[发明专利]一种具有生理功能的透析膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物材料技术，具体涉及一种具有生理功能的透析膜材料，是一种具有优良的生物相容性、高的孔隙率及两端通透的TiO₂纳米管阵列膜。

背景技术

肾脏疾病已成为又一个威胁人类健康的重大疾病。国际肾脏病学会公告指出，目前世界上有超过5亿的人口罹患不同形式的肾脏疾病，每年有超过100万人死于与其相关的心脑血管疾病。粗略估计，我国的慢性肾脏疾病累计人口有1亿左右。诚然，如何防治慢性肾脏病是一个十分重要的问题，但是患者进入尿毒症后如何提高肾脏替代治疗的技术水平更是我们所面临的一个巨大挑战。肾脏移植因供体器官太少而极大受限。事实上，当肾脏失去功能发展为终末期肾病，应用血透或血滤进行的肾替代治疗至今仍是一种成功的维持性替代治疗方式。据国际人工器官协会(INFA)的德国教授H.J.Gurland估计，全世界每年有7000万人进行透析，全世界每天约有10.6万个新病人进入常规血透治疗，血透疗法已占治疗手段的92.2％。目前常规的血透医疗系统价格昂贵，体积较大，仅仅一些专门的血透中心才拥有。病人需要频繁进入专门的医院接受费用高昂的治疗，既冗长又痛苦的过程已使患者不堪重负，严重影响了患者的正常生活。另一方面，近年来的研究已证实：相对于传统的每周三次间歇性血透，每日连续性的透析能极大地改善病患者的营养状况和骨骼矿物质的新陈代谢，并能控制血压、降低相关的心脑血管疾病，能极大地延长肾衰患者的存活期。因此，发展微型化、可携带或移植的生物人工肾不仅能减轻病人的负担，且能更好地满足每日连续性的透析治疗需求。这种可便携式的透析产品可放在茄克衫内穿在身上，或置于腹膜内，工作、出差、旅游均不受限制。由此可见，发展便携式透析产品具有广泛的市场应用前景。而便携式透析产品的技术关键在于高性能透析膜材料。

在生物医学领域，膜材料的性能对于血液透析器起着至关重要的作用，用于血液透析膜的膜材料除了具有良好的成膜特性及机械强度外，由于在透析过程中，透析膜与人体血液直接接触，因而要求透析膜的膜材料具有较好的血液相容性。另一方面，亲水性也是影响透析膜材料的主要因素。现用的膜材料有用化学方法从棉花中提取的再生纤维素和改良纤维素，以及一些高分子聚合物如聚砜膜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。纤维素是最早使用的血液透析膜材料，其湿态强度和尿素的透过率能满足临床的基本要求，然而其血液相容性较差；聚砜类等高分子材料由于其膜孔径和孔径分布可以通过改变铸模液的组成而很容易的得到控制，且对血液中中分子量有毒物质能够有效去除，因而是目前血液透析器中应用最广的材料。但这类材料属强疏水性材料，在用作透析膜前，需要对其进行亲水化处理，同时，这些膜材料还存在以下几个问题：对杀菌消毒技术较为敏感，目前的杀菌消毒技术易使膜的质量发生改变；薄膜孔径尺寸范围分布较宽且微观不均匀，因而在滤去血液中毒素的同时也使有用的蛋白质分子滤过；易导致各种蛋白质分子和生物分子吸附在薄膜上从而引起生物淤塞；由聚合物而引入的污染。这些膜的孔密度较低(＜10⁹/cm²)，导致流通量下降。而在正常情况下，适合携带或移植条件的人工肾应依靠毛细血管压作为超滤的驱动力，此时，若要满足临床的超滤系数，即在30mmHg压力下达到30ml/min，可粗略计算出孔的密度大约在5×10¹⁰左右。显然，现用的膜材料很难满足微型化和体内移植的要求。

二氧化钛具有优越的生物相容性、很强的光催化活性和自洁净性能，在生物医学领域有广阔的应用前景，其形式多种多样，有二氧化钛薄膜、纳米颗粒、纳米线及纳米管等。其中两端通透的二氧化钛纳米管阵列由于其特殊的管状结构，具有更大的比表面积及更强的吸附能力。采用电化学阳极氧化法制备，工艺简单，成本低，且能通过调节阳极氧化的参数准确控制纳米管阵列的几何特性，如纳米管阵列的长度、管径及壁厚等。我们专门考察了TiO₂纳米管阵列的血液相容性，结果表明，这种纳米管材料增加了牛血清蛋白的吸附、血小板的黏附及活性、全血液的凝固能力，而且，血液相容性还能随着纳米管阵列几何参数(如管径、厚度)的改变而改变。

如前所述，要满足可携带或移植条件的人工透析膜的孔密度应在10¹⁰/cm²这个量级，而这种特殊的纳米管状材料具有较高的孔密度(＞10¹⁰/cm²)，还能模仿细胞外基质的微环境，并能用特异的信号来精确定位分子，显然有利于人工滤器的微型化。加之TiO₂还具有很高的超亲水性及自洁净性能，是用作生物透析膜较为理想的材料。