生物医用材料血液净化材料课件.ppt

1、血液血液血液是人体最重要的体液，通过血液循环系统向各功能组织运送营养，同时将机体的代谢废物带到肝、肾等器官进行代谢和排泄，维持体液平衡。很多疾病在血液中能找到相关的致病物质和有毒物质。很多疾病在血液中能找到相关的致病物质和有毒物质。血液组成血浆，包含水、蛋白质（白蛋白、免疫球蛋白、纤维蛋白原等）、有机分子、无机盐；细胞成分，包含具有各自重要生理功能的红细胞、白细胞、血小板；正常情况下，人体可以通过自身保护系统（肝正常情况下，人体可以通过自身保护系统（肝脏解毒系统、人体自身免疫系统、排泄系统）进行解脏解毒系统、人体自身免疫系统、排泄系统）进行解毒、去除或中和内外源性毒物，但当上述系统发生功毒、去

2、除或中和内外源性毒物，但当上述系统发生功能障碍或突然摄入过多、来不及清除，就可能发生代能障碍或突然摄入过多、来不及清除，就可能发生代谢产物和毒物积聚过多，引起一系列疾病，如药物中谢产物和毒物积聚过多，引起一系列疾病，如药物中毒、尿毒症、肾衰竭、肝衰竭、高血脂症、系统性红毒、尿毒症、肾衰竭、肝衰竭、高血脂症、系统性红斑狼疮等免疫性疾病，临床上目前针对这些疾病常需斑狼疮等免疫性疾病，临床上目前针对这些疾病常需要用要用血液净化疗法血液净化疗法进行治疗。进行治疗。年代年代国籍国籍人物人物事件事件意义意义1919世纪世纪苏格兰苏格兰Thomas Thomas GrahamGraham提出透析（提出透析（

3、dialysisdialysis）一词）一词19131913年年美国美国John AbelJohn Abel用火棉胶（用火棉胶（collidingcolliding）制成的管状透析器，水）制成的管状透析器，水蛭素作为抗凝剂，兔透析蛭素作为抗凝剂，兔透析2 2小时。小时。首次命名为人工肾脏首次命名为人工肾脏（artificial kidneyartificial kidney）。开创了）。开创了血液透析事业。血液透析事业。19261926年年德国德国HaasHaas年轻尿毒症患者透析。失败。年轻尿毒症患者透析。失败。第一次人体透析。第一次人体透析。19371937年年ThalheimerThal

4、heimer玻璃纸做透析膜，生理盐水作透析液，肝素抗玻璃纸做透析膜，生理盐水作透析液，肝素抗凝，双肾切除狗做凝，双肾切除狗做3-53-5小时透析，排除尿素小时透析，排除尿素200-200-700mg-700mg。推动血液透析事业发展。推动血液透析事业发展。19451945年年9 9月月荷兰荷兰KolffKolff治疗治疗1 1例急性胆囊炎伴急性肾功衰，透析例急性胆囊炎伴急性肾功衰，透析11.511.5小小时后神志改善，时后神志改善，1 1周后利尿。康复出院。周后利尿。康复出院。第一例由人工肾成功救活的急性第一例由人工肾成功救活的急性肾功衰患者。肾功衰患者。19551955年年KolffKolf

5、f双蟠管型人工肾，有明显超滤作用。双蟠管型人工肾，有明显超滤作用。治疗急性肾功衰和药物中毒。批治疗急性肾功衰和药物中毒。批量生产。量生产。19601960年年挪威挪威KiilKiil平板型透析器。阻力小，不需血泵，一次性使平板型透析器。阻力小，不需血泵，一次性使用，消毒方便，价格低廉。用，消毒方便，价格低廉。促进了人工肾的发展与普及。促进了人工肾的发展与普及。19661966年年加拿大加拿大张明瑞张明瑞白蛋白火棉胶超薄半透膜包裹活性炭作白蛋白火棉胶超薄半透膜包裹活性炭作HPHP推动了血液灌流的发展推动了血液灌流的发展19671967年年LippsLipps空心纤维透析器（空心纤维透析器（hol

6、low fiberhollow fiber）。体积小，）。体积小，透析效率高，除水能力强透析效率高，除水能力强现有现有200200多种类型，有一统天下之多种类型，有一统天下之势。势。高效医用血液净化材料的研究是决定血高效医用血液净化材料的研究是决定血液净化疗效的关键因素。液净化疗效的关键因素。溶质清除的原理溶质清除的原理扩散扩散对流对流吸附吸附水的清除原理水的清除原理渗透渗透 超滤超滤 血液透析的原理血液透析的原理一、一、溶质的清除溶质的清除(一一)弥散：溶质依靠浓度梯度差进行的转运称为弥弥散：溶质依靠浓度梯度差进行的转运称为弥散。弥散是清除中小分子毒素的主要机制。弥散散。弥散是清除中小分子毒

