摘要：血液透析（HD）可以去除患者血液中的代谢废物或毒素等有害物质，维持内环境平衡，因而被广泛用于肾脏替代治疗等领域。透析器是HD仪器设备中最重要的组成部分，透析膜材料又决定了透析器的功能与特性。但目前市场上的透析膜仍存在生物相容性不足、毒素清除效率有限、易出现凝血
肖湘成教授
撰稿|中南大学湘雅医院 肖湘成
血液透析（HD）可以去除患者血液中的代谢废物或毒素等有害物质，维持内环境平衡，因而被广泛用于肾脏替代治疗等领域。透析器是HD仪器设备中最重要的组成部分，透析膜材料又决定了透析器的功能与特性。但目前市场上的透析膜仍存在生物相容性不足、毒素清除效率有限、易出现凝血等问题，需要进一步改进。2024年透析膜在材料和技术方面取得了诸多进展，下面将对这些进展进行阐述。
血液透析膜制备材料进展
1.生物基材料透析膜
2024年5月，1篇发表于International Journal of Biological Macromolecule的研究使用负压浸渍和离子凝胶技术，用2种可降解的生物基材料——细菌纳米纤维素（BNC）和壳聚糖颗粒（CSP）制造了1种新型血液透析膜（图1）。与传统血液透析膜相比，该膜具有力学性能高、抗菌能力强、血液相容性和细胞相容性好等特点。在持续4 h的模拟透析试验中，CSP/BNC膜显示出较高的尿素清除率（16.37%/cm2）和溶菌酶清除率（3.54%/cm2），同时有效保留了牛血清白蛋白（98.04%/cm2）。此外，通过原位CSP形成的方法，该膜可有效调节孔隙特性，展现出作为新型环保血液透析膜的巨大潜力[1]。
图1 CSP/BNC膜制备示意图
无独有偶，来自葡萄牙波尔图大学的Maria Lima Martingo创新性地从昆虫体内提取了具有与商品壳聚糖相当的物理和化学性能的壳聚糖，并用其制造了新型透析膜CH-M。经过测试，该膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌（MSSA和MRSA）等多种细菌的抗性良好，并且在尿素和白蛋白渗透性试验中显示出优异的尿素去除率和白蛋白保留率，进一步彰显了生物基材料在血液透析膜领域的广阔前景[2]。
2.内皮模拟透析膜
2024年3月，1篇发表于Journal of Membrane Science的研究，通过聚多巴胺（PDA）预涂层、磺胺甜菜碱和羧基侧链共聚物（PSBC）的多点锚定以及未分级肝素（UFH）的接枝，在聚砜（PSF）膜上制造了内皮膜模拟涂层（EMMC）（图2）。多点锚定的PSBC层形成了超薄细胞外膜双离子模拟界面，增强了血液相容性。接枝的UFH分子模拟抗凝分子附着在内皮膜上，赋予膜优越的抗凝活性。
与商业聚砜透析膜相比，EMMC包覆膜的蛋白质吸附、血小板粘附和补体活化分别降低了94.1%、98.9%和77%。同时，其抗凝性能，包括凝血时间、表面血栓形成时间和凝血酶失活效果，与目前报道的肝素涂层相比都有显著提高。该研究使用EMMC改良的PSF透析器回路在比格犬模型中进行2 h的无抗凝体外循环实验，未观察到任何血栓形成。并且，改良后的透析器的主要透析参数没有降低，这表明这种具有高血液相容性和强抗凝血性能的内皮膜模拟涂层在HD中具有很大的潜力取代全身肝素化[3]。
图2 PSF透析器膜上EMMC制备工艺示意图
3.改良亲水性透析膜
2024年5月，有研究将富含氨基的亲水性聚合物（PMAPC）与氯甲基官能团聚醚砜（PES），通过非溶剂诱导相分离法共混制备了磷脂类仿生PES膜。结果表明，磷脂聚合物分子链与氯甲基PES之间的化学键提高了PMAPC的稳定性，弥补了亲水性添加剂易溶解的缺点。表征和评价表明，改性后的PES膜具有优异的亲水性和稳定性，能有效抑制血小板粘附活化和纤维蛋白原吸附变性，抑制补体活化，延长凝血时间（图3）。体外血液循环实验进一步证实了该改性膜优良的抗凝血活性。此外，这种改性和制备方法简单实用，反应条件温和，成本低，易于工业化[4]。
图3 磷脂修饰PES膜表面抗非特异性粘附的示意图
血液透析膜制备工艺进展
1.基于先进共挤技术的中空纤维膜制备
2024年1月，1项发表在Journal of Membrane Science上的研究通过新兴的先进共挤技术及双喷嘴设计，显著改进了透析膜的制造工艺（图4）。传统单喷嘴法制备的中空纤维膜在调控膜的内外层结构方面存在局限性，易形成夹层状结构，从而增加传质阻力并降低毒素清除效率。此外，该方法对壳层侧孔隙的调控较弱，难以进一步提升透析性能。相比之下，双喷嘴设计技术允许同时优化膜的内层（与血液接触）和壳层（与透析液接触）结构，具体而言，内层纳米级孔径可调（如8.4 nm），而壳层侧可生成微米级孔隙（如1.9 µm），实现更高的尿素和肌酐清除率，同时显著降低蛋白泄漏率（如白蛋白泄漏仅为0.117%）。此外，该技术通过延迟相分离来控制膜的孔隙率（高达86%）与壁厚（如30 µm），从而进一步提高了透析效率[5]。
总体而言，先进共挤技术在中空纤维膜的制造中展示了高效、灵活和成本效益的优势，为透析膜性能的提升提供了新思路，同时也展现了其在医疗应用中的广阔前景。
图4 共挤技术制备中空纤维膜的方法、目标和要求
2.基于熔融纺丝和选择性溶胀技术的中空纤维透析膜制备
