劉貽聲 張林 洪良通 葉曉燕 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （廣東 510080）

人體內(nèi)毒素分為外源性毒素和內(nèi)源性毒素兩類，外源性毒素是由于體外的致病物質(zhì)進(jìn)入人體聚集而引起的病變；內(nèi)源性毒素是由于自身解毒系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)的故障，引起代謝產(chǎn)物積累而形成的有毒物質(zhì)。正常情況下，人體內(nèi)的肝臟解毒系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)均進(jìn)行解毒、去除或中和內(nèi)外源性毒物，但對某些急性藥物中毒、尿毒癥、腎衰竭、肝衰竭、高脂血癥和系統(tǒng)性紅斑狼瘡等免疫性疾病，常需要用血液凈化療法進(jìn)行治療[1]。血液凈化是通過血液透析、血液濾過、血液灌流和血漿置換等技術(shù)，將血液中積聚的毒素或多余成分除去。血液凈化治療可以直接從患者血液中清除病原或毒素，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)微環(huán)境的穩(wěn)定性，以達(dá)到緩解和治療疾病的目的[2]。血液灌流技術(shù)由于過敏反應(yīng)微弱，適應(yīng)性廣，治療成本低，成為極具發(fā)展?jié)摿Φ难簝艋夹g(shù)。血液灌流技術(shù)的核心就是吸附材料的使用，吸附材料不僅應(yīng)對人體安全無毒、無過敏反應(yīng)，不引起熱源，而且具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、不破碎、不易脫落和良好的血液相容性等使用要求，因而，吸附材料的發(fā)展決定血液灌流器的應(yīng)用和推廣。

1.吸附材料工作原理

1.1 化學(xué)吸附

化學(xué)吸附主要是通過共價(jià)鍵的螯合、配位等價(jià)鍵作用以及離子鍵的電荷平衡來達(dá)到吸附毒素的目的，主要包括離子交換樹脂、螯合劑等。

離子交換樹脂類吸附材料通過材料的定向合成及改性制備出帶不同種電荷的交換樹脂，根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原理，對帶不同電荷的分子進(jìn)行選擇性吸附。Bronnima[3]用AmberliteIRA-900 類離子交換樹脂對尿毒癥、急性肝衰竭患者進(jìn)行了血液灌流治療，證明離子交換樹脂對非結(jié)合型膽紅素及巴比妥類藥物有良好的吸附性能。

但是離子交換樹脂由于選擇性低、有效期短、吸附效率低，而且還能吸附人體內(nèi)的必須帶電電解質(zhì)成分，對人體的電解質(zhì)平衡產(chǎn)生破壞，因而臨床實(shí)際應(yīng)用較少，僅處于理論研究階段。

1.2 物理吸附

物理吸附主要依靠的是吸附樹脂與被吸附物質(zhì)間的范德華力、偶極作用、疏水作用以及氫鍵等較弱的相互作用力，因而吸附完成后，在一定條件下毒素易脫離，清除效率較低?；钚蕴款惒牧?、炭化材料、極性和非極性吸附樹脂均屬于物理性吸附。它們多為多孔微球，通過疏水作用等從血液中吸附一定的疏水性物質(zhì)；非極性吸附樹脂主要是通過范德華力從水溶液中吸附一定的疏水型毒素，極性吸附樹脂不僅具有一定的范德華力作用，氫鍵作用或者偶極作用是其吸附毒素的主要方式。

1.3 親和吸附

親和類吸附劑多為一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特種免疫吸附材料，既有氫鍵、范德華力等作用的物理性吸附，也有共價(jià)鍵、陰陽離子作用的化學(xué)吸附。由于多重價(jià)鍵的作用使得吸附材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，解決了由于微量抗原或抗體脫落而引發(fā)的免疫反應(yīng)。這類吸附材料一般通過生物親和設(shè)計(jì)，引入可以進(jìn)行特異性吸附的抗體-抗原或者或補(bǔ)的DNA 鏈等，對目標(biāo)物質(zhì)呈現(xiàn)專一性和高選擇性，在生化物質(zhì)的分離、臨床檢測、血液凈化等治療方面有重要用途。

