透析器膜材料的研究进展-

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1
RR of death (Ref=1)
(Woods et al.)
High-flux Low-flux
0%
20% 40% 60% 80% 5-year probability of survival
100%
膜通量和膜材料对淀粉样变性的影响 (Hemo Study)
Pitone J et al, ISBP, 2003
保存残余肾功能
Renal Function and Dialysis Membranes
8
Intrinsic urea clearance (Kr) ml/min
6
4
PSu F80 CA 110
2
0
Begin
4-9
10-15
16-21
22-24
Therapy month
5.8 2.8 8.0 15 32 40 42
Source: Weber et al. Int J Artif Organs 1997, 20: 144-152
高通量透析器的吸附功能不完全相同：
• 聚甲基丙烯酸甲酯膜（PMMA)、AN69膜吸
附能力最强
• 聚酰胺膜（PA)和聚砜膜（PS）次之
• 铜仿膜的吸附能力最差
分隔层“最 小的阻力”
对称膜
Thin wall（薄壁）16-18μm
对称膜壁薄
为了减少膜 的阻力 会导致膜形 状变成 ‘ 非圆型’
Symmetric membrane structure
• 溶质通过半透膜需要克服自身的
阻力
• 对称膜有着均一的膜孔大小，因
此降低阻力的唯一办法就是使得 膜壁变薄或者增加膜孔的数量
randomized cross-over study in 18 patients, 3 x 8 weeks
Ref: Schindler et al, 2000
对血清白蛋白的影响 (Hemo study)
血清白蛋白 (g/dl)
生存率
4.2 4
* ** *
**
白蛋白水平
3.8 3.6
Low-Fux
通过对羟基的各 通过对多聚体的 带有大量的羟基 种改性 物化改变 亲水性强 对称 低 多 亲水性弱 对称 适中 较多 较强的疏水性 不对称 高 少
Adapted from Am J Kidney Dis 1998; 13 (s.3) 115
生物相容性
--判定透析膜优劣的主要指标
膜材料与血液接触后的生物反应模式图
* P<0.05 ** P<0.01
High-Fux
死亡率
3.4 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8
用 F80之前 用 F80之后
Marcus et al. Am J Kidney Dis 31: 491-494, 1998
• 传统透析膜的改进 • 研发新型透析膜 • 发展生物活性膜
Patients (No.) Polysulfone (F80) Cellulose Acetate (CA 110)
50 50
45 40
46 43
43 39
39 36
Mc Carthy et al, Am J Kidney Dis, 29: 576-583 (1997)
1057
Inflammatory markers and dialysis membrane
透析膜材料的研究进展
武汉大学中南医院 肾内科 & 血液净化中心 司 晓 芸
什么是透析膜
一种以浓度差为推动力的分离膜 根据分离的溶质的粒径，要求透析
膜上有相适应的孔径均匀的微孔
透析膜的原理
纳米级微孔
透析器膜的历史
1940 50s 60s 70s 80s 90s 2000之后
膜 形状
蟠管型
临床益处
透析膜和死亡率
Krane V et al. Am J Kidney Dis (2007); 49:267-275
透析膜和死亡率
High-flux vs. low-flux (Hornberger et al.) High-flux vs. low-flux (Koda et al.) Synth. vs. cell. (Death of infection) (Bloembergen et al.) Convective vs. diff. Tx (Locatelli et al.) Synth. vs. cell. (Hakim et al.)
“旋转式鼓桶”
平板型
“金属板”
平板型
“盘卷”
空心纤维
透析器 三醋酸 修饰 纤维素
膜 材料
纤维素
醋酸 纤维素
纤维素 FMC 低通量 聚砜膜 其他 合成膜
PAN
血液 治疗 方式 低通量 血液透析 滤过
-
血液 透析滤过
-
联机Baidu Nhomakorabea血液
-
透析滤过
高通量
血液透析
透析膜材料分类
纤维素膜 再生纤维素膜
铜仿膜
合成膜
聚砜(PS)—费森、贝朗、威高、 旭化成、朗生等 聚酰胺 (PA)—金宝
非对称膜
Open pore size on the outside
Tight pore size in the inside (blood contact)
• 非对称膜的主要阻力是最内层
膜的壁厚度，其余的膜是起到 支撑的作用
• 因此当膜的形状接近标准的圆
形，膜的本身阻力就非常小
亲水－疏水微区域限制了血液中蛋白质 细胞与膜表面的相互作用
疏水性和表面电荷使其能吸附炎症介质
高通量聚砜膜: 内毒素截留能力
透析液侧
血侧
从透析液侧到血侧无内毒素的转移: 透析液侧泡沫状膜，血液侧膜光滑、表面大 吸附能力强 仅有 1/百万单位的内毒素能跨过膜 !!!
透析器膜应用情况：
100 %
高通量/低通量 合成膜
13 %
高通量 合成膜
60 %
低通量 合成膜 低通量 纤维素膜 87% 低通量 纤维素膜 40%
Leukocyte Reduction Filter
Non-woven polyester sheet
透析器 / 膜的筛系数
Low-Flux
HighFlux
Urea Creatinine Vitamin B12 Inulin ß 2-microglobulin Albumin
1 1 0.65 0.05 0 0
Urea Creatinine Vitamin B12 Inulin ß 2-microglobulin Albumin
1 1 1 1 0.65 & 0.8 < 0.001
提高的中大分子清除能力
透析膜的吸附能力
-脂蛋白A和脂多糖
透析器 E3 F4 Acepal1300 Altraflux Filtral12 F60 Polyflux110 膜材料 Cuprophane Low Flux Ps Cell Acetate Cell Acetate AN69 High flux Ps Polyamide UF coeff
lipid concentration [mg/dl]
LDL 120 100 80 60 40 20 0
HDL
LDL/HDL 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0
ratio LDL/HDL
Modified cellulose versus Polyflux S 43 patients
* *
0 4 12
time [weeks] Modified Cellulose Polyflux S
**
28
Polyflux:
Improvements in lipid profile may help to reduce the lipid lowering medications
20
*p<0.05 vs time 0 and 4 weeks

