ヘルベルト・ヴェルトハイム工学部機械航空宇宙工学部（MAE）の研究者らは、単原子層状材料である酸化グラフェン（GO）で作られた新しいタイプの血液透析膜を開発した。辛抱強く腎臓透析の治療を一変させることが期待されています。この進歩により、マイクロチップダイアライザーを患者の皮膚に装着できるようになりました。動脈圧下で動作するため、血液ポンプと体外血液回路が不要になり、自宅で快適に安全に透析を行うことができます。既存の高分子膜に比べて透過性が2桁高く、血液適合性があり、高分子膜ほどスケールしにくいという特長を持っています。
MAEのKnox T. Millsaps教授と膜プロジェクトの主任研究員であるSaeed Moghaddamと彼のチームは、GOナノプレートレットの自己集合と物理的および化学的特性の最適化を含む新しいプロセスを開発した。このプロセスでは、3 つの GO 層のみが高度に組織化されたナノシート集合体に変化するため、超高透過性と選択性が実現されます。「生物学的に対応する腎臓の糸球体基底膜（GBM）よりもはるかに透過性の高い膜を開発することで、私たちはナノマテリアル、ナノエンジニアリング、分子自己集合の大きな可能性を実証しました。」モグダ・ムー博士は言いました。
血液透析シナリオにおける膜の性能の研究により、非常に有望な結果が得られました。尿素とシトクロム-cのふるい係数はそれぞれ0.5と0.4で、99%以上のアルブミンを保持しながら長期のゆっくりとした透析に十分です。溶血、補体活性化、凝固に関する研究では、それらが既存の透析膜材料と同等か、既存の透析膜材料よりも優れた性能であることが示されています。この研究の結果は、Advanced Materials Interfaces (2021 年 2 月 5 日) に「Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer」というタイトルで掲載されました。
モガダム博士は「我々は独自の自己組織化GOナノプレートレット秩序モザイクを実証した。これはグラフェンベースの膜開発における10年間の取り組みを大きく前進させるものだ」と述べた。これは、家庭での低流量夜間透析を強化できる実行可能なプラットフォームです。」モガダム博士は現在、新しい GO 膜を使用したマイクロチップの開発に取り組んでおり、これにより腎臓病患者にウェアラブル血液透析装置を提供する研究が現実に近づくことになります。
Nature の社説 (2020 年 3 月) は次のように述べています。「世界保健機関は、世界中で毎年約 120 万人が腎不全で死亡していると推定しています [そして、末期腎疾患 (ESRD) の発生率は糖尿病と高血圧が原因です]…。透析技術の実際的な限界と手頃な価格の組み合わせは、治療を必要とする人々の半分未満がそれを利用できることを意味します。」適切に小型化されたウェアラブル デバイスは、特に発展途上の中国において、生存率を高めるための経済的なソリューションです。「当社の膜は、腎臓の濾過機能を再現できる小型ウェアラブル システムの重要なコンポーネントであり、世界中で快適さと手頃な価格を大幅に向上させます」とモガダム博士は述べました。
「血液透析や腎不全患者の治療における大きな進歩は、膜技術によって制限されています。膜技術は過去数十年間、大きな進歩を遂げていません。膜技術の根本的な進歩には、腎臓透析の改善が必要です。今回開発された極薄酸化グラフェン膜などの透過性と選択性が高い材料は、パラダイムを変える可能性があります。超薄型透過膜は、小型透析器を実現するだけでなく、実際のポータブルおよびウェアラブルデバイスを実現することができ、それによって生活の質と患者の予後を改善することができます。」James L. McGrath 氏は、自分はロチェスター大学の生物医工学の教授であり、さまざまな生物学的応用のための新しい超薄シリコン膜技術の共同発明者であると述べた (Nature、2007)。
この研究は、国立衛生研究所傘下の国立生物医用画像生物工学研究所 (NIBIB) から資金提供を受けました。モガダム博士のチームには、UF MAE 博士研究員リチャード P. ロード博士、トーマス R. ガボルスキー博士 (共同主任研究員)、ダニエル オーント医学博士 (共同主任研究員)、生物医学科のヘンリー C 氏が含まれています。ロチェスター工科大学工学部。チョン博士とヘイリー・N・ミラー。
モガダム博士は、UF 学際マイクロシステム グループのメンバーであり、ナノ構造エネルギー システム研究所 (NESLabs) を率いています。その使命は、機能的多孔質構造のナノエンジニアリングとマイクロ/ナノスケールの伝達物理学の知識レベルを向上させることです。彼は、工学と科学の複数の分野を統合して、マイクロ/ナノスケールの伝送の物理学をより深く理解し、より高いパフォーマンスと効率を備えた次世代の構造とシステムを開発しています。
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