親和吸附劑成功的案例為治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡抗DNA 抗體吸附劑，以小牛胰腺DNA 為配基，固定在交聯(lián)聚乙烯醇多孔微球載體上，能夠吸附抗DNA 抗體和免疫復(fù)合物。

2.吸附材料種類

血液灌流用吸附劑要具有很高的吸附性和血液無毒性。至今，已陸續(xù)研究開發(fā)出一些高分子吸附材料，其中包括天然高分子吸附材料和合成高分子材料，常用吸附材料有多功能炭材料、多糖類、高分子吸附樹脂、免疫吸附劑等。

2.1 多功能炭材料

2.1.1 活性炭

活性炭是一種多孔性、高比表面積的廣譜醫(yī)用吸附劑，由植物等經(jīng)高溫炭化、活化過程制成?；钚蕴靠讖捷^小，孔隙率高，孔徑分布較寬，能吸附多種化學(xué)物質(zhì)，特別是藥物、毒物、具有很高的清除率，但它對水、電解質(zhì)、尿素及中分子的清除率低、選擇性差。另外，炭微粒的脫落會引起栓塞，使其應(yīng)用受到限制。

活性炭包覆技術(shù)解決了血液相容性差和微小炭粒脫落的問題，改善了活性炭的臨床應(yīng)用。但活性炭為廣譜吸附材料，選擇性低，應(yīng)用受到一定的限制。另外活性炭的孔以微孔（孔徑d ＜2nm）為主，微孔結(jié)構(gòu)較難通過活化達(dá)到中孔結(jié)構(gòu)，因而對中分子毒素的吸附能力有限。

1946 年，Yatzidis[4]首次采用活性炭對尿毒癥患者進(jìn)行血液灌流實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)活性炭可以有效地清除如肌酐、尿酸、尿蘭母、酚類、胍類等內(nèi)源性毒素，但由于活性炭粉的脫落進(jìn)入血液引發(fā)嚴(yán)重的過敏反應(yīng)，使直接用活性炭進(jìn)行的血液灌流實(shí)驗(yàn)失敗。Chang[5]于1957 年提出人工細(xì)胞概念，并制備出活性炭微膠囊，解決了在血液灌流中由于血液相容性差和微小炭粒脫落造成血栓塞和白血球、血小板下降問題，使得活性炭血液灌流在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用成為可能。20 世紀(jì)80年代初，錢紹誠、宋繼昌等[6]利用聚丙烯酰胺加明膠包覆椰殼活性炭制備吸附材料，用來治療安眠藥中毒、重度昏迷、呼吸及循環(huán)衰竭等病癥，經(jīng)多次血液灌流后，90%的病例治愈。2004 年南京大學(xué)彭艾[7]把纖維素包膜活性炭用于血液灌流治療敵敵畏中毒。研究發(fā)現(xiàn)，各種臨床指標(biāo)均有明顯改善，死亡率從34.1%降至7.5%。

目前，已使用的活性炭包覆材料有白蛋白火棉膠、聚丙烯酸水凝膠、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇縮丁醛、醋酸纖維素、尼龍及明膠等?；钚蕴课讲牧犀F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于吸附血液中的有害物質(zhì)，如肌酐、脂肪酸、膽紅素、酚類、尿素、中分子物質(zhì)、農(nóng)藥等。

此外，20 世紀(jì)80 年代初研制開發(fā)的炭化樹脂，提高了活性炭吸附材料的吸附性能和機(jī)械強(qiáng)度，一定程度上解決了活性炭的炭微粒脫落、血液相容性差的問題，而且又具有大孔結(jié)構(gòu)及可調(diào)節(jié)孔徑大小分布的特點(diǎn)，有望制成具有“裁制”性吸附性能的炭吸附劑，賦予其良好的應(yīng)用前景[8,9]。

2.2.2 碳納米管

與活性炭相比，碳納米管具有中空管狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，而且表面富含活性基團(tuán)，具有一定的吸附優(yōu)勢，非常有利于中分子毒素的吸附。

