MXene材料可用于过滤尿素 让透析患者自由活动

对于全世界300多万人来说，肾衰竭是一种改变生命的诊断，如果不是一种威胁生命的诊断的话。虽然美国约17%的终末期肾病患者正在接受移植，但平均等待时间为3-5年。大部分时间都花在计划、接受和康复治疗上。这些人每周花几个小时连接透析机，从而清除血液中的毒素，减轻肾脏负担。在患者等待移植期间，透析可以暂时替代肾功能。但它也可能对他们的生活质量施加相当大的限制——实际上将患者与透析机和可能的医疗机构捆绑在一起。这是一个如此庄严的判决，以至于有些人在等待肾移植时选择推迟或放弃手术，抓住机会。

30多年来，生物医学工程师和医生一直致力于研制一种更便携版的透析机，它将恢复透析患者的正常状态。然而，阻碍其尺寸减小的最大问题是需要大量的水来清洁特别持久的废物的尿液。尿素是肝脏中产生的一种有机化合物，有助于将氮作为尿液中的废物从体内运输出来。但是当肾脏开始衰竭时，如果没有从系统中清除，尿素将积累到有毒水平。为了去除尿素，透析器将水推入系统以洗去水溶性化合物，然后将干净的血液返回循环。

因此，减少透析的关键是通过其他方式去除尿素。根据德雷塞尔杰出大学博士尤里戈戈特西(Yury Gogotsi)和巴赫领导的国际科学家、医生和工程师团队的研究，这种方法可能是一种由一种独特类型的原子很少的薄材料制成的薄过滤器，称为MXene。材料科学与工程系德雷斯尔工程学院教授。在最近发表在《ACS Nano》上的一篇论文中，来自加州大学洛杉矶分校、布赖顿大学、广西医科大学、华中科技大学和共生国际大学的研究人员报告称，MXene材料可以作为可穿戴人工肾应用中去除血液中尿素的候选材料。“这是生物医学技术令人兴奋的发展，”Gogotsi说。“与其他已知的吸附剂相比，这种物质显示出更好的从血浆中吸收尿素分子的能力。这意味着有一天，它可以让可穿戴肾脏成为现实，从而提高许多人的生活质量。”

MXene材料由纳米薄层组成，其化学成分和间距可以定制，使其成为令人难以置信的选择性过滤器。MXene材料已被用于捕获电磁辐射、发射无线电波和增强电流。在这篇论文中，研究小组解释了它们是如何被设计来过滤尿素分子的。他们写道：“与粘土类似，MXenes的层状结构可以嵌入和脱嵌水和有机分子，如肼、尿素和阳离子染料。“这表明，通过优化材料的化学成分和层间距离，可以微调MXene结构来吸收尿素。”研究人员表示，除了这种物理动物，这些层的化学排列也会对尿素颗粒产生分子吸引力。

总之，通过额外的研究可以优化MXenes的这些特性，使其成为减少肾脏尿素过滤工作量的理想材料。研究表明，在30种MXene材料中，它们能去除尿素水溶液中99%的尿素和透析液中94%的尿素。Gogotsi说：“去除尿素一直是一个非常具有挑战性的问题，因为分子非常小，以至于活性炭等传统吸附剂无法充分吸收。“我们与布莱顿大学的同事一起研究多孔碳用于血液净化已经有十多年了，但我们用碳从血液中去除的分子之一是尿素。当我们第一次合成Mxene并开始测试其性能时，我们发现尿素可以插入其中——这最终导致了本文的一个重要发现，认识到了MXene在可穿戴人工肾中的潜力。

已经发展了几十年的便携式透析设备仍然不能很好地完成清除尿素的任务。他们还使用一种酶来分解水中的尿素，这种酶在透析过程中吸收尿素，称为透析液，并将其转化为二氧化碳和氨。二氧化碳必须小心排放，以防止气泡进入循环系统。氨在达到有毒水平之前必须被特殊的过滤器吸收。所有这些都增加了类似于大型工具带的设备的重量，意味着要整天佩戴它。包括雪松西奈医学中心和加州大学洛杉矶分校戴维格芬医学院的维克多古拉在内的作者开发了第一个可穿戴人工肾技术，他们指出，更频繁和更长时间的透析已被证明与更好的结果有关。他们写道：“在健康的人类中，血液不断被肾脏过滤，也就是每周168小时，以维持电解质、酸碱平衡和液体平衡的完美稳态。”“因此，模仿连续过滤可能是一个有价值的目标，可以让终末期肾病患者获得更好的健康和生活质量，从而形成可穿戴人工肾的概念。”

虽然在技术出现之前，还有很长的路要走去改进和测试，但是修改和集成MXene材料的可能性可以消除一些最令人生畏的障碍。研究人员的下一步是确定哪种类型的MXene最适合过滤尿素，并继续测试以证明它可以安全地用于医疗应用。该大学的合著者谢尔盖米哈洛夫斯基(Sergei Mikhalovski)博士说：“这个看似微小的发现，即一些新材料可以清除血液中的尿素，实际上可能会对肾衰竭患者的生活质量产生相当大的影响。布莱顿大学药学和生物分子科学学院，现任纳米材料咨询公司ANAMAD的联合董事。“让患者代替临床透析，有机会等待肾脏转移。

植的同时保持更正常的常规，最终将挽救生命。”该研究由美国能源部和英国文化协会以及英国全球创新计划资助。