Výskumníci z Katedry mechanického a leteckého inžinierstva (MAE) na Herbert Wertheim School of Engineering vyvinuli nový typ hemodialyzačnej membrány vyrobenej z oxidu grafénu (GO), čo je monoatomický vrstvený materiál.Očakáva sa, že pacientom úplne zmení liečbu dialýzy obličiek.Tento pokrok umožňuje pripojenie mikročipového dialyzátora na kožu pacienta.Funguje pod arteriálnym tlakom, eliminuje krvnú pumpu a mimotelový krvný obeh, čo umožňuje bezpečnú dialýzu v pohodlí vášho domova.V porovnaní s existujúcou polymérnou membránou je priepustnosť membrány o dva rády vyššia, má krvnú kompatibilitu a nie je tak ľahké ju škálovať ako polymérové ​​membrány.
Profesor Knox T. Millsaps z MAE a vedúci výskumník membránového projektu Saeed Moghaddam a jeho tím vyvinuli nový proces zahŕňajúci samozostavenie a optimalizáciu fyzikálnych a chemických vlastností GO nanodoštičiek.Tento proces premení iba 3 vrstvy GO na vysoko organizované nanovrstvové zostavy, čím sa dosiahne ultra vysoká priepustnosť a selektivita."Vývojom membrány, ktorá je výrazne priepustnejšia ako jej biologický náprotivok, glomerulárna bazálna membrána (GBM) obličiek, sme preukázali veľký potenciál nanomateriálov, nanoinžinierstva a molekulárneho samousporiadania."Mogda Dr. Mu povedal.
Štúdia výkonnosti membrán v scenároch hemodialýzy priniesla veľmi povzbudivé výsledky.Preosievacie koeficienty močoviny a cytochrómu-c sú 0,5 a 0,4, čo je dostatočné na dlhodobú pomalú dialýzu pri zachovaní viac ako 99 % albumínu;štúdie o hemolýze, aktivácii komplementu a koagulácii ukázali, že sú porovnateľné s existujúcimi materiálmi dialyzačnej membrány alebo lepšie ako výkonnosť existujúcich materiálov dialyzačnej membrány.Výsledky tejto štúdie boli publikované na Advanced Materials Interfaces (5. februára 2021) pod názvom „Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer“.
Dr. Moghaddam povedal: "Preukázali sme unikátnu samozostavenú GO nanodoštičku usporiadanú mozaiku, ktorá výrazne posúva desaťročné úsilie vo vývoji membrán na báze grafénu."Je to životaschopná platforma, ktorá môže zlepšiť nízkoprietokovú nočnú dialýzu doma.“Doktor Moghaddam v súčasnosti pracuje na vývoji mikročipov s využitím nových GO membrán, ktoré priblížia výskum realite poskytovania nositeľných hemodialyzačných zariadení pre pacientov s ochorením obličiek.
Úvodník Nature (marec 2020) uviedol: „Svetová zdravotnícka organizácia odhaduje, že približne 1,2 milióna ľudí zomiera každý rok na celom svete na zlyhanie obličiek [a výskyt konečného štádia ochorenia obličiek (ESRD) je spôsobený cukrovkou a hypertenziou]….Dialýza Kombinácia praktických obmedzení technológie a cenovej dostupnosti tiež znamená, že k nej má prístup menej ako polovica ľudí, ktorí potrebujú liečbu.“Vhodne miniaturizované nositeľné zariadenia sú ekonomickým riešením na zvýšenie miery prežitia, najmä vo vývoji v Číne.„Naša membrána je kľúčovým komponentom miniatúrneho nositeľného systému, ktorý dokáže reprodukovať filtračnú funkciu obličiek, čím výrazne zlepšuje pohodlie a cenovú dostupnosť na celom svete,“ povedal Dr. Moghaddam.
„Veľké pokroky v liečbe pacientov s hemodialýzou a zlyhaním obličiek sú obmedzené membránovou technológiou.Membránová technológia neurobila za posledných niekoľko desaťročí výrazný pokrok.Zásadný pokrok membránovej technológie si vyžaduje zlepšenie renálnej dialýzy.Vysoko priepustné a selektívne materiály, ako je tu vyvinutá ultratenká membrána z oxidu grafénu, môžu zmeniť paradigmu.Ultratenké priepustné membrány dokážu realizovať nielen miniaturizované dialyzátory, ale aj skutočné prenosné a nositeľné zariadenia, čím zlepšujú kvalitu života a prognózu pacienta.“James L. McGrath povedal, že je profesorom biomedicínskeho inžinierstva na Univerzite v Rochesteri a spoluvynálezcom novej technológie ultratenkých kremíkových membrán pre rôzne biologické aplikácie (Nature, 2007).
Tento výskum bol financovaný Národným inštitútom biomedicínskeho zobrazovania a bioinžinierstva (NIBIB) v rámci Národného inštitútu zdravia.Tím Dr. Moghaddama zahŕňa Dr. Richard P. Rode, postdoktorandský pracovník na UF MAE, Dr. Thomas R. Gaborski (spoluhlavný riešiteľ), Daniel Ornt, MD (spoluhlavný riešiteľ) a Henry C z Katedry biomedicíny Engineering, Rochester Institute of Technology .Dr. Chung a Hayley N. Miller.
Dr. Moghaddam je členom UF Interdisciplinary Microsystems Group a vedie Laboratórium pre nanoštruktúrované energetické systémy (NESLabs), ktorého poslaním je zlepšiť úroveň znalostí v oblasti nanoinžinierstva funkčných poréznych štruktúr a fyziky prenosu na mikro/nanometroch.Spája viaceré disciplíny inžinierstva a vedy, aby lepšie porozumel fyzike prenosu v mikro/nanoúrovni a vyvinul štruktúry a systémy novej generácie s vyšším výkonom a efektívnosťou.
Herbert Wertheim College of Engineering 300 Weil Hall PO Box 116550 Gainesville, FL 32611-6550 Telefón do kancelárie