使用纳米电动技术的透析装置可以用作便携式人工肾

一个研究小组开发了一种紧凑型腹膜透析装置，可以用作便携式人工肾。这项研究发表在3月29日的《纳米生物技术杂志》上

由于工业发展和饮食习惯的改变，因肾功能衰竭而接受透析的患者人数继续增加。目前，常用的替代肾功能的血液透析方法存在局限性，极大地限制了患者的日常生活

这些设备不仅很大，而且还要求患者每天在医院呆四到六个小时，每周两到三次。自21世纪初以来，美国、欧洲和日本的研究人员一直在领导开发个人可以随身携带并随身透析的实用设备，但由于缺乏制造小型透析器的技术，商业化难以实现

腹膜透析为血液透析提供了一种替代方案。在这种方法中，透析液被引入腹膜腔，通过分子交换去除废物。这种方法允许患者在家或其他地方进行透析，从而保持更正常的生活方式

联合研究小组证明，通过从外部连续净化用过的透析液并将其重新注入腹膜腔，可以实现可穿戴腹膜透析设备。该团队提出了一种使用离子浓度极化（ICP）的新型净化机制，该机制利用库仑力快速分离离子和粒子，有效地从体内去除废物

当电场施加在纳米多孔膜上时，库仑力加速了离子分离，扩大了净化区。然而，传统的电渗析方法在完全净化透析液方面存在局限性，因为尿素是体内的主要废物之一，是电中性的，不受库仑力的影响

为了克服这一点，研究小组进一步激活了纳米多孔膜的选择性离子渗透性，不仅可以电化学分解和去除肌酐等带电废物，还可以去除尿素等中性分子。该原理通过微流体装置进行了实验验证，该装置控制通过微通道的流体流动以诱导化学反应

研究团队面临的最后一个挑战是提高透析液的流速。为了作为可穿戴透析设备可行，该设备需要达到每分钟毫升的流体处理能力。然而，传统的微流体装置具有二维结构，将其容量限制在每分钟微升，使足够的流速膨胀变得困难

为了解决这个问题，该团队设计了一种微网结构，仅在纳米多孔膜附近形成纳米级电流体动力学环境，显著提高了流体吞吐量。因此，他们成功开发了一种三维透析装置。该装置实现了高达每分钟1毫升的流体处理速率。当应用于肾功能衰竭的大鼠模型时，该装置在每个透析周期的平均废物去除率约为30%

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如果这种腹膜透析装置作为便携式系统商业化，预计将显著提高肾功能衰竭患者的生活质量。此外，它可以降低医疗成本，减少医疗浪费，提高医疗保健的可及性，特别是使低收入和发展中国家的患者受益

该团队由电气与计算机工程系的Sung Jae Kim教授领导，与首尔国立大学医院、首尔国立大学医学院和Hallym大学材料科学与工程系合作。

首尔国立大学医学院的Jung Chan Lee教授评论道：“这种腹膜透析设备要应用于人类，必须经过医疗设备商业化、安全评估、临床试验和监管批准。虽然还有很长的路要走，但这项研究具有重要意义，因为它确保了可能彻底改变终末期肾病治疗的基础技术。需要进一步的投资和研究，以确保患者最终能够从这项创新中受益。”

韩林大学的Gun Yong-Sung教授强调，“这一成就标志着纳米技术在人工器官中的首次成功应用。知道这项研究可以为因透析而满意度低的终末期肾病患者提供更好的生活质量，这是值得的。”首尔国立大学医院的Yon Su Kim教授说：“慢性肾病的各种治疗方法已经实施，但患者一直在努力维持正常的日常生活。如果我们的研究结果商业化，慢性肾病患者不仅可以更稳定地维持日常活动，还可以计划更积极的生活方式。”首尔大学电气与计算机工程系的Sung Jae Kim教授强调，“这项研究不仅仅是开发一种先进的紧凑型透析设备。它具有广泛的社会意义，包括提高患者的生活质量、扩大医疗保健的可及性、降低医疗成本和推进医疗器械行业。

”尽管我们的大鼠模型测试存在明显的局限性，但如果我们将基于离子浓度极化的废物清除和液体膨胀技术整合到人工肾脏中，终末期肾病患者将能够获得移动性，并显著提高他们的生活水平。p