2024年1月19日发表于Journal of Membrane Science的1项研究采用熔融纺丝结合选择性溶胀的策略，以嵌段共聚物（PSF-b-PEG）为基材，通过调控溶胀条件实现了膜孔径、孔隙率和表面特性的精细调控（图5）。这种方法避免了高沸点溶剂的使用，同时通过PEG链的富集提高了膜表面的亲水性和血液相容性。优化后的膜（如SFEG30 HFMs）显示出优异的性能，包括99.9%的白蛋白截留率、93%~95%的小分子毒素清除率以及69.2%的中分子毒素（如溶菌酶）清除率。此外，与传统透析膜使用的相分离工艺相比，这种方法避免了高沸点溶剂残留的问题，使膜的有机物析出率接近零，大幅提升了透析的安全性[6]。
这一创新工艺通过减少复杂的表面改性步骤，显著提高了生产效率和生物安全性，为未来高性能血液透析膜的开发提供了新的方向和解决方案。
图5 使用HFM制备透析器的方案
中南大学湘雅医院肾内科宁建平教授和肖湘成教授团队长期致力于抗凝改性血液透析膜的研究。2024年1月，团队通过PDA涂层技术在PES膜表面固定凝血因子Xa（FXa）抑制剂阿哌沙班和利伐沙班，成功制备了1种新型抗凝血膜。该方法有效改善了膜的亲水性和表面电荷特性，减少了蛋白吸附和血小板黏附，同时显著抑制了FXa的生成，延长了凝血时间，并降低了补体C3a和C5a的活化水平[7]。同时，团队还通过共混法将两亲性共聚物P（AA-MMA）与PES制膜，并通过酰胺反应在膜表面接枝阿加曲班，制备出另一种新型抗凝血膜。这种改性膜显著提升了亲水性，降低了蛋白吸附量和血小板粘附率，同时延长了凝血时间（APTT、PT、TT）。2项研究的改性策略都有效改善了膜的血液相容性和抗凝性能，为抗血栓膜材料的开发提供了新思路。
2024年，血液透析膜材料的基础研究和应用开发均取得了显著进展，为HD率的提升和患者的安全保障提供了新的思路与方法。随着研究的深入，未来有望开发出更多具有高生物相容性和抗凝性能的创新材料，为透析患者带来更好的治疗效果。
参考文献
[1]Lin L, Chen L, Lu C,et al. Chitosan particles embedded bacterial nanocellulose flat membrane for hemodialysis[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 266: 130646.
[2] Martingo M L. INSECT CHITOSAN BIOINSPIRED APPROACH FOR HAEMODIALYSIS TREATMENT.
[3]Sun C, Yang Q, Li Y,et al. Endothelial membrane mimetic coating modified dialyzer for hemocompatible and anticoagulant-free hemodialysis[J]. Journal of Membrane Science, 2024, 695: 122471.
[4] Du Y, Chen X, Mou Y,et al. Improving hemocompatibility and antifouling performance of polyethersulfone membrane by in situ incorporation of phosphorylcholine polymers[J]. Applied Surface Science, 2024, 656: 159646.
[5] Nguyen T T, Fareed H, Le-Thi A D,et al. Design of robust hollow fiber membranes using an advanced co-extrusion technology for enhanced hemodialysis[J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 493: 152678.
[6] Ying X, Qiu S, Ye X,et al. Elution-free hollow-fiber membranes of block copolymers for hemodialysis balancing protein retaining and toxin clearance[J]. Journal of Membrane Science, 2024, 695: 122457.
[7] Wang C, Jiang D, Ge H,et al. Preparation of an anticoagulant polyethersulfone membrane by immobilizing FXa inhibitors with a polydopamine coating[J]. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 2024, 35(16): 2469～2483.
来源：奇幻科学岛