7、素的主要机制。弥散转运依从转运依从Fick定律：定律：J=-DA C/X J：溶质的弥散量；：溶质的弥散量；D：弥散系数；：弥散系数；A：膜的有效弥：膜的有效弥散面积；散面积；C：溶质浓度梯度差；：溶质浓度梯度差；X：溶质有效：溶质有效弥散距离。其中弥散距离。其中A=nr2，n为膜孔数；为膜孔数；r为膜孔为膜孔半径，半径，为圆围率。为圆围率。血液透析的原理血液透析的原理(二二)对流：对流是指溶质随溶液移动而产生的转运，对流：对流是指溶质随溶液移动而产生的转运，不受分子量与浓度差的影响，其动力为膜两侧的不受分子量与浓度差的影响，其动力为膜两侧的压水差。压水差。血透中影响对流转运的主要是溶液的超滤

8、量和血透中影响对流转运的主要是溶液的超滤量和膜的筛选系数膜的筛选系数(S)(S)，其中：，其中：S SCa/CbCa/Cb Ca Ca为超滤液中的溶质浓度，为超滤液中的溶质浓度，CbCb为血中的溶质浓为血中的溶质浓度。度。膜膜 膜膜压力高压力高压力低压力低压压力力高高压压力力低低对对 流流l吸附吸附吸附是指膜依靠范德华力、亲水及疏水吸附是指膜依靠范德华力、亲水及疏水性、膜孔亚结构等将溶质固定于膜上。吸附并性、膜孔亚结构等将溶质固定于膜上。吸附并不属于一种转运模式，它与膜的特性密切相关，不属于一种转运模式，它与膜的特性密切相关，不同透析膜，吸附能力相差很大。吸附清除对不同透析膜，吸附能力相差很大

9、。吸附清除对于某些大分生物质有一定作用。于某些大分生物质有一定作用。吸吸 附附 膜膜膜膜血液透析的原理膜两侧浓度梯度差可使水由低浓度侧向高浓度侧移动，这称为渗透。向膜的一侧施加压力，则水会从压力高侧向压力低侧移动，这称为超滤超滤原理图膜膜水水砂糖水砂糖水水水砂糖水砂糖水 膜膜渗渗 透透超超 滤滤膜膜水水压压力力低低 膜膜压压力力高高血液透析原理模式图血液透析原理模式图透析膜透析膜动脉端动脉端静脉端静脉端透析膜透析膜透透 析析 液液透透 析析 液液血液血液是目前最常用的透析器，由是目前最常用的透析器，由800080001500015000根中空纤维组成，纤维内径为根中空纤维组成，纤维内径为200

10、um200um，壁厚，壁厚10um10um左右。其材料是半透膜，如铜仿膜、血仿膜、左右。其材料是半透膜，如铜仿膜、血仿膜、醋酸纤维膜、聚砜膜、聚丙烯晴膜等。血液在管醋酸纤维膜、聚砜膜、聚丙烯晴膜等。血液在管中流动，这些中空纤维称为血室。外壳与血室之中流动，这些中空纤维称为血室。外壳与血室之间间隙是透析液流动的地方称为水室。透析器长间间隙是透析液流动的地方称为水室。透析器长20-25cm20-25cm，直径为，直径为5-10cm5-10cm，透析面积为，透析面积为0.8-1.7m0.8-1.7m2 2。毛细管状血液透析器平行层状血液透析器工作中的血液透析示意图肝素盐水瓶血液透析器输液瓶泵腹膜透析

11、法示意图肾小体的结构肾小体的结构入球小动脉入球小动脉出球小动脉出球小动脉尿极尿极壁层壁层脏层脏层连续动静脉血液滤过装置（CAVH)示意图挠动脉插管静脉插管尿液出口血液滤过器微量注射泵泵入肝素载体手臂配基致病因子 l免疫吸附剂：特异性，它的设计合成必须免疫吸附剂：特异性，它的设计合成必须注意的问题是：固定化的抗原或抗体在注意的问题是：固定化的抗原或抗体在固定化反应、消毒、储存过程中必须稳定，固定化反应、消毒、储存过程中必须稳定，不能失活，否则将失去功能；抗原或抗不能失活，否则将失去功能；抗原或抗体本身有可能具有抗原性，这就要求用于体本身有可能具有抗原性，这就要求用于固定化的键型必须稳定，否则微量

