一種多壁碳納米管血液吸附醫用材料特性分析及應用

關鍵詞：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 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0091-04

為提高血液吸附治療效果，許多學者對血液吸附材料進行了研究。如通過相轉化法，以雜萘聯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合類毒素的清除效果，開發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]。基于此，為進一步血液吸附材料對血液中硫酸吲哚酚等蛋白結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，制備一種醫用血液吸附材料，研究該醫用血液吸附材料的性能和應用效果。

1試驗部分

1.1材料與設備

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

主要設備：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。結合冷凍干燥技術，利用以上材料制備含有多壁碳納米管的多孔微球，即醫用血液吸附材料。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，充分攪拌混合，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，即連續相，備用；

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

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

1.3性能測試

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

熱重分析：通過TGA-300型熱重分析儀對各醫用血液吸附材料進行測試。

吸附性能：在一個干凈燒杯中添加10mL硫酸吲哚溶液，然后加入適量醫用吸附血液材料，在恒溫25℃條件下振蕩吸附。在一定反應時間后，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，進而分析醫用吸附血液材料對硫酸吲哚毒素的吸附量。

2結果與分析

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用血液吸附材料進行表征，并與純多壁碳納米管進行對比，結果見圖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，經過冷凍干燥后，該醫用血液吸附材料物質原本的形貌和結合水基本不發生改變，且保留了極大部分物理性質與物質化學組成。同時也說明了在醫用血液吸附材料中多壁碳納米管基本未出現團聚，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用血液吸附材料進行表征，并與未摻入多壁碳納米管的醫用血液吸附材料進行對比，結果見圖2。

由圖2可知，隨著溫度的升高，各醫用血液吸附材料的剩余質量百分比逐漸減小。可以看到，這些醫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℃，各材料的質量略微損失，這主要是由材料內部失去水分引起的。第2個階段在200～450℃，各材料的質量快速損失；在這個階段醫用血液吸附材料中的主鏈因高溫發生斷裂，開始熱分解。第3個階段在450～750℃，各材料的質量緩慢損失并達到一個平衡值。這主要是因為醫用血液吸附材料中的交聯部分和骨架出現斷裂所致。與未摻碳納米管的醫用血液吸附材料相比，摻入多壁碳納米管的醫用血液吸附材料初始熱分解溫度明顯增大。其中摻入0.03%多壁碳納米管的醫用血液吸附材料初始熱分解溫度最大，且熱分解后剩余質量百分比相對更高。因此，可認為在添加多壁碳納米管之后，該醫用血液吸附材料熱穩定性能得到改善。

2.3吸附性能分析

2.3.1反應時間對吸附性能的影響

在不同反應時間條件下，考察不同多壁碳納米管摻量的醫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用血液吸附材料進行對比，其中醫用血液吸附材料初始質量濃度為100mg/L，結果見圖3。

由圖3可知，隨著反應時間的增加，各醫用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量逐漸最大然后達到一個平衡值。當反應時間從3h增多到18h時，未摻入多壁碳納米管的醫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%。這表明這些醫用血液吸附材料對硫酸吲哚均有一定的吸附性能。同時發現，與未摻入多壁碳納米管時相比，摻入多壁碳納米管的醫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用血液吸附材料進行對比，其中醫用血液吸附材料反應時間為18h，結果見圖4。

由圖4可知，隨著初始濃度的增加，各醫用血液吸附材料對硫酸吲哚的吸附量逐漸增大。當初始濃度從100mg/L增大至400mg/L時，未摻入多壁碳納米管的醫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，初始質量濃度的增加可以增大該醫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血液吸附應用效果分析

2.4.1應用對象

采用涂覆法將摻入0.03%多壁碳納米管的醫用血液吸附材料與普通納米纖維膜結合，并以未涂覆醫用血液吸附材料的普通納米纖維膜作為對照，考察該醫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，非隨機選取本院收治的34例需要進行血液過濾吸附的尿毒癥患者為研究對象。采用隨機分組法，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果無統計學意義，有可比性。

2.4.2納入標準與排除標準

納入標準：（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]。

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

2.4.3應用方法

對照組使用未涂覆醫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、醫療器械型號、透析頻率等均相同。

2.4.4觀察指標

血液毒素及血常規：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，結果如表1所示。

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

2.4.5應用效果

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，值得進一步研究和發展。

3結語

（1）當添加多壁碳納米管之后，該醫用血液吸附材料具備良好的熱穩定性，且該材料保留了多壁碳納米管的物理性質和化學組成；

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

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