肝細(xì)胞培養(yǎng)用的聚砜非對(duì)稱中空纖維膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能評(píng)價(jià).pdf

1、為了挽救肝功能衰竭病人的生命，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者長(zhǎng)期致力于體外人工肝支持系統(tǒng)的研究，以期為肝衰竭患者等待肝移植或通過自身肝再生恢復(fù)提供過渡的“橋梁”。在體外人工肝支持系統(tǒng)中，生物反應(yīng)器是其核心部分，其性能直接關(guān)系到支持系統(tǒng)的效率與效果。其中，中空纖維型生物反應(yīng)器是目前研究最多，使用最廣泛的一種生物反應(yīng)器。但傳統(tǒng)的中空纖維生物反應(yīng)器還存在一些不足，比如膜通量較低，肝細(xì)胞在存活數(shù)量和生長(zhǎng)壽命上都滿足不了臨床的要求。針對(duì)這些不足，我們?cè)谶^去數(shù)年

2、的中空纖維膜研究的基礎(chǔ)上，制備了一種專用于培養(yǎng)肝細(xì)胞的大孔徑(0.7 u m)，單皮層整體的聚砜非對(duì)稱中空纖維膜。本論文旨在通過對(duì)這種專用中空纖維膜的結(jié)構(gòu)和性能的表征，確定基礎(chǔ)的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，為后續(xù)肝細(xì)胞在聚砜中空纖維膜上的貼壁生長(zhǎng)和分布奠定基礎(chǔ)。 本論文在閱讀和總結(jié)相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)聚砜大孔徑非對(duì)稱中空纖維膜的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。由于掃描電鏡(SEM)在觀察表面結(jié)構(gòu)方面的直觀和方便，我們首先將其用于膜表面結(jié)構(gòu)的表征

3、。但由于它在樣品預(yù)處理過程中可能對(duì)膜表面結(jié)構(gòu)造成損害，因而又采用了具有較高分辨率，且不存在任何預(yù)處理過程的原子力顯微鏡(AFM)。本文綜合采用了這兩種手段，對(duì)聚砜非對(duì)稱中空纖維膜的外表面、橫斷面和內(nèi)表面進(jìn)行觀察，并結(jié)合圖像分析對(duì)表面孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量表征。 綜合SEM和AFM對(duì)外表面的表征結(jié)果，聚砜濃度為10[％]和9[％]時(shí)，非對(duì) 稱中空纖維膜外表面的孔徑分別為0.7μm和0.8μm,表面孔隙率約分別為27％和28％。但

4、低濃度的膜孔形態(tài)因予較大，說明孔形狀更不規(guī)整。比較得出兩種手段的表征結(jié)果基本是一致的，但存在小的差異，AFM得到的膜孔平均尺寸大于SEM得到的結(jié)果。產(chǎn)生差異的原因主要有SEM的制樣導(dǎo)致孔尺寸減小，以及AFM的“針尖一樣品卷積效應(yīng)”。綜合看來(lái)，孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的結(jié)果應(yīng)介于兩者之間。采用AFM觀察分析得到內(nèi)表面的孔徑為70nm左右，外、內(nèi)表面的孔徑比約為10。與外表面類似，10％聚砜濃度制得的中空纖維膜的內(nèi)表面的平均孔徑和表面孔隙率小于9％聚砜濃

5、度制得的。從孔形狀因子看出內(nèi)表面的孔形狀較外表面更不規(guī)則，大于1.25，說明孔形狀類似橢圓。從孔徑分布圖看出，無(wú)論是中空纖維的外表面還是內(nèi)表面，由于尾部的存在，孔徑分布都呈非高斯分布特性，說明孔徑分布不夠均勻，表面分散著少許大孔。 中空纖維膜性能測(cè)試方面，采用了氮?dú)鈮簞?dòng)力裝置對(duì)聚砜非對(duì)稱中空纖維膜的通透性進(jìn)行了測(cè)試。首先在中空纖維的管側(cè)(正向)進(jìn)入純水過濾，考察了各種操作條件包括入口剪切速率(γ<,w>)、跨膜壓(TMP)和分離

6、器的放置方式對(duì)濾過速率(Q<,f>)和純水透過率(Lp)的影響，發(fā)現(xiàn)Q<,f>隨γ<,w>和TMP呈線性增加，Lp卻隨著γ<,w>的增加而逐漸下降；在入口流量固定的條件下TMP對(duì)Lp的影響不大。但隨TMP和入口流量的增加，Q<,f>的線性下降，且Lp值起伏較大，說明TMP和γ<,w>的增加會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的不穩(wěn)定性增加。正向過濾方式下，TMP應(yīng)不超過30mmHg。分離器不同的放置方式對(duì)Lp的結(jié)果也有一定的影響。在低操作壓力時(shí)，豎直放置的L

7、p大于水平；當(dāng)操作壓力增大到10Kpa以上時(shí)，水平方式的Lp大于豎直方式。這主要是由于重力場(chǎng)的影響和有效膜面積的不同所造成的。 在正向研究的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步考察了反向(殼側(cè)進(jìn)水)濾過方式與正向的差別，發(fā)現(xiàn)反向的Lp明顯大于正向。這說明不同的濾過方式下膜的過濾速率不同，而反向?yàn)V過方式的研究有利于開發(fā)高通量的血漿分離器，在生物人工肝應(yīng)用方面也有重要的意義。對(duì)正反向Lp產(chǎn)生差異的原因，本文嘗試從分離器設(shè)計(jì)如纖維的排列分布對(duì)殼側(cè)流體流

8、動(dòng)的影響以及膜孔結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，利用反向?yàn)V過方式考察了膜的耐壓性，得出反向?yàn)V過方式下TMP不應(yīng)超過20mmHg。SEM和AFM對(duì)測(cè)試前后膜結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果證實(shí)了膜結(jié)構(gòu)在測(cè)試前后發(fā)生了改變。此外，還考察了聚砜非對(duì)稱中空纖維膜的牛血清白蛋白(BSA)篩分性能，發(fā)現(xiàn)9[％]聚砜濃度制得的中空纖維膜的篩分系數(shù)(SC)大于10[％]聚砜濃度制得的，前者約為93[％]，說明BSA能基本透過此膜。同時(shí)發(fā)現(xiàn)不同濾過方式對(duì)中空纖維膜的篩分