肝細胞培養(yǎng)用的聚砜非對稱中空纖維膜的形態(tài)結(jié)構和功能評價.pdf

1、為了挽救肝功能衰竭病人的生命，多年來國內(nèi)外學者長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提供過渡的“橋梁”。在體外人工肝支持系統(tǒng)中，生物反應器是其核心部分，其性能直接關系到支持系統(tǒng)的效率與效果。其中，中空纖維型生物反應器是目前研究最多，使用最廣泛的一種生物反應器。但傳統(tǒng)的中空纖維生物反應器還存在一些不足，比如膜通量較低，肝細胞在存活數(shù)量和生長壽命上都滿足不了臨床的要求。針對這些不足，我們在過去數(shù)年

2、的中空纖維膜研究的基礎上，制備了一種專用于培養(yǎng)肝細胞的大孔徑(0.7 u m)，單皮層整體的聚砜非對稱中空纖維膜。本論文旨在通過對這種專用中空纖維膜的結(jié)構和性能的表征，確定基礎的測試評價方法，為后續(xù)肝細胞在聚砜中空纖維膜上的貼壁生長和分布奠定基礎。 本論文在閱讀和總結(jié)相關參考文獻的基礎上，首先對聚砜大孔徑非對稱中空纖維膜的表面結(jié)構進行了表征。由于掃描電鏡(SEM)在觀察表面結(jié)構方面的直觀和方便，我們首先將其用于膜表面結(jié)構的表征

3、。但由于它在樣品預處理過程中可能對膜表面結(jié)構造成損害，因而又采用了具有較高分辨率，且不存在任何預處理過程的原子力顯微鏡(AFM)。本文綜合采用了這兩種手段，對聚砜非對稱中空纖維膜的外表面、橫斷面和內(nèi)表面進行觀察，并結(jié)合圖像分析對表面孔結(jié)構進行了定量表征。 綜合SEM和AFM對外表面的表征結(jié)果，聚砜濃度為10[％]和9[％]時，非對 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的制樣導致孔尺寸減小，以及AFM的“針尖一樣品卷積效應”。綜合看來，孔結(jié)構參數(shù)的結(jié)果應介于兩者之間。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。 中空纖維膜性能測試方面，采用了氮氣壓動力裝置對聚砜非對稱中空纖維膜的通透性進行了測試。首先在中空纖維的管側(cè)(正向)進入純水過濾，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>的增加會導致測試結(jié)果的不穩(wěn)定性增加。正向過濾方式下，TMP應不超過30mmHg。分離器不同的放置方式對Lp的結(jié)果也有一定的影響。在低操作壓力時，豎直放置的L

7、p大于水平；當操作壓力增大到10Kpa以上時，水平方式的Lp大于豎直方式。這主要是由于重力場的影響和有效膜面積的不同所造成的。 在正向研究的基礎上，本文進一步考察了反向(殼側(cè)進水)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，而反向濾過方式的研究有利于開發(fā)高通量的血漿分離器，在生物人工肝應用方面也有重要的意義。對正反向Lp產(chǎn)生差異的原因，本文嘗試從分離器設計如纖維的排列分布對殼側(cè)流體流

8、動的影響以及膜孔結(jié)構兩方面進行了分析。在此基礎上，利用反向濾過方式考察了膜的耐壓性，得出反向濾過方式下TMP不應超過20mmHg。SEM和AFM對測試前后膜結(jié)構的表征結(jié)果證實了膜結(jié)構在測試前后發(fā)生了改變。此外，還考察了聚砜非對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。同時發(fā)現(xiàn)不同濾過方式對中空纖維膜的篩分