[发明专利]一种基于马拉高尼效应的2D MXene血液透析膜

说明书

本发明提出一种基于马拉高尼效应的2D MXene血液透析膜的应用。该方法包括以下步骤：(1)制备2D材料MXene溶液；(2)制备所使用的基膜；(3)制备MXene乙醇悬浮液；(4)将上述MXene乙醇悬浮液通过马拉高尼效应成膜后固定在基膜上，得2D MXene血液透析膜。本发明血液透析膜是利用马拉高尼效应即两种液体之间的表面张力梯度在水面成MXene膜后转移固定到基膜上，由于MXene本身的亲水性、电负性以及2D片状形成的多片层孔道，故2D MXene血液透析膜在血液透析应用中既能通过MXene功能层提高透析膜对于中小分子代谢毒素的清除，也可以实现抑制氧化应激的目的。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种基于马拉高尼效应的2D MXene血液透析膜的应用。

背景技术

据2015年《科学》杂志报道在全球范围内约有6亿人患有肾脏疾病，并且其年发病率高达95-100人/100万人。目前，血液透析技术成为了目前对肾衰竭疾病最有效的临床疗法。血液透析技术的治疗效果很大程度取决于所使用的血液透析膜的性能，血液透析膜的材料和功能层可以决定血液透析的透析性能、血液相容性、生物相容性等。MXene是一种二维过渡金属碳氮化物的代称，是一种新兴的二维材料家族，它的通式为M_n+1X_nT_x，其中M为早期过渡金属，X是碳或氮，T_x表示表面终止基团，如-OH、-O、-F。MXene在含水和潮湿的环境中会迅速氧化，本身具有一定的还原性，且MXene具有酶/H₂O₂响应生物降解性的固有特征，更重要的是，2D MXene具有与产生的自由基反应的特性，所以可以用作抗氧化剂。MXene 在水相的刻蚀和剥离中被许多官能团所终止，端基如-OH和-O的MXene具有亲水性和电负性。血液中多种组分(如血红蛋白、血小板、部分血浆蛋白质等)在血液环境中呈负电性，血管内壁也呈负电性，因此人们认为静电排斥作用可以阻碍血浆蛋白及血小板等物质的吸附，从而有利于抗凝血。而在亲水的表面上，蛋白与基底表面难以形成疏水相互作用，因而亲水表面具备的蛋白与细胞黏附能力相对更差，能呈现出优良的抗凝血性。

将MXene功能层固定到透析膜表面，有多种方法，如旋涂、浸涂、喷涂、真空抽滤等，但以上方法均有一定的缺陷，例如涂膜厚薄易不均匀、形成的片层互连性差、易污染环境、原料的损耗较大、膜与MXene之间的连接不是很紧密等。所以本发明利用马拉高尼效应(Marangoni Effect)将MXene功能层固定到透析膜表面。在物理学中有一种马拉高尼效应，当具有低表面能的化学试剂(例如乙醇)落入高表面能介质(例如水)中时，在周围材料的边界上出现局部表面张力梯度，导致表面流向表面张力较高的区域。扩散系数(S)决定了扩散流动的速度，并由基液(水)和聚合物溶液之间的三相接触线上的表面张力定义，其中S＝γ₁-γ₂-γ₁₂(γ₁和γ₂分别是基液和聚合物溶液的表面张力，γ₁₂是两种溶液的界面张力)。若S为正，即基液γ₁的表面张力大于γ₂和γ₁₂的总和，则聚合物溶液将铺展在水性基材表面形成均匀的聚合物膜。若S为负，即基液γ₁的表面张力小于γ₂和γ₁₂的总和，聚合物溶液会在水表面聚集成球，无法铺展。用马拉高尼效应制备MXene功能层的方法，绿色无污染，且方法简便快速高效，不需要特殊设备，制出的膜稳定性好，涂膜均匀，厚度可控且较为节省原料，原料可重复使用。

目前，现有的血液透析膜对中、小分子毒素的清除率一般，且几乎无法改善体内氧化应激状态，因此研究一种功能化血液透析膜，在透析的同时具有较好的中、小分子毒素清除率，抑制体内氧化应激水平，维持较好生物相容性，是目前极具临床意义的发展方向之一。

发明内容