一種rGO聯合PVA/PAN納米透析膜性能及應用效果研究

摘要：為提高臨床所用透析器的透析性能，選用聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯醇（PVA）作為原材料制備PVA/PAN復合納米纖維透析膜，再與試驗所制還原氧化石墨烯氣凝膠（rGO）聯用，進行一系列性能測試與臨床應用。結果表明，與GO相比，rGO中的部分含氧官能團消失，且沒有新的官能團產生；rGO對硫酸吲哚酚（IS）的吸附量隨著其濃度的增加而增加，當IS的濃度高于6 mg/mL時，在3 h以后，吸附逐漸趨于平衡，達到rGO的最大吸附量；rGO的加入能顯著提升PVA/PAN復合納米纖維膜對IS的清除率，同時也不會顯著影響人血清蛋白（HSA）保留率，對HSA的保留率仍在97%以上；rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜在臨床使用時，能獲得較傳統透析膜更優異的療效和更好的抗炎效果。

關鍵詞：透析器；還原氧化石墨烯；吸附性能；硫酸吲哚酚

中圖分類號：TQ322文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2024）10-0104-04

Research on the performance and application effect of rGOcombined with PVA/PAN nanodialysis membrane

LEI Li1，2，WANG Ting1，MAO Xiaoqin1，LIU Wenqin1，ZHAO Su1

（1. Luzhou People’s Hospital，Luzhou 646000，Sichuan China；

2. Southwest Medical University，Luzhou 646099，Sichuan China）

Abstract：In order to improve the dialysis performance of dialyzers used in clinical practice，polyacrylonitrile（PAN）and polypropylene alcohol（PVA）were selected as raw materials to prepare PVA/PAN composite nanofiberdialysis membrane，and then combined with the reduced graphene oxide aeroge（l rGO）prepared by the laboratory tocarry out a series of performance tests and clinical applications. The results showed that compared with GO，someoxygen-containing functional groups in rGO disappeared and no new functional groups were generated. The adsorp?tion capacity of rGO for indophenol sulfate（IS）increased with its concentration. When the concentration of IS washigher than 6 mg/mL，the adsorption gradually approached equilibrium after 3.0 hours，reaching the maximum ad?sorption capacity of rGO. The addition of rGO significantly enhanced the clearance rate of PVA/PAN compositenanofiber membrane towards IS，without significantly affecting the retention rate of human serum albumin（HSA），which remained above 97%. RGO combined with PVA/PAN composite nanofiber membrane can achieve better ther?apeutic and anti-inflammatory effects than traditional dialysis membranes in clinical use.

Key words：dialyzer；reduced graphene oxide；adsorption performance；indolephenol sulfate

透析是通過小分子經半透膜擴散到水或緩沖液，將小分子與生物大分子分開的一種分離純化技術[1]。醫學上使用透析療法，可以使體液內的成分通過半透膜排出體外的治療方法，一般可分為血液透析和腹膜透析兩種[2-3]。聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯醇（PVA）是性能十分優異的高分子材料，二者所制備的復合材料是常用的透析材料[4-5]。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色，市面上常見的產品有粉末狀、片狀以及溶液狀的[6-7]。經氧化后，其上含氧官能團增多而使性質較石墨烯更加活潑，可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質[8]。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物，是一種非傳統形態的軟性親水材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性[9-10]。還原氧化石墨烯（rGO）是石墨烯的一種衍生物，是二維層狀碳質型材料[11]，在強氧化劑作用下，將氧基活性功能團引入到石墨烯片上，在還原劑的作用下，將氧化石墨烯表面的部分含氧基團還原，生成還原氧化石墨烯，具有更為優異的吸附性能[12]。為進一步提升臨床所用透析器的透析效果，本試驗設計將透析與吸附相結合[13]，實現硫酸吲哚酚（IS）清除的同時[14]，最大程度上保留人血清蛋白[15]（HSA），本文選用聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯醇（PVA）作為原材料制備PVA/PAN復合納米纖維透析膜，再與試驗所制還原氧化石墨烯氣凝膠（rGO）聯用，進行一系列性能測試與臨床應用，探究本研究的可行性。

1試驗部分

1. 1材料與設備

主要材料：氧化石墨烯粉末（湖北鑫宇宏生物醫藥技術有限公司）；聚丙烯腈（99%，湖北鑫宇宏生物醫藥技術有限公司）；聚乙烯醇（99%，西安天正藥用輔料有限公司）；二甲基甲酰胺（99%，濟南鑫超瑞化工有限公司）；人血清白蛋白（96%～99%，上海麥克林生化有限公司）；1，5-戊二醛（50%，山東潤錦化工科技有限公司）；硫酸吲哚酚（1G，西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司）；硼酸（分析純國藥化學試劑有限公司）；鹽酸（分析純，國藥化學試劑有限公司）；L-抗壞血酸鈉（分析純，上海羅恩試劑有限公司）。

主要設備：DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；DZF-6050型真空干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；F-360A型超聲波清洗器（深圳福洋科技集團有限公司）；SHJ-2A型恒溫磁力加熱攪拌器（常州金壇良友儀器有限公司）；ET-2535X型靜電紡絲機（北京永康樂業科技發展有限公司）；DRV8833RTYR型自動涂膜器（深圳市科美奇科技有限公司）；RG-5000J型紫外可見近紅外分光光度計（天津諾雷信達科技有限公司）；FD-1C-50型冷凍干燥機（上海繼譜電子科技有限公司）。

