Naukowcy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej (MAE) Herbert Wertheim School of Engineering opracowali nowy rodzaj membrany do hemodializy wykonanej z tlenku grafenu (GO), który jest jednoatomowym materiałem warstwowym.Oczekuje się, że pacjentka całkowicie zmieni leczenie dializami nerek.To ulepszenie umożliwia przymocowanie dializatora z mikroczipem do skóry pacjenta.Działając pod ciśnieniem tętniczym, wyeliminuje pompę krwi i pozaustrojowy obieg krwi, umożliwiając bezpieczną dializę w zaciszu własnego domu.W porównaniu z istniejącą membraną polimerową przepuszczalność membrany jest o dwa rzędy wielkości wyższa, jest kompatybilna z krwią i nie jest tak łatwa do skalowania jak membrany polimerowe.
Profesor Knox T. Millsaps z MAE oraz główny badacz projektu membranowego Saeed Moghaddam i jego zespół opracowali nowy proces obejmujący samoorganizację i optymalizację właściwości fizycznych i chemicznych nanopłytek GO.Ten proces przekształca tylko 3 warstwy GO w wysoce zorganizowane zespoły nanocząstek, osiągając w ten sposób ultrawysoką przepuszczalność i selektywność.„Opracowując membranę, która jest znacznie bardziej przepuszczalna niż jej biologiczny odpowiednik, błona podstawna kłębuszków nerkowych (GBM) nerki, wykazaliśmy ogromny potencjał nanomateriałów, nanoinżynierii i samoorganizacji molekularnej”.Mogda dr Mu powiedział.
Badanie wydajności membrany w scenariuszach hemodializy przyniosło bardzo zachęcające wyniki.Współczynniki przesiewania mocznika i cytochromu c wynoszą odpowiednio 0,5 i 0,4, co jest wystarczające do długotrwałej powolnej dializy przy zachowaniu ponad 99% albuminy;badania nad hemolizą, aktywacją dopełniacza i koagulacją wykazały, że są one porównywalne z istniejącymi materiałami membran dializacyjnych lub lepsze od wydajności istniejących materiałów membran dializacyjnych.Wyniki tego badania zostały opublikowane w Advanced Materials Interfaces (5 lutego 2021 r.) pod tytułem „Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer”.
Dr Moghaddam powiedział: „Zademonstrowaliśmy unikalną, samoorganizującą się mozaikę uporządkowaną nanopłytkami GO, która znacznie przyspiesza dziesięcioletnie wysiłki w rozwoju membran na bazie grafenu”.Jest to realna platforma, która może usprawnić dializę nocną z niskimi przepływami w domu”.Dr Moghaddam pracuje obecnie nad opracowaniem mikroczipów wykorzystujących nowe membrany GO, które przybliżą badania do rzeczywistości dostarczania przenośnych urządzeń do hemodializy dla pacjentów z chorobami nerek.
W artykule redakcyjnym Nature (marzec 2020) stwierdzono: „Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że każdego roku na świecie z powodu niewydolności nerek umiera około 1,2 miliona ludzi [a częstość występowania schyłkowej niewydolności nerek (ESRD) jest spowodowana cukrzycą i nadciśnieniem]….Dializa Połączenie praktycznych ograniczeń technologii i przystępności cenowej oznacza również, że dostęp do niej ma mniej niż połowa osób potrzebujących leczenia”.Odpowiednio zminiaturyzowane urządzenia do noszenia są ekonomicznym rozwiązaniem zwiększającym przeżywalność, zwłaszcza w rozwijających się Chinach.„Nasza membrana jest kluczowym elementem miniaturowego systemu do noszenia, który może odtworzyć funkcję filtracyjną nerki, znacznie poprawiając komfort i przystępność cenową na całym świecie” – powiedział dr Moghaddam.
„Główne postępy w leczeniu pacjentów poddawanych hemodializie i niewydolności nerek są ograniczone przez technologię membranową.Technologia membranowa nie poczyniła znaczących postępów w ciągu ostatnich kilku dekad.Zasadniczy postęp technologii membranowej wymaga udoskonalenia dializy nerek.Wysoce przepuszczalne i selektywne materiały, takie jak opracowana tutaj ultracienka membrana z tlenku grafenu, mogą zmienić ten paradygmat.Ultracienkie przepuszczalne membrany mogą nie tylko tworzyć zminiaturyzowane dializatory, ale także prawdziwe przenośne i nadające się do noszenia urządzenia, poprawiając w ten sposób jakość życia i rokowanie pacjentów”.James L. McGrath powiedział, że jest profesorem inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie w Rochester i współtwórcą nowej technologii ultracienkich membran krzemowych do różnych zastosowań biologicznych (Nature, 2007).
Badania te zostały sfinansowane przez National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) w ramach National Institutes of Health.W skład zespołu dr Moghaddama wchodzą dr Richard P. Rode, doktor habilitowany w UF MAE, dr Thomas R. Gaborski (współkierujący badaczem), dr Daniel Ornt (współkierujący badacz) oraz Henry C z Wydziału Biomedycyny inżynierii, Rochester Institute of Technology.Dr Chung i Hayley N. Miller.
Dr Moghaddam jest członkiem Interdyscyplinarnej Grupy Mikrosystemów UF i kieruje Laboratorium Nanostrukturalnych Systemów Energetycznych (NESLabs), którego misją jest podnoszenie poziomu wiedzy z zakresu nanoinżynierii funkcjonalnych struktur porowatych oraz fizyki transmisji w mikro/nanoskali.Łączy wiele dziedzin inżynierii i nauki, aby lepiej zrozumieć fizykę transmisji w skali mikro/nano i opracować struktury i systemy nowej generacji o wyższej wydajności i wydajności.
Herbert Wertheim College of Engineering 300 Weil Hall PO Box 116550 Gainesville, FL 32611-6550 Numer telefonu do biura