• 肝素+聚丙烯腈/聚乙烯亚胺膜,透析效果良
好,并可减少透析期间的过敏反应 • 固化壳聚糖+肝素+聚丙烯腈膜显示良好的 血液相容性, 可抑制铜绿假单孢菌活性 • 肝素+聚醚砜,既保持了聚醚砜的力学性能, 又能提高透析膜的抗凝血性能 • 醋酸纤维膜+亚油酸膜或聚丙烯酸+亚油酸+ 聚砜膜, 更好的生物相容性和抗凝血效果
激活修饰的补体通道 激活 XII因子
产生 C5a , C3a 以及过敏毒素
激活 缓激肽释放酶
肥大细胞
血小板
中性粒细胞
粘附受体 LTB4 β2-微球蛋白
单核细胞 PG等 IL-1,TNF 血小板 减少症
释放缓激肽
释放组胺, 白细胞三烯 血管舒张, 支气管收缩
低血压 低血压,发热
纤维素膜的基础单元
65 %
35 %
1990
2000
透析膜材料的未来发展方向
• 传统透析膜的改进 • 研发新型透析膜 • 发展生物活性膜
透析膜的制造工艺
聚砜膜纤维内壁的比较
透析器的封装与切割
切割工艺比较
基于通透性的膜的分类
•
•
高通量（HIGH FLUX）-KUF>20 ml/hr.mmHg 用于HDF/HF 和HIGH FLUX HD CTA/TRICEA, AN69, Nephral ST, Polyflux, DIAPES, Xenium, Polysulfone, PMMA. 低通量（LOW FLUX）-Kuf <20ml/hr.mmHg Cuprophan, Hemophan, Cellulose Acetate, LF Polysulfone, LF PMMA, EVAL, LF PES
ml/hr/mmHg
Adsorbed LpdA g/m2 4.5 3.4 38.8 8.1 10.7 2.3 11.0 1.3 12.8 4.7 55.5 7.1 61.1 10.8
Adsorbed LPS ng/m2 91 29 260 42 162 38 90 42 109 84 567 80 352 123
1.利用几种高分子材料物理共混
聚醚砜膜+聚乙烯基类的聚合物或共聚物 /纤维素及其酯类 磷脂聚合物+醋酸纤维素 聚砜膜+乙烯乙二醇 具有较好的亲水性和渗透性 表现出较好的蛋白吸附能力

2.利用化学反应
通过化学反应在基膜材料中引入其它基团. 激活基膜材料 通常采用氯甲基化、催化剂、臭氧处理等 利用醇化、酯化等化学反应把目标基团引 入到基膜材料的表面 常引入的高分子材料包括PVP、PEG、人血 白蛋白、壳聚糖、磷脂以及某些具有抗凝 血作用的物质
铜氨膜
聚丙烯晴 (PAN)—AN69（金宝）
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)—东丽 聚醚砜 (PES) —贝尔克、尼普洛等
改良纤维素膜
血仿膜—海蒂妮娜 双醋酸及三醋酸膜— 尼普洛、百特
膜材料的特性
再生纤维素 原材料 特性 亲水性 对称性 超滤率 补体激活 纤维素 改良纤维素 合成膜 纤维素的衍生物 高分子聚合物
改良纤维素膜
提高生物相容性-性能最为优越的纤维素膜
生物相容性与膜表面性质有关 控制膜表面的粗糙程度
高倍镜下的膜表面对比
透析膜的结构
--溶质的清除率和超滤系数
完美膜结构的优点
血液接触层光滑 “减少凝血” 厚度均一, 膜壁的完整性好 “减少渗漏” “内毒素屏障 ”
40 μm
180 – 200 μm
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
淀粉样变性 囊性骨病 腕管综合症 关节病
低通量，纤维膜 低通量，合成膜 高通量，合成膜
b2m MD=11,800D
Schiffl et al. Nephrol Dial Transplant 15:1399-1409, 2000
Improvement of lipid profile
Hemodialyser
Cellulose Hollow Fiber Polysulfone Hollow Fiber Polyacryronitrile Hollow Fiber (Materials)
Plasma Therapy Products
Polyethylene Hollow Fiber Cellulose diacetate Hollow Fiber Amino acids immobilized PVA Styrene divinyl benzene Column Activated charcoal Column Polyethylene Hollow Fiber
3.利用低温等离子体等技术


对聚合物表面改性是赋予膜材料新 性能的常用方法改变膜表面的亲疏 水性 利用SO2 等离子体对涂在血管金属 内支架表层的聚氯二甲苯进行处理, 亲水性和其血液相容性也得到了显 著提高
新型高通量血滤器
独特膜结构
具有微孔梯度结构的第三代聚砜膜。 与血液直接接触的内表面具有细小精密的 薄层，保证了优秀滤出特点和性能。