MXene材料可以代替肾脏，使透析病人可以自由移动
对世界上超过300万人来说，肾衰竭是一种改变生活的诊断，如果不是危及生命的话。在美国，大约有17%的终末期肾病患者正在接受移植手术，但平均等待时间是3-5年。大部分时间都花在了计划、接受和康复治疗上。这些人每周要花好几个小时，好几次使用透析仪来清除血液中的毒素，减轻肾脏的负担。
在病人等待移植时，透析可以暂时代替肾脏的功能。但它也会对他们的生活质量施加相当多的限制——有效地把病人拴在a透析的机器很可能是医疗机构这是一个如此令人难忘的判决，以至于一些人选择推迟或放弃手术，在等待肾脏移植的过程中碰碰运气。
三十多年来，生物医学工程师和医生一直致力于研制一种更便携的透析机，使透析患者在一定程度上恢复正常。但阻碍其体积缩小的一个大问题是，净化血液中顽固的尿素废物需要大量的水。
尿素是肝脏产生的一种有机化合物，有助于将尿液中的氮作为废物从体内运输出去。但当肾脏开始衰竭时，尿素就会积聚，如果不从系统中清除，尿素就会达到有毒的水平。为了去除尿素，透析机通过系统推入数升的水来冲洗水溶性化合物，然后使干净的血液重新进入循环。
因此，缩小透析的关键是用其他方法去除尿素。根据由德雷克塞尔大学的Yury Gogotsi博士领导的一个由科学家、医生和工程师组成的国际研究小组的研究，这种方法可能是一个由一种独特的少原子薄材料MXene制成的薄过滤器，他是著名大学德雷克塞尔工程学院的巴赫教授，在材料科学与工程系。
在最近发表的一篇论文中ACS Nano来自美国加州大学洛杉矶分校、英国布莱顿大学、中国广西医科大学、华中科技大学和印度共生国际大学的研究人员，据报道，MXene材料可能是一种候选的去除血液中的尿素在穿戴式人工肾脏的应用。
Gogotsi说:“这是生物医学技术的一个令人兴奋的发展。”“与其他已知的吸附剂相比，这种材料已经显示出更好的从血浆中吸附尿素分子的能力。这意味着有一天可以实现可穿戴肾脏，改善很多人的生活质量。”
MXene材料由纳米薄层组成，其化学成分和间距可以定制，使其具有难以置信的选择性过滤器。MXene材料已被用于捕获电磁辐射、传输无线电波和增强电流。在论文中，该研究小组解释了如何设计它们来过滤尿素分子。
他们写道:“与粘土类似，MXenes的层状结构可以与水和联氨、尿素和阳离子染料等有机分子进行插层和脱插层。”“这表明，通过优化材料的化学成分和层间距离，MXene结构有可能被微调以吸收尿素。”据研究人员称，除了这种物理上的“动物园”外，这些层的化学排列也对尿素颗粒产生了分子吸引力。
综上所述，MXenes的这些特性可以通过进一步的研究进行优化，使其成为缓解肾脏尿素过滤工作量的理想材料。
只看30种现有的MXene材料中的三种，研究表明它们可以从尿素水溶液中除去99%的尿素，从透析液中除去94%。
Gogotsi说:“尿素的去除一直是一个非常具有挑战性的问题，因为分子很小，传统的吸附剂，如活性炭不能吸收足够的量。”“我们和布莱顿大学(Brighton University)的同事们已经研究了十多年利用多孔碳净化血液的方法，但我们无法用碳从血液中去除的分子是尿素。”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——这是一个重要的发现，最终导致了这篇论文的诞生，认识到MXene在穿戴式人工肾脏中的应用潜力。”
便携式透析设备虽然已经发展了几十年，但仍然不能很好地完成尿素的去除任务。他们也使用一种酶来分解水中的尿素，在透析中吸收尿素，称为透析液，将其分解为二氧化碳和氨。二氧化碳必须小心地排出，以防止气泡进入循环系统。在氨达到有毒水平之前，它必须被一种特殊的过滤器吸收。所有这些都增加了一个类似于一个大型工具带的设备的重量，该设备需要一整天不停地佩戴。
来自西达斯西奈医学中心和加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院的维克多·古拉(Victor Gura)是该研究的作者之一，他开发了第一种可穿戴人工肾脏技术。他指出，更频繁和更长时间的透析已被证明与更好的预后相关。“在健康人体内，血液持续被肾脏过滤，也就是每周168小时，保持电解质、酸碱平衡和体液平衡的完美稳态，”他们写道。“因此，模仿不间断过滤可能是一个有价值的目标，可以为终末期肾病患者实现更好的健康和生活质量，这导致了可穿戴人工肾脏的概念。”
尽管在该技术之前还有很长的改进和测试之路，但改性和集成MXene材料的可能性可以消除一些最令人生畏的障碍。研究人员的下一步工作是找出哪种MXene最适合过滤尿素，并继续进行测试，以证明它在医疗应用中是安全的。
这个看似很小的发现，说明一些新材料可以移除尿素布莱顿大学制药和生物分子科学学院的联合作者谢尔盖·米哈洛夫斯基博士说，“从血液中检测纳米材料，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。”米哈洛夫斯基博士目前是一家名为ANAMAD的纳米材料咨询初创公司的联席主管。“给患者提供了一种替代门诊透析的方法，并有机会在等待透析的过程中保持更正常的常规。肾脏器官移植，最终将拯救生命。”
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