生物医用材料血液净化材料课件

1、血液净化材料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。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；人体内毒素分类外源性毒素：来自体外的物质，这些有毒物质在体内过多的聚集而引起病变，如农药、鼠毒强、药物的误服或过量使用。内源性毒素：人体自身由于解毒系统、免疫系统和代谢系统的故障，引起代谢产物积累而形成的有毒物质，最终导致血液中的某些成分发生质和量的变化。 正常情

2、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）进行解毒、去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、系统性红斑狼疮等免疫性疾病，临床上目前针对这些疾病常需要用血液净化疗法进行治疗。血液净化血液净化疗法是通过弥散、对流、吸附的原理，把患者的血液引出体外，并通过一种净化装置，去除血液中的致病物质和有毒成分，矫正血液中成分的异常后再把血液回输体内，使血液得以净化并达到治疗疾病的目的，这个过程统称为血液净化。被誉为继药物、手术之后的第三疗法，有时甚

3、至可以达到“起死回生”的效果。血液净化技术的发展年代国籍人物事件意义19世纪苏格兰Thomas Graham提出透析（dialysis）一词1913年美国John Abel用火棉胶（colliding）制成的管状透析器，水蛭素作为抗凝剂，兔透析2小时。首次命名为人工肾脏（artificial kidney）。开创了血液透析事业。1926年德国Haas年轻尿毒症患者透析。失败。第一次人体透析。1937年Thalheimer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3-5小时透析，排除尿素200-700mg。推动血液透析事业发展。1945年9月荷兰Kolff治疗1例急性胆囊炎伴急性肾

4、功衰，透析11.5小时后神志改善，1周后利尿。康复出院。第一例由人工肾成功救活的急性肾功衰患者。1955年Kolff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。批量生产。1960年挪威Kiil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。促进了人工肾的发展与普及。1966年加拿大张明瑞白蛋白火棉胶超薄半透膜包裹活性炭作HP推动了血液灌流的发展1967年Lipps空心纤维透析器（hollow fiber）。体积小，透析效率高，除水能力强现有200多种类型，有一统天下之势。血液净化的原理与优势基本原理：弥散、过滤与吸附所采用的材料：分离膜和吸附剂主要优势：直接清除治

5、病物质、起效快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。血液净化主要疗法血浆交换 (Plasma Exchange ,PE)血液透析（Hemodialysis ,HD)血液滤过 (Hemofiltration ,HF)血液灌流 (Hemoperfusion ,HP)血液透析过滤(HDF)、血液透析灌流(HDP)、血浆交换灌流(PEP)等一、血浆置换血浆置换（Pladma exchange，PE）是将患者的血液引出，应用血浆分离器，将血球 与血浆分离，丢弃血浆以清除人体内的致病物质或内外源性毒素，然后用正常人的血浆和余下的血液有形成分置换入患者体内的一种技术。1956年血浆分离设备

6、问世，1959年Waldenstrom应用于治疗疾病。 血浆置换的特点可以迅速有效地清除疾病相关性因子，如抗体、免疫复合物、同种异体抗原或改变抗原、抗体之间量的比例。PE对致病因子的清除要较口服或静脉内使用免疫抑制剂迅速而有效。有非特异性的治疗作用，可降低血浆中炎性介质如补体产物、纤维蛋白原的浓度，改善相关症状。可从置换液中补充机体所需物质。应该说明的是，PE治疗不属于病因治疗，因而不影响疾病的基本病理过程。针对病因的处理不可忽视。PE方法离心式血浆分离法膜式血浆分离 目前已生产出各种类型血浆膜式分离器，它是采用高分子材料制成，膜孔径为0.2-0.4U，除血液的有形成份外都可以通过该膜.血浆置

7、换并发症 电解质紊乱 血容量改变及心律失常 感染：免疫球蛋白及补体的减少；合并应用免疫抑制剂；机体免疫功能低下；置换液补充增加病毒性肝炎的机会过敏反应：置换液中大量新鲜血浆、异体蛋白等物质可引起变态反应。出血倾向：凝血因子的丢失；过量使用抗凝剂 二、血液透析(HD)定义 血液透析是利用半透膜原理，让患者血液与透析液同时流过透析膜两侧，借助膜两侧溶质梯度及水压梯度差，通过弥散、对流及吸附来清除毒素，通过超滤清除体内潴留的过多水份，并能同时补充溶质，纠正电解质及酸碱平衡紊乱。血液透析的原理 溶质清除的原理扩散对流吸附水的清除原理渗透 超滤 血液透析的原理 一、 溶质的清除(一)弥散：溶质依靠浓度梯

8、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。弥散转运依从Fick定律：J=-DA C/ X J：溶质的弥散量；D：弥散系数；A：膜的有效弥散面积；C：溶质浓度梯度差；X：溶质有效弥散距离。其中A=nr2，n为膜孔数；r为膜孔半径，为圆围率。血液透析的原理血液透析的原理(二)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，其动力为膜两侧的压水差。 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(S)，其中：SCa/ Cb Ca为超滤液中的溶质浓度，Cb为血中的溶质浓度。 膜 膜压力高压力低压力高压力低对 流溶质清除的原理吸附：吸附是指膜依靠范德华力、亲水及

9、疏水性、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，不同透析膜，吸附能力相差很大。吸附清除对于某些大分生物质有一定作用。 吸 附 膜膜血液透析的原理二、水的清除 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。 超滤原理图膜水砂糖水水砂糖水 膜渗 透超 滤膜水压力低 膜压力高血液透析原理模式图透析膜动脉端静脉端透析膜透 析 液透 析 液血液透析器透析器的种类（按形状结构分）平板透析器管型透析器：是目前最常用的透析器，由800015000根中空纤维组成，纤维内径为200um，壁厚10um

