Vědci z katedry strojního a leteckého inženýrství (MAE) na Herbert Wertheim School of Engineering vyvinuli nový typ hemodialyzační membrány vyrobené z oxidu grafenu (GO), což je monoatomický vrstvený materiál.Očekává se, že trpělivě zcela změní léčbu ledvinové dialýzy.Tento pokrok umožňuje připojení mikročipového dialyzátoru na kůži pacienta.Funguje pod arteriálním tlakem, eliminuje krevní pumpu a mimotělní krevní oběh, což umožňuje bezpečnou dialýzu v pohodlí vašeho domova.Ve srovnání se stávající polymerní membránou je propustnost membrány o dva řády vyšší, je kompatibilní s krví a není tak snadné ji zvětšit jako u polymerních membrán.
Profesor Knox T. Millsaps z MAE a vedoucí výzkumný pracovník membránového projektu Saeed Moghaddam a jeho tým vyvinuli nový proces zahrnující samosestavení a optimalizaci fyzikálních a chemických vlastností nanodestiček GO.Tento proces přemění pouze 3 GO vrstvy na vysoce organizované nanovrstvové sestavy, čímž se dosáhne ultra vysoké propustnosti a selektivity."Vývojem membrány, která je výrazně propustnější než její biologický protějšek, glomerulární bazální membrána (GBM) ledviny, jsme prokázali velký potenciál nanomateriálů, nanoinženýrství a molekulárního samouspořádání."Mogda Dr. Mu řekl.
Studie výkonnosti membrán v hemodialyzačních scénářích přinesla velmi povzbudivé výsledky.Prosévací koeficienty močoviny a cytochromu-c jsou 0,5 a 0,4, což je dostatečné pro dlouhodobou pomalou dialýzu při zachování více než 99 % albuminu;studie hemolýzy, aktivace komplementu a koagulace ukázaly, že jsou srovnatelné se stávajícími materiály dialyzační membrány nebo lepší než účinnost stávajících materiálů dialyzační membrány.Výsledky této studie byly publikovány na Advanced Materials Interfaces (5. února 2021) pod názvem „Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer“.
Dr. Moghaddam řekl: "Předvedli jsme unikátní samostatně sestavenou GO nanodestičkovou uspořádanou mozaiku, která výrazně posouvá desetileté úsilí ve vývoji membrán na bázi grafenu."Je to životaschopná platforma, která může zlepšit nízkoprůtokovou noční dialýzu doma.“Doktor Moghaddam v současnosti pracuje na vývoji mikročipů využívajících nové GO membrány, které přiblíží výzkum realitě poskytování nositelných hemodialyzačních přístrojů pro pacienty s onemocněním ledvin.
V úvodníku Nature (březen 2020) se uvádí: „Světová zdravotnická organizace odhaduje, že na celém světě ročně zemře přibližně 1,2 milionu lidí na selhání ledvin [a výskyt konečného stádia onemocnění ledvin (ESRD) je způsoben cukrovkou a hypertenzí]….Dialýza Kombinace praktických omezení technologie a cenové dostupnosti také znamená, že k ní má přístup méně než polovina lidí, kteří potřebují léčbu.“Vhodně miniaturizovaná nositelná zařízení jsou ekonomickým řešením pro zvýšení míry přežití, zejména ve vývojové Číně.„Naše membrána je klíčovou součástí miniaturního nositelného systému, který dokáže reprodukovat filtrační funkci ledvin, čímž výrazně zlepšuje pohodlí a cenovou dostupnost po celém světě,“ řekl Dr. Moghaddam.
„Hlavní pokroky v léčbě pacientů s hemodialýzou a renálním selháním jsou omezeny membránovou technologií.Membránová technologie neudělala v posledních několika desetiletích významný pokrok.Zásadní pokrok membránové technologie vyžaduje zlepšení renální dialýzy.Vysoce propustné a selektivní materiály, jako je zde vyvinutá ultratenká membrána z oxidu grafenu, mohou změnit paradigma.Ultratenké propustné membrány mohou nejen realizovat miniaturizované dialyzátory, ale také skutečná přenosná a nositelná zařízení, a tím zlepšit kvalitu života a prognózu pacientů.“James L. McGrath řekl, že je profesorem biomedicínského inženýrství na University of Rochester a spoluvynálezcem nové technologie ultratenkých křemíkových membrán pro různé biologické aplikace (Nature, 2007).
Tento výzkum byl financován Národním institutem biomedicínského zobrazování a bioinženýrství (NIBIB) v rámci Národního institutu zdraví.Tým Dr. Moghaddama zahrnuje Dr. Richarda P. Rodea, postdoktorandského pracovníka na UF MAE, Dr. Thomase R. Gaborského (spoluhlavního řešitele), Daniela Ornta, MD (spoluhlavního řešitele) a Henryho C z katedry biomedicíny Engineering, Rochester Institute of Technology.Dr. Chung a Hayley N. Miller.
Dr. Moghaddam je členem UF Interdisciplinary Microsystems Group a vede Laboratoř nanostrukturovaných energetických systémů (NESLabs), jejímž posláním je zlepšit úroveň znalostí v oblasti nanoinženýrství funkčních porézních struktur a přenosové fyziky v mikro/nanoměřítku.Spojuje různé obory inženýrství a vědy, aby lépe porozuměl fyzice přenosu v mikro/nanoměřítku a vyvinul struktury a systémy nové generace s vyšším výkonem a účinností.
Herbert Wertheim College of Engineering 300 Weil Hall PO Box 116550 Gainesville, FL 32611-6550 Telefon do kanceláře