血液透析中空纤维膜特性ppt课件.ppt
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1、医用膜发展历史回顾中空纤维膜基本特性不同膜材料透析器比较,改性纤维素膜 ,如醋酸膜(cellulose acetate,CA) 、血仿膜 (Hemophane)合成膜,如PAN、PC、PSU、PA+PAES、PES、PMMA、EVAL等新的膜或治疗方式出现?,优势,优势,high-efficiency,high-flux,医用膜发展历史回顾,1960S,非改性纤维素膜,如赛璐璐膜(Cellophane) 、铜仿膜(Cuprophane),1980S,中空纤维膜的尺寸(Dimensions)膜的表面积(Surface Area)与膜孔相关的特性(Membrane Pore-Related Cha
2、racteristics)膜的荷电性 (charged)或电位透析器性能相关的非膜因素(Non-Membrane-Related Determinants),中空纤维膜基本特性,合成膜,(一)中空纤维膜的尺寸( Dimensions ),(Synthetic membranes),中空纤维膜基本特性,Hagen-Poisseuile方程式: QB = P/(8L/r4) (1)其中: QB是血流率(blood flow rate) P是轴向压力差(axial pressure drop) 是血液粘度(blood viscosity) L是纤维长度(fiber length) r是中空纤维半径(
3、hollow fiber radius)一个更通用的方程式结构:QB = P/R (2)其中:R是血流动阻力(blood flow resistance) R= 8L/r4 (3),中空纤维膜基本特性,(一)中空纤维膜的尺寸( Dimensions ),P1P2, P3P4(P40),中空纤维膜基本特性,(一)中空纤维膜的尺寸( Dimensions ),反超,正超,反超滤(back ltration)会使细胞因子诱导物质(cytokine-inducing substances)进入血液,导致炎症。一些长期透析病人处于慢性微炎症状态,通过HD周期性的激活血细胞,导致长期透析症状(并发症)的发
4、展,如败血症。,中空纤维膜基本特性,(一)中空纤维膜的尺寸( Dimensions ),中空纤维表面积即圆柱筒内表面积: Afiber =2rL假设: r = 100 m (10-4m) ,L=24 cm (0.24 m) 则Afiber =(2)( 10-4m)( 0.24 m) =1.51 10-4m2又假设:透析器包含12000根纤维则Adialyzer= (Afiber)( N) =( 1.51 10-4m2)(12000) =1.81m2,(二)中空纤维膜表面积( Surface Area ),中空纤维膜基本特性,(三)与膜孔相关的特性( Membrane Pore-Related
5、Characteristics )渗透性,Hagen-Poisseuile 方程式:QB = P/(8L/r4),在一个恒定的跨膜压( transmembrane pressure )下,超滤率直接与这个孔半径的4次方相关(即r4)。水的渗透性(water permeability)虽受到孔的数量( number of pores )影响,但最直接影响的是膜的孔平均尺寸( mean pore size ),即r4 。,注意:渗透性是与水相关的,中空纤维膜基本特性,溶质的弥散性一定程度上与孔的尺寸( pore size )相关,但主要由膜的孔隙率(porosity i.e., pore dens
6、ity)决定的。孔隙率同时直接与孔的数量( number of pores )与孔半径的平方(r2)成正比的。,(三)与膜孔相关的特性(Membrane Pore-Related Characteristics )弥散性,注意:弥散性是与溶质相关的,中空纤维膜基本特性,高效透析器(high-efficiency dialyzers)与高通量透析器(high-flux dialyzers)实例比较,(三)与膜孔相关的特性( Membrane Pore-Related Characteristics )总结与实例,中空纤维膜基本特性,(三)与膜孔相关的特性( Surface Area )总结与实例
7、,实际上,毛孔具有半径的分布和曲折的(非圆柱形)结构。,中空纤维膜基本特性,(四)膜的荷电性(charged)或电位,中空纤维膜基本特性,膜在溶液中的荷电原因:膜材料本身的荷电官能基团(如磺酸( -SO3H )、羧酸( COOH )或胺基团( R-NH2, R2-NH ,R3-N,R4N+X-)和/或溶液中离子在膜表面不同程度的吸附。,负电荷膜表面离子分布,1、膜的电位(zeta电位),定义:膜的电位是膜表面动电效应中,固液相之间相对运动时剪切面上的电位差。电位可以反映出膜表面荷电性质、荷电分布密度等,是研究膜表面荷电性的重要参数。,(四)膜的荷电性(charged)或电位,中空纤维膜基本特性
8、,2、膜表面的荷电性对溶质清除率的影响 大量实验表明表明带电溶质和荷电膜之间的静电相互作用对蛋白质在超滤膜中的传质具有很大影响。 O k a d a等人通过流动电位的测量计算出了单个纤维素和甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中空纤维的电位,并通过H32PO42标记的扩散实验获得了磷酸阴离子通过这两种膜的扩散渗透系数。对于由阴离子和阳离子高分子涂于甲基丙烯酸甲酯膜表面形成的膜,其上的电位和磷酸渗透系数之间有很好的关联性;而对于表面改性的纤维素膜却没有同样的关联性。,(四)膜的荷电性(charged)或电位,中空纤维膜基本特性, Suzuki等人用放射性同位素示踪的磷酸氢二钠(Na2HPO4)考察了其在铜
9、仿膜(Cuprophan)和血仿膜 (Hemophan)血液透析器上的渗透系数,其中血仿膜是由二乙氨基乙基纤维素取代原再生纤维素膜上的氢氧基。负荷电量高的铜仿膜上磷酸离子的清除率较小,这与磷酸阴离子和负荷电膜之间存在的静电相互作用是一致的。 Nakajima 等人同样考察了铜仿膜和血仿膜血液透析器上的磷酸离子渗透系数,得出了相似的结果。,(四)膜的荷电性(charged)或电位,中空纤维膜基本特性,郭瑞敏和沈文清等报道了不同的透析膜对维持性血液透析患者血磷的影响,得到血仿膜对磷的清除效果优于聚砜膜和铜仿膜,作者认为可能因为血仿膜是唯一带正电荷的膜,其膜表面的正电荷达(0.860.14)m v,
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