10、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20-25cm，直径为5-10cm，透析面积为0.8-1.7m2。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法示意图血液透析的适应症急、慢性肾功能衰竭急性药物或毒物中毒肝脏疾病，如肝硬化腹水水电紊乱，顽固性心力衰竭浮肿等。 血液滤过血液滤过（hemofiltration,HF）是血液净化的新技术。血液滤过模仿肾单位的滤过重吸收原理设计，将患者的动脉血液引入具有良好的通透性并与肾小

11、球滤过膜面积相当的半透膜滤过器中，当血液通过滤器时，血浆内的水分就被滤出（类似肾小球滤过），以达到清除滞留于血液中过多的水分和溶质的治疗目的。 肾小体的结构入球小动脉出球小动脉尿极壁层脏层肾小体与原尿形成1. 入球微动脉2. 出球微动脉3.肾小囊腔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血液滤过与血液透析主要区别血液透析是依赖半透膜两侧的溶质浓度差所产生的弥散作用进行溶质清除，其清除效能很差。血液滤过模仿正常肾小球清除溶质原理，以对流的方式滤过血液中的水分和溶质，其清除率与分子量大小无关，对肌酐和菊粉的清除率均为100-120ml/min。

12、故血液滤过在清除中分子毒物方面优于血透，与正常人肾小球相似。主要适应症基本上与血液透析相同，适用于急、慢性肾功能衰竭，但在下列情况血液滤过优于血液透析。（1）高血容量所致心力衰竭，在血透时往往会加重心衰，被列为血透禁忌证，而血滤则可以治疗心衰；（2）顽固性高血压；（3）低血压和严重水、钠滞留；（4）尿毒症心包炎；（5）急性肾功能衰竭；（6）肝昏迷。 血液灌流血液灌流（Hemoperfusion，HP）是将患者血液引入装有吸附剂的灌流器中，通过吸附剂的吸附作用，清除外源性或内源性毒素；将净化了的血液回输体内的一种血液净化方法。目前临床上主要用于药物逾量和毒物中毒抢救，亦用于尿毒症心包炎、尿毒症神

13、经病变、急性肝性脑病、牛皮癣及多种免疫性疾病治疗。血液灌流的优点净化作用具有明显的致病物质的去除选择性，对血液中的有效成分作用较少；患者自身血液可回收，不引入外源性物质，可避免一些感染性疾病的发生；同时治疗费用相对低廉。 血液灌流吸附材料 吸附剂的分类生物亲和型物理化学亲和型血液吸附剂的基本结构载体手臂配基致病因子吸附剂载体的基本要求1.惰性，与血液接触不发生理化反应2.良好的孔隙度，能够允许致病物质进入其内部结构3.有一定机械强度,不发生微粒脱落4.有强大吸附作用5.具有大的比表面积和可供偶联配基的活性基团 配基的选择 配基要求能与致病物质相互作用（最好是特异性的）、不易泄露、无毒。由于配基

14、在血液净化过程中起核心作用，其材料的选取对吸附剂清除致病因子的能力至关重要。 血液净化吸附剂的设计原则 不同种类血液吸附剂的特点免疫吸附剂：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，否则微量脱落的抗原或抗体会引起免疫反应。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。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。大孔吸附剂：广谱性，多孔和大

15、比表面吸附剂具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，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510倍，以便吸附质分子自由进入孔道内部。大孔型吸附剂活性炭（Charcoals）椰子壳石油木材骨骼高温蒸馏、炭化、酸洗及活化 活性炭形状：球状、柱状、纤维状结构：大表面积（1000m2/g）、多孔（大孔径500A0）、中孔（20 500A0）、小孔，20 A0吸附谱： 肝酐

16、、尿酸、中分子毒物、胍类、酚类、氨、 药物及芳香族氨基酸吸附机理：非特异性吸附，对无极性、疏水分子吸附力强包裹材料：白蛋白火棉胶、丙烯酸水凝胶、醋酸纤维素、明胶、硅、尼龙等生物相容性：生物相容性较差及炭粒脱落包裹材料要求1.膜厚0.055，强度高，不易破损2.膜微孔0.54.5nm，溶质易通过3.血液相容性好4.易消毒大孔树脂吸附树脂树脂交换树脂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聚合制成的环球形共聚体大孔树脂的基本结构结构及性能：大孔径环球形共聚体，表面积500m2/g，吸附性稍逊于活性炭，生物相容性较活性炭好。吸附谱： 极性树脂：极性大，带亲水基团物质 非极性树脂：

17、脂溶性物质吸附原理：物理化学性吸附：电荷相斥、相吸；包裹问题：部分树脂也需包裹免疫吸附剂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 吸附柱：由常用吸附剂做成 配体：是固定在吸附柱上的免疫吸附物载体与配体1载体：能固定配体的吸附材料 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2 配体： 抗原、抗体或有特定物理化学亲和力的物质，蛋白A IA剂的条件应具备选择性或特异性无毒和不溶解不激活补体及凝血系统、不致敏极少配基离解脱落能再生稳定性好成本不高 免疫吸附示意图分级纯化废物枸缘酸盐缓冲液 pH7.0洗脱液pH2.2血泵血泵免疫吸附柱 免疫吸附剂分类吸附原理吸附方式固定物质吸附对象抗原DNA血型物质胰岛素凝血因子抗DNA抗体抗血型物质抗体抗胰岛素抗体抗因子抗体抗原抗体结合抗体抗LDL抗体抗FP抗体抗HBsAg抗体抗IgE抗体L