1. 2試驗方法

還原氧化石墨烯氣凝膠的制備：首先將氧化石墨烯粉末（GO）稀釋成濃度為2 g/L的懸液，取6 mL的GO懸液與L-抗壞血酸鈉通過超聲分散得到30 mL均勻的混液，再水浴加熱1.5 h，水浴溫度為90℃，隨后再使用去離子水洗滌，并冷凍干燥2 d以上，得到還原氧化石墨烯氣凝膠[16]（rGO）。

PVA/PAN復合納米纖維膜的制備：首先將聚丙烯腈（PAN）粉末加入至二甲基甲酰胺（DMF）中，在室溫下攪拌3 d，使用靜電紡絲裝置以16.7μL/min的擠出速率得到PAN納米纖維膜。對制備好的PAN納米纖維膜進行冷壓處理60 s后浸泡于硼酸溶液中，再使用膠帶將其與平板玻璃固定在一起。使用HCL溶液將聚丙烯醇（PVA）溶液的pH調節至2.0以下，并加入1，5-戊二醛（GA）溶液，得到凝膠狀態的混合物，再使用自動涂膜機將其涂布在PAN納米纖維膜上，在室溫下靜置0.5 d后使用去離子水洗滌，去除未反應的殘留物，得到PVA/PAN復合納米纖維膜，并將其置于水浴保存[17]。

1. 3性能測試

1. 3. 1吸附性能測試

將制備好的rGO氣凝膠與硫酸吲哚溶液（IS）充分攪拌混合均勻，置于水浴搖床1 d，水浴搖床參數為：轉速80 rpm、溫度25℃。隨后使用紫外-可見分光光度計在278 nm處測定混液的吸光度，并計算rGO氣凝膠對IS的吸附量。

1. 3. 2透析實驗

在室溫下進行透析實驗，實驗時長為4 h，跨膜壓力維持在10 kPa。模擬血液為IS與HSA的混液，二者濃度分別為100 mg/L、1 g/L，透析液為200 mL純水和純水+200 mg的rGO氣凝膠塊。每隔1小時收集10 mL樣品，其中5 mL經95℃熱處理0.5 h，再通過10 kPa過濾器過濾，另外5 mL直接過濾[18]。再使用紫外分光光度計分別在278 nm和202 nm處測量IS與HSA的吸光度，并根據式（1）和式（2）計算不同透析時長對IS的清除率[19]與HSA保留率[20]：

式中：C1為IS在模擬血液中的初始濃度；C2為IS在模擬血液中透析后的濃度。

式中：C為HSA在模擬血液中的初始濃度；C為12經透析后HSA在模擬血液中的濃度。

1. 4臨床應用測試

1. 4. 1一般材料與方法

選取我院2022年3月～2023年2月的110名需要進行血液透析的重癥胰腺炎患者進行實驗，所選患者不存在全身性感染或者肺部感染，也沒有其他免疫性疾病。將所選患者均勻分為2組：一組為使用常規血液透析膜的對照組；另一組為使用本文設計的rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜的對照組。2組患者入院之后，根據患者具體情況與所使用透析材料的不同，實施透析治療，以3個月為期，每周透析3次，每次透析時長為5 h。

1. 4. 2評價指標

（1）治療有效率：以透析治療后患者所有胰腺炎所帶來的癥狀、體征，以及血淀粉酶等生化指標及臨床影像學檢查結果作為評價指標之一，具體效果表示由表1透析治療效果判斷表所示。

炎性因子水平：檢測透析治療前后兩組患者包括白細胞介素6（IL-6）、α腫瘤壞死因子（TNFα）、C-反應蛋白（CRP）在內的炎性因子水平作為另一評價指標。

2結果與分析

2. 1rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜的透析性能

2. 1. 1IS清除率

rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜對IS的清除率分析結果如圖1所示。

由圖1可知，與單PVA/PAN復合納米纖維膜的作用相同，隨著透析時間的增加，rGO+PVA/PAN作用下，IS的清除率也隨之增加，并且在透析前期的清除速率顯著大于后期。

2. 1 .2 HSA保留率

rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜對HSA的保留率分析結果如圖2所示。

由圖2可知，rGO的加入能顯著提升PVA/PAN復合納米纖維膜對IS的清除率，但對HSA保留率的影響較小，兩種透析方式下，HSA的保留率都保持在97%以上。

3臨床應用效果

3. 1治療有效率

根據透析治療效果可知，2組患者透析治療后的顯效率均在80%以上，其中使用傳統透析膜的對照組的總有效率為91%，使用本文所設計的rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜的實驗組的總有效率為94%，治療效果更為優異。

3. 2炎性因子水平分析

透析治療前后2組患者的炎性因子水平分析對比結果如表2所示。

由表2可知，透析治療前，2組患者的IL-6、TNFα以及CRP這3種炎性因子水平均在正常值以上。經透析治療后，2組患者以上3種炎性因子水平均有所降低，并且實驗組的炎性因子水平略低于對照組，即使用本文所設計的rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜的實驗組的抗炎效果更好。

4結語

（1）本文首先制備了rGO氣凝膠和PVA/PAN復合納米纖維膜，并測試了rGO氣凝膠吸附IS的吸附性能，再對rGO氣凝膠聯合PVA/PAN復合納米纖維膜清除IS和HSA進行性能測試；

（2）rGO的加入能顯著提升PVA/PAN復合納米纖維膜對IS的清除率，對HSA保留率的影響較小，加入rGO前后，PVA/PAN復合納米纖維膜對HSA的保留率都在97%以上；

（3）rGO聯合PVA/PAN復合納米纖維膜在臨床使用時，能獲得較傳統透析膜更優異的療效和更好的抗炎效果。

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