亞微米脊結構肝素化復合薄膜用于高效血液透析

DOI:10.1016/j.memsci.2019.117706

血液透析膜是血液透析過程的重要組成部分。在此，我們展示了一種基于聚丙烯腈（PAN）電紡支架和肝素聚乙烯醇（heparin-PVA）水凝膠涂層的新型血液透析膜。通過控制肝素含量來控制涂層溶液的流變性，可以產生亞微米脊狀表面形貌的膜。衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）結果證實了肝素是共價結合在水凝膠層中的，同時掃描電鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）圖像也清楚地證明了所制備的膜具有典型的亞微米脊狀結構。結果表明，亞微米脊狀表面形貌和肝素化學修飾協同作用使膜具有良好的滲透性、蛋白質防污性、抗凝活性、細胞相容性和透析性能。特別是當肝素/PVA質量比為20%時，膜的水通量為371.8 L/m²h，尿素清除率為86 ml/min，溶菌酶清除率為60 ml/min，牛血清白蛋白清除率為5.5 ml/min。

圖1.基于PAN電紡絲支架和基于PVA的水凝膠涂層的亞微米脊形TFNC膜的制造過程示意圖。亞微米脊形地形的形成依賴于基于PVA的涂料溶液的流變特性（粘度和膠凝時間）。

圖2.不同TFNC膜的涂層溶液的粘度（A）和凝膠點（B）。對每種涂層溶液進行了五次重復測試，誤差線代表標準偏差（SD）。

圖3.（A）肝素-PVA水凝膠分離層主要由PVA網絡組成，由GA與通過席夫堿經其胺基共價連接至PVA鏈的肝素交聯。（B）肝素的典型化學結構。（C）不同TFNC膜的ATR-FTIR光譜。

圖4.獲得的TFNC膜的頂表面SEM圖像（A），放大的頂表面SEM圖像（B），橫截面SEM圖像（C）和AFM表面形貌圖像（D）。

圖5.（A）M0、M10、M20和M30的純水通量和BSA截留率。（B）不同TFNC膜的分子量截止值（MWCO）。數據表示為平均值±標準差（n=5）。（C）水凝膠分離層網絡結構示意圖，顯示網格大小的差異。

圖6.（A）水滴直接接觸TFNC膜表面時的靜態水接觸角（WCA）值。數據表示為平均值±標準差（n=5）。（B）不同TFNC膜的動態WCA值圖。

圖7. pH 7.4時不同TFNC膜的表面zeta電位（ζ）。數據表示為平均值±標準差（n=5）。

圖8.（A）動態吸附實驗后，TFNC膜表面的BSA吸附量。數據表示為平均值±標準差（n=5）。（B）三循環BSA超濾過程中TFNC膜的時間依賴性通量。（C）可逆結垢（Fr）和不可逆結垢（Fir）與總結垢（Ft）之比。（D）肝素-PVA/PAN TFNC膜的蛋白質防污機理。

圖9.不同TFNC膜的活化部分凝血活酶時間（APTT），凝血酶原時間（PT），凝血酶時間（TT）和纖維蛋白原含量（FIB）值。所有值均表示為平均值±標準差（n=5）。標記（**）表示與貧血小板血漿（PPP）和M0相比，差異達到了統計學上的顯著差異，** P <0.01。

圖10.（A）通過MTT測定法測量的TFNC膜上的細胞活力。結果為平均值±標準差（n=5）。^* p，^＃p和^＆p <0.05。（B）在TFNC膜上培養的HUVECs的活/死細胞和細胞形態熒光圖像。

圖11.（A）血液透析過程示意圖。（B）模擬透析4小時后，TFNC膜的尿素、溶菌酶和BSA清除率。數值為平均值±標準差（n=5）。