三甲胺溶液，攪拌反應1 d，移出反應瓶，減壓蒸餾后得到固體季胺化聚三氟苯乙烯（QPTFS）。

1. 2. 2 改性聚砜膜制備

（1）提前將聚砜原料放入真空干燥箱內(nèi)進行干燥處理，干燥溫度和時間分別為60 ℃和24 h；

（2）將季胺化聚三氟苯乙烯粉末、8%PVP 和DMAc 溶劑進行混合，待其完全溶解后，提升體系溫度至60 ℃，放入質量分數(shù)16%的干燥聚砜顆粒，在磁力攪拌機的作用下充分溶解，得到均勻鑄膜液；

（3）室溫靜置1 d后傾倒在干凈的玻璃板上，刮鋪均勻后浸入去離子水中成膜并自然脫落，水中保存1 d，在保存時，隔2 h更換一次浸泡水去除膜中殘余溶劑，取出膜后擦干表面水分，得到改性聚砜膜。

1. 3 性能測試水通量：采用死端過濾的超濾杯對純水通量進行測試 [5-6] 。

BSA截留率：以牛血清白蛋白為污染物進行截留率測試 [7] 。

Zeta 電位：通過Zeta電位分析儀進行測試 [8-9] 。

力學性能：通過萬能力學試驗機進行測試 [10] 。

自由基清除率：通過紫外分光光度計對自由基清除率進行表征[11-12] 。

細胞形態(tài)學：通過光學顯微鏡對細胞形態(tài)學進行分析 [13] 。

2 結果與討論

2. 1 改性聚砜膜配比優(yōu)化

2. 1. 1 季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)優(yōu)化季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)對改性聚砜膜水通量和BSA截留率的影響見圖1。

由圖1可知，隨季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)的增加，水通量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，BSA截留量表現(xiàn)出的先增加后趨于平衡的趨勢。但季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)過多時，會增加鑄膜液體系的濃度，使其形成致密的皮層，截面結構朝海綿結構轉變，這就導致了膜結構的孔隙數(shù)量減少，降低了水通量 [14] 。BSA截留量變化原因在于，體系內(nèi)摻入季胺化聚三氟苯乙烯后，膜結構生成致密的皮層結構，因此具備較好的BSA截留率 [15] 。當季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)為4%時，水通量和BSA截留率均達到最高，因此選擇適合的季胺化聚三氟苯乙烯質量分數(shù)為4%。

2. 1. 2 PVP質量分數(shù)優(yōu)化

PVP質量分數(shù)對改性聚砜膜水通量和BSA截留率的影響見圖2。

由圖2可知，PVP質量分數(shù)主要對膜的水通量產(chǎn)生影響，對BSA截留量不產(chǎn)生影響，這是因為，PVP質量分數(shù)對改性膜的孔結構產(chǎn)生影響，但不對其皮層結構產(chǎn)生影響 [16] 。當PVP質量分數(shù)為3%時，水通量達到最高。因此選擇適合的PVP質量分數(shù)為3%。

2. 2 改性聚砜膜生物性能分析進一步對改性聚砜膜的生物性能進行分析，結果為：改性聚砜膜上血小板粘附率僅為1.7%，細胞變形率僅為4.47%，說明血小液與改性聚砜膜的接觸是安全的，僅有少量的血小板在膜表面粘附，且不易引起紅細胞的應激形態(tài)變化 [19] ，即可認定該材料不具備細胞毒性，表現(xiàn)出良好的血液相容性；經(jīng)過60 d后，改性聚砜膜對 DPPH 自由基清除率和ABTS+自由基清除率分別為87.7%和98.5%，表明該改性聚砜膜具備良好的抗氧化穩(wěn)定性，自由基清除能力保留時間超過60 d，滿足血液透析的相關要求。

2. 3 模擬血液透析

以制備的改性聚砜膜為模擬血液透析組件，以尿素透析物質，觀察改性聚砜膜的血液透析效果。改性聚砜膜對血液的透析效果見圖3。

由圖3可觀察到，經(jīng)過3 h透析后，模擬血液中尿素質量濃度從1.0 g/L降低至0.35 g/L，溶酶菌質量濃度僅從0.5 g/L下降至0.32 g/L，BSA質量濃度僅從0.5 g/L降至0.48 g/L。這說明改性聚砜膜對尿素的清除效果較好，對溶酶菌清除作用不明顯，對BSA幾乎沒有清除作用。綜上，本試驗制備的改性聚砜膜對于小分子量毒素和中分子量毒素均有一定的清除作用，表現(xiàn)出良好的透析性能，同時還能有效避免透析過程中蛋白質的損失，可以作為血液透析備選材料使用。

2. 4 實際應用方法及應用觀察結果

2. 4. 1 一般資料

選擇2022年1月～2023年1月入院的規(guī)律血液透析患者為試驗對象，患者共64名，年齡區(qū)間均在45～55歲。納入標準：患者臨床診斷均為慢性腎炎，透析時間超過6個月；除腎炎外，無感染及活動性免疫疾病、消化道出血、溶血性疾病、腫瘤、新發(fā)的心腦血管疾病?；颊弑救酥椴⒑炇鹜鈺Ｅ懦龢藴剩夯颊呋加袊乐卦l(fā)性疾病或感染性疾病。

2. 4. 2 應用方法

將患者平均分為試驗組和對照組，每組32人，試驗組采用本試驗制備的改性聚砜膜，對照組采用傳統(tǒng)醫(yī)用聚砜透析膜，除透析膜材料差異外，其余透析過程均一致。

2. 4. 3 應用觀察

通過對患者透析6個月后的尿素氮、血磷濃度、肌酐水平、血β 2 -微球蛋白水平、甲狀旁腺激素濃度進行測定，表征透析膜的透析效果。

2. 4. 4 應用結果

（1）血尿素氮、血磷濃度、肌酐水平變化如表3所示。

由表 3 可知，2 組透析膜均能有效的降低患者血液中血尿素氮、血磷濃度、血清肌酐的濃度，但試驗組對血尿素氮、血磷濃度、血清肌酐降低效果更佳，在血液透析方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。

（2）血β 2 -微球蛋白水平及甲狀旁腺激素變化如表4所示。由表4可觀察到，試驗組對于血β 2 -微球蛋白水平及甲狀旁腺激素均表現(xiàn)出良好的清除作用，而對照組則不表現(xiàn)出清除作用。因此可認定，改性聚砜膜具備更好的血液透析效果。

3 結語

（1）經(jīng)過改性后，聚砜膜的親水性能和力學性能均得到有效提升，具備作為血液透析工具的基本要求；

（2）改性聚砜膜具備良好水通量的同時，還表現(xiàn)出良好的蛋白防污性能。與血液接觸時，細胞變形率低于5%，60 d自由基清除率高于85%，表現(xiàn)出良好的自由基清除穩(wěn)定性，滿足血液透析的相關要求；

（3）通過模擬血液透析，確定改性聚砜膜對小分子量毒素具備較好的清除作用，對中分子量毒素具備一定的清除作用，對高分子量蛋白質沒有清除作用。即該改性聚砜膜具備良好的透析性能，同時還能有效避免透析過程中蛋白質的損失；

（4）將其用于臨床血液透析，確定改性聚砜膜在降低血尿素氮濃度、血磷濃度、血清肌酐濃度，清除血β2-微球蛋白水平及甲狀旁腺激素方面優(yōu)于傳統(tǒng)醫(yī)用透析膜，表現(xiàn)出良好的透析效果。

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