Ερευνητές από το Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικής Μηχανικής (MAE) της Σχολής Μηχανικών Herbert Wertheim ανέπτυξαν έναν νέο τύπο μεμβράνης αιμοκάθαρσης κατασκευασμένη από οξείδιο του γραφενίου (GO), το οποίο είναι ένα μονοατομικό πολυεπίπεδο υλικό.Αναμένεται να αλλάξει εντελώς τη θεραπεία της αιμοκάθαρσης υπομονετικά.Αυτή η πρόοδος επιτρέπει τη σύνδεση της συσκευής διάλυσης μικροτσίπ στο δέρμα του ασθενούς.Λειτουργώντας υπό αρτηριακή πίεση, θα εξαλείψει την αντλία αίματος και το εξωσωματικό κύκλωμα αίματος, επιτρέποντας την ασφαλή αιμοκάθαρση στην άνεση του σπιτιού σας.Σε σύγκριση με την υπάρχουσα πολυμερή μεμβράνη, η διαπερατότητα της μεμβράνης είναι δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερη, έχει συμβατότητα με το αίμα και δεν είναι τόσο εύκολο να κλιμακωθεί όσο οι πολυμερείς μεμβράνες.
Ο καθηγητής Knox T. Millsaps του MAE και επικεφαλής ερευνητής του έργου μεμβράνης Saeed Moghaddam και η ομάδα του ανέπτυξαν μια νέα διαδικασία που περιλαμβάνει αυτοσυναρμολόγηση και βελτιστοποίηση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των νανοαιμοπεταλίων GO.Αυτή η διαδικασία μετατρέπει μόνο τα 3 στρώματα GO σε εξαιρετικά οργανωμένα συγκροτήματα νανοφύλλων, επιτυγχάνοντας έτσι εξαιρετικά υψηλή διαπερατότητα και επιλεκτικότητα.«Αναπτύσσοντας μια μεμβράνη που είναι σημαντικά πιο διαπερατή από το βιολογικό της αντίστοιχο, τη σπειραματική βασική μεμβράνη (GBM) του νεφρού, έχουμε αποδείξει τις μεγάλες δυνατότητες των νανοϋλικών, της νανομηχανικής και της μοριακής αυτοσυναρμολόγησης».είπε ο Μόγκντα ο Δρ Μου.
Η μελέτη της απόδοσης της μεμβράνης σε σενάρια αιμοκάθαρσης έχει δώσει πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα.Οι συντελεστές κοσκινίσματος της ουρίας και του κυτοχρώματος-c είναι 0,5 και 0,4, αντίστοιχα, οι οποίοι επαρκούν για μακροχρόνια αργή αιμοκάθαρση, ενώ διατηρούν περισσότερο από το 99% της λευκωματίνης.μελέτες σχετικά με την αιμόλυση, την ενεργοποίηση του συμπληρώματος και την πήξη έχουν δείξει ότι είναι συγκρίσιμα με τα υπάρχοντα υλικά μεμβράνης αιμοκάθαρσης ή καλύτερα από την απόδοση των υπαρχόντων υλικών μεμβράνης αιμοκάθαρσης.Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έχουν δημοσιευθεί στο Advanced Materials Interfaces (5 Φεβρουαρίου 2021) με τον τίτλο «Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer».
Ο Δρ Moghaddam είπε: «Έχουμε επιδείξει ένα μοναδικό αυτοσυναρμολογούμενο μωσαϊκό παραγγελίας νανοαιμοπεταλίων GO, το οποίο προωθεί σημαντικά τη δεκαετή προσπάθεια για την ανάπτυξη μεμβρανών με βάση το γραφένιο».Είναι μια βιώσιμη πλατφόρμα που μπορεί να ενισχύσει τη νυχτερινή αιμοκάθαρση χαμηλής ροής στο σπίτι».Ο Δρ Moghaddam εργάζεται επί του παρόντος στην ανάπτυξη μικροτσίπ που χρησιμοποιούν νέες μεμβράνες GO, οι οποίες θα φέρουν την έρευνα πιο κοντά στην πραγματικότητα της παροχής φορητών συσκευών αιμοκάθαρσης για ασθενείς με νεφρική νόσο.
