Herbert Wertheim School of Engineering의 기계항공우주공학과(MAE) 연구원들은 단원자 층상 물질인 산화 그래핀(GO)으로 만든 새로운 유형의 혈액 투석 막을 개발했습니다.인내심을 가지고 신장투석 치료를 완전히 바꿀 것으로 기대된다.이러한 발전으로 마이크로칩 투석기가 환자의 피부에 부착될 수 있습니다.동맥압 하에서 작동하여 혈액 펌프와 체외 혈액 회로를 제거하여 집에서 편안하게 안전한 투석을 할 수 있습니다.기존 고분자막에 비해 투과율이 2배 이상 높고, 혈액 친화성이 있으며, 고분자막에 비해 스케일링이 쉽지 않다.
MAE의 Knox T. Millsaps 교수와 멤브레인 프로젝트 Saeed Moghaddam의 수석 연구원과 그의 팀은 GO 나노혈소판의 물리적 및 화학적 특성의 최적화 및 자가 조립과 관련된 새로운 공정을 개발했습니다.이 프로세스는 3개의 GO 레이어를 고도로 조직화된 나노시트 어셈블리로 전환하여 매우 높은 투과성과 선택성을 달성합니다."신장의 사구체 기저막(GBM)보다 훨씬 더 투과성이 높은 막을 개발함으로써 우리는 나노 물질, 나노 공학 및 분자 자기 조립의 큰 잠재력을 입증했습니다."목다 무 박사가 말했다.
혈액 투석 시나리오에서 멤브레인 성능에 대한 연구는 매우 고무적인 결과를 가져왔습니다.요소와 시토크롬-c의 체분리 계수는 각각 0.5와 0.4로 알부민을 99% 이상 유지하면서 장기간의 완속 투석에 충분합니다.용혈, 보체활성화, 응고에 대한 연구 결과 기존 투석막 소재와 대등하거나 기존 투석막 소재보다 우수한 성능을 보였다.이번 연구 결과는 Advanced Materials Interfaces(2021년 2월 5일자)에 "Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer"라는 제목으로 게재됐다.
Moghaddam 박사는 "우리는 그래핀 기반 멤브레인 개발에서 10년 간의 노력을 크게 발전시킨 고유한 자가 조립 GO 나노혈소판 정렬 모자이크를 시연했습니다."라고 말했습니다.집에서 저유량 야간 투석을 향상시킬 수 있는 실행 가능한 플랫폼입니다.”Moghaddam 박사는 현재 새로운 GO 멤브레인을 사용하여 마이크로칩을 개발하고 있으며, 이는 신장 질환 환자를 위한 웨어러블 혈액 투석 장치를 제공하는 현실에 더 근접한 연구를 가져올 것입니다.
Nature의 사설(2020년 3월)은 다음과 같이 말했습니다.투석 기술의 실질적인 한계와 경제성의 결합은 또한 치료가 필요한 사람들의 절반 미만이 그것에 접근할 수 있다는 것을 의미합니다.”적절하게 소형화된 웨어러블 장치는 특히 개발도상국인 중국에서 생존율을 높이는 경제적인 솔루션입니다.Moghaddam 박사는 "우리 멤브레인은 신장의 여과 기능을 재현할 수 있는 소형 웨어러블 시스템의 핵심 구성 요소로 전 세계적으로 편안함과 경제성을 크게 향상시킵니다."라고 말했습니다.
“혈액 투석 및 신부전 환자 치료의 주요 발전은 막 기술에 의해 제한됩니다.멤브레인 기술은 지난 수십 년 동안 큰 발전을 이루지 못했습니다.멤브레인 기술의 근본적인 발전을 위해서는 신장 투석의 개선이 필요합니다.여기에서 개발된 초박형 그래핀 옥사이드 멤브레인과 같은 고투과성 및 선택적 재료는 패러다임을 바꿀 수 있습니다.초박막 투과성 멤브레인은 소형 투석기를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 실제 휴대용 및 웨어러블 장치를 구현하여 삶의 질과 환자 예후를 향상시킬 수 있습니다.”James L. McGrath는 자신이 로체스터 대학의 생의학 공학 교수이며 다양한 생물학적 응용을 위한 새로운 초박막 실리콘 막 기술의 공동 발명가라고 말했습니다(Nature, 2007).
이 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health) 산하 국립생의학영상 및 생명공학연구소(National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB)의 지원을 받았습니다.Moghaddam 박사의 팀에는 UF MAE의 박사후 연구원인 Richard P. Rode 박사, Thomas R. Gaborski 박사(공동 연구책임자), Daniel Ornt, MD(공동책임연구원), 생의학부의 Henry C가 포함됩니다. 공학, 로체스터 공과 대학.정 박사와 헤일리 N. 밀러.
Moghaddam 박사는 UF 학제간 마이크로시스템 그룹의 일원이며 나노구조 에너지 시스템 연구소(NESLabs)를 이끌고 있습니다. NESLabs의 임무는 기능적 다공성 구조 및 마이크로/나노스케일 전송 물리학의 나노공학 지식 수준을 향상시키는 것입니다.그는 마이크로/나노 스케일 전송의 물리학을 더 잘 이해하고 더 높은 성능과 효율성을 갖춘 차세대 구조와 시스템을 개발하기 위해 공학 및 과학의 여러 분야를 통합합니다.
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