基于新型多孔材料的血液灌流吸附剂的开发与研究

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基于吸附原理的血液灌流是目前用于治疗肝脏疾病的重要疗法。但传统的活性炭和树脂基血液灌流吸附剂(Hemoadsorbents)对毒素的吸附清除效果仍不够理想。因此,本文基于具有高吸附特性的金属-有机框架(Metal-Organic Frame-works,MOFs)、多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers,POPs)以及共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)材料,开发与研究了一系列新型高效血液灌流吸附剂。本文首先研究了MIL-101(Cr)用于血液灌流吸附去除胆红素(肝脏疾病的代表性毒素)的潜力,发现MIL-101(Cr)可高效吸附去除胆红素,但其血液相容性差。因此本文制备了两性离子聚羧酸甜菜碱(PCB)水凝胶涂层保护的MIL-101(Cr)(PCB-MIL101),显著提升了其血液相容性。相比于活性炭和树脂(吸附能力分别为~0.76 mg g-1和~4.59 mg g-1),PCB-MIL101在100%胎牛血清(FBS)中对胆红素的吸附能力分别是它们的~30倍和~5倍。另外,本文还研究了PCN-333和MOF-808用于血液灌流的潜力,发现它们具有良好的血液相容性和高效的胆红素吸附性。尤其是PCN-333表现出快速的吸附(5 min内达到饱和)和超高的最大吸附容量(~1004 mg g-1)。在100%FBS中,PCN-333对胆红素的吸附能力(吸附速度)分别是活性炭和树脂的~69倍和~11倍(~4倍和~2倍)。吸附剂的重复利用性可节约成本,但胆红素解吸附所需的强碱环境会破坏MIL-101(Cr)、PCN-333和MOF-808的配位结构。因此,本文基于“单体共聚”策略,利用自由基聚合和溶剂热反应一步制备出了由强共价键连接的两性离子基POPs,发现POP-CB-40%具有出色的血液相容性和重复利用性。在100%FBS中,POP-CB-40%对胆红素的吸附能力分别是活性炭和树脂的~37倍和~6倍。为进一步提升吸附性能,本文继续研究了具有内在有序性的结晶型的COFs在血液灌流领域的应用潜力,发现2D COFs和3D COFs均具有良好的血液相容性,且大多数COFs均展现出高效的胆红素吸附性。其中3D COFTFPA-ETTA在100%FBS中对胆红素的吸附性能分别是活性炭和树脂的~107倍和~18倍。另外它还展现出一定的重复利用性。最重要的是,血液灌流临床模拟实验表明,3D COFTFPA-ETTA吸附柱对胆红素的清除率高达~98%。该研究为新型高效血液灌流吸附材料的开发提供了新思路,为新型多孔材料与血液灌流疗法之间搭建了桥梁。
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