12、脱落的固定化的键型必须稳定，否则微量脱落的抗原或抗体会引起免疫反应。抗原或抗体会引起免疫反应。l化学配基吸附剂：选择性较高，含有物理化学配基吸附剂：选择性较高，含有物理化学配基的吸附剂比较容易制备和商品化。化学配基的吸附剂比较容易制备和商品化。而且，相对其选择性问题，如果适当地设而且，相对其选择性问题，如果适当地设计与组合吸附剂表面配基，那么在特定环计与组合吸附剂表面配基，那么在特定环境中，可以使此类吸附剂达到与生物免疫境中，可以使此类吸附剂达到与生物免疫吸附剂相同的吸附效果。吸附剂相同的吸附效果。l大孔吸附剂：广谱性，多孔和大比表面吸附剂具大孔吸附剂：广谱性，多孔和大比表面吸附剂具有稳定的物

13、理化学和机构性能，使用周期长，品有稳定的物理化学和机构性能，使用周期长，品种繁多，选择余地大，不存在微粒脱落等问题，种繁多，选择余地大，不存在微粒脱落等问题，再生容易。对于小分子致病物质的吸附，高比表再生容易。对于小分子致病物质的吸附，高比表面积有利于提高吸附容量，孔径尺寸大小对吸附面积有利于提高吸附容量，孔径尺寸大小对吸附影响不大。对于中等分子和大分子致病物质，高影响不大。对于中等分子和大分子致病物质，高分子吸附剂除了必须具有适中的比表面积外，还分子吸附剂除了必须具有适中的比表面积外，还必须具有较大的孔径尺寸，一般要求孔道大小为必须具有较大的孔径尺寸，一般要求孔道大小为吸附质几何尺寸的吸附质

14、几何尺寸的5 51010倍，以便吸附质分子自由倍，以便吸附质分子自由进入孔道内部。进入孔道内部。活性炭（活性炭（Charcoals）椰子壳椰子壳石油石油木材木材骨骼骨骼高温蒸馏、炭化、酸洗及活化高温蒸馏、炭化、酸洗及活化 活性炭活性炭1.1.膜厚膜厚0.050.0555，强度高，不易破损，强度高，不易破损2.2.膜微孔膜微孔0.50.54.5nm4.5nm，溶质易通过，溶质易通过3.3.血液相容性好血液相容性好4.4.易消毒易消毒吸附树脂吸附树脂树脂树脂交换树脂交换树脂极性吸附树脂极性吸附树脂非极性吸附树脂非极性吸附树脂高分子合成树脂是由苯乙烯与二乙烯苯高分子合成树脂是由苯乙烯与二乙烯苯聚合制

15、成的环球形共聚体聚合制成的环球形共聚体将特异性免疫活性物质加入吸附剂中，将特异性免疫活性物质加入吸附剂中，以吸附血液中特异致病因子以吸附血液中特异致病因子X 吸附柱：由常用吸附剂做成吸附柱：由常用吸附剂做成X 配体：是固定在吸附柱上的免疫吸附物配体：是固定在吸附柱上的免疫吸附物 琼脂糖凝胶、丙烯酰胺凝胶、聚羟乙基异丁琼脂糖凝胶、丙烯酰胺凝胶、聚羟乙基异丁烯酸脂凝胶、活性炭、硅胶烯酸脂凝胶、活性炭、硅胶 抗原、抗体或有特定物理化学亲和力的物质，抗原、抗体或有特定物理化学亲和力的物质，蛋白蛋白A A分级纯化分级纯化废物废物枸缘酸盐枸缘酸盐缓冲液缓冲液 pH7.0洗脱液洗脱液pH2.2血泵血泵血泵血

16、泵免疫吸附柱免疫吸附柱 免疫吸附剂分类免疫吸附剂分类吸附原理吸附原理吸附方式吸附方式固定物质固定物质吸附对象吸附对象抗原抗原DNA血型物质血型物质胰岛素胰岛素凝血因子凝血因子抗抗 DNA 抗体抗体抗血型物质抗体抗血型物质抗体抗胰岛素抗体抗胰岛素抗体抗抗因子抗体因子抗体抗原抗体结合抗原抗体结合抗体抗体抗抗LDL抗体抗体抗抗FP抗体抗体抗抗HBsAg 抗体抗体抗抗 IgE抗体抗体LDLFPHBsAgIgE补体结合补体结合C1 q免疫复合物免疫复合物生物亲和作用生物亲和作用F Fc结合结合蛋白蛋白 AIgG 免疫复合物免疫复合物抗乙酰胆碱受体抗体抗乙酰胆碱受体抗体CIC RF色氨酸色氨酸抗抗 DNA抗体抗体疏水结合疏水结合苯丙氨酸苯丙氨酸抗抗 MBP 抗体抗体多聚阴离子多聚阴离子LDL聚赖氨酸聚赖氨酸T3、噬菌体、噬菌体DNA物理化学物理化学亲和作用亲和作用静电结合静电结合甲基化白蛋白甲基化白蛋白DNAX