Το άρθρο του Nature (Μάρτιος 2020) ανέφερε: «Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας εκτιμά ότι περίπου 1,2 εκατομμύρια άνθρωποι πεθαίνουν από νεφρική ανεπάρκεια κάθε χρόνο παγκοσμίως [και η συχνότητα της νεφρικής νόσου τελικού σταδίου (ESRD) οφείλεται σε διαβήτη και υπέρταση]….Αιμοκάθαρση Ο συνδυασμός των πρακτικών περιορισμών της τεχνολογίας και της οικονομικής προσιτότητας σημαίνει επίσης ότι λιγότεροι από τους μισούς ανθρώπους που χρειάζονται θεραπεία έχουν πρόσβαση σε αυτήν».Οι κατάλληλα μικροσκοπικές φορητές συσκευές είναι μια οικονομική λύση για την αύξηση των ποσοστών επιβίωσης, ειδικά στην αναπτυσσόμενη Κίνα.«Η μεμβράνη μας είναι βασικό συστατικό ενός μικροσκοπικού συστήματος που μπορεί να φορεθεί, το οποίο μπορεί να αναπαράγει τη λειτουργία φιλτραρίσματος του νεφρού, βελτιώνοντας σημαντικά την άνεση και την οικονομική προσιτότητα παγκοσμίως», είπε ο Δρ Moghaddam.
«Οι σημαντικές πρόοδοι στη θεραπεία ασθενών με αιμοκάθαρση και νεφρική ανεπάρκεια περιορίζονται από την τεχνολογία μεμβράνης.Η τεχνολογία των μεμβρανών δεν έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο τις τελευταίες δεκαετίες.Η θεμελιώδης πρόοδος της τεχνολογίας των μεμβρανών απαιτεί βελτίωση της νεφρικής αιμοκάθαρσης.Ένα εξαιρετικά διαπερατό και εκλεκτικό υλικό, όπως η εξαιρετικά λεπτή μεμβράνη οξειδίου του γραφενίου που αναπτύχθηκε εδώ, μπορεί να αλλάξει το παράδειγμα.Οι εξαιρετικά λεπτές διαπερατές μεμβράνες μπορούν όχι μόνο να πραγματοποιήσουν μικροσκοπικές συσκευές διάλυσης, αλλά και πραγματικές φορητές και φορητές συσκευές, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα ζωής και την πρόγνωση των ασθενών».Ο James L. McGrath είπε ότι είναι καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Rochester και συν-εφευρέτης μιας νέας τεχνολογίας εξαιρετικά λεπτής μεμβράνης πυριτίου για διάφορες βιολογικές εφαρμογές (Nature, 2007).
Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Βιοϊατρικής Απεικόνισης και Βιομηχανικής (NIBIB) υπό τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.Η ομάδα του Dr. Moghaddam περιλαμβάνει τον Dr. Richard P. Rode, μεταδιδακτορικό συνεργάτη στο UF MAE, τον Dr. Thomas R. Gaborski (συν-κύριος ερευνητής), τον Daniel Ornt, MD (συν-κύριος ερευνητής) και ο Henry C του Τμήματος Βιοϊατρικής Μηχανική, Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ.Ο Δρ Chung και η Hayley N. Miller.
Ο Δρ. Moghaddam είναι μέλος της Ομάδας UF Interdisciplinary Microsystems Group και ηγείται του Εργαστηρίου Νανοδομικών Συστημάτων Ενέργειας (NESLabs), αποστολή του οποίου είναι να βελτιώσει το επίπεδο γνώσης της νανομηχανικής λειτουργικών πορωδών δομών και της φυσικής μετάδοσης μικρο/νανοκλίμακας.Συγκεντρώνει πολλούς κλάδους της μηχανικής και της επιστήμης για να κατανοήσει καλύτερα τη φυσική της μετάδοσης σε μικρο/νανοκλίμακα και να αναπτύξει δομές και συστήματα επόμενης γενιάς με υψηλότερη απόδοση και αποδοτικότητα.
Herbert Wertheim College of Engineering 300 Weil Hall PO Box 116550 Gainesville, FL 32611-6550 Αριθμός τηλεφώνου γραφείου