葉超[10]研究了兩種不同形態(tài)的碳納米管（隨機(jī)生長多壁碳納米管和定向生長多壁碳納米管）對典型的中分子毒素的吸附性能，研究發(fā)現(xiàn)碳納米管的多中分子毒素的吸附能力是活性炭的10.8倍，大孔吸附樹脂的5.5 倍；吸附平衡時間縮短到10min 左右，而活性炭需要60min，吸附樹脂需要120min。李桂芬[11]選取維生素B12(VB12)作為中分子毒素的模擬物，模擬碳納米管對VB12的吸附，結(jié)果碳納米管的中孔孔隙結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比活性炭發(fā)達(dá)，具有比活性炭更大的比表面積，更快的吸附速率、更大的吸附量，而且碳納米管上多為多分子層吸附。

目前，在碳納米管的制備過程中，會保留其表面的活性基團(tuán)，可以通過表面修飾的方法接種特異性吸附物質(zhì)，用來制備碳納米管基體的特異性吸附材料，擴(kuò)大碳基材料的使用范圍。

2.2 樹脂吸附材料

高分子吸附樹脂多是一類具有空腔或者表面活性基團(tuán)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高分子聚合物，可根據(jù)分子設(shè)計(jì)合成目標(biāo)產(chǎn)物，使其具備特定的吸附性能。按照吸附方式不同可分為離子交換樹脂和吸附樹脂兩類。

2.2.1 離子交換樹脂

離子交換樹脂吸附材料是一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物，包括中性、陰離子、陽離子交換樹脂。離子交換樹脂的骨架和載體均為三維交聯(lián)聚合物，耐溶劑性強(qiáng)，而且聚合物上所帶的功能基團(tuán)可以離子化。離子交換樹脂吸附的主要原理是根據(jù)同電荷相斥、異電荷相吸的原理，對帶相反電荷的分子進(jìn)行選擇性吸附。

陽離子吸附樹脂表面帶有一些陽離子功能基團(tuán)如固定有多粘菌素的纖維載體(PMX-F)、聚乙烯酞胺(PEI) 與二乙烯二胺(DEAF)等陽離子修飾包裹的纖維素珠、瓊脂糖、硅土、樹脂等，對血液中帶陰離子的溶質(zhì)成分具有較好的吸附能力，如內(nèi)毒素等[12]。

目前的離子交換樹脂的高分子載體多為聚苯乙烯類和丙烯酸酯類，聚苯乙烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能以及不易被氧化、水解或高溫降解等，而且芳香環(huán)易進(jìn)行表面修飾，苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂是應(yīng)用最廣的品種；丙烯酸酯類的抗有機(jī)污染性好，但是其耐氧化性差，應(yīng)用受到限制。

2.2.2 吸附樹脂

吸附樹脂主要是依靠樹脂表面的極性、非極性基團(tuán)來清除毒素，分為極性和非極性吸附樹脂，極性樹脂易吸附極性水溶性物質(zhì)，非極性樹脂多吸附脂溶性物質(zhì)。在合成樹脂的過程中可以通過分子設(shè)計(jì)或者表面改性，賦予樹脂不同的特定吸附基團(tuán)，而且所得的樹脂化學(xué)穩(wěn)定性好、不易脫落，逐漸成為特異性吸附劑的重點(diǎn)。

國內(nèi)的何炳林團(tuán)隊(duì)制備出了多種吸附膽紅素、膽汁酸等毒素的大孔樹脂，不僅對于脂溶性的膽紅素有較強(qiáng)的結(jié)合能力，對水溶性的白蛋白膽紅素吸附率也較高，現(xiàn)已初步用于人工肝支持裝置[13,14]。2002 年，徐建寬[15]通過在環(huán)氧聚乙烯醇球上固載多乙烯多胺和磺酸基團(tuán)制備出一種低密度脂蛋白吸附劑，研究表明，該吸附劑具有較大的吸附量和較好的選擇性。

目前，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)多以丙烯酸樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇等高分子合成材料為基體樹脂制備吸附材料。丙烯酸樹脂骨架為交聯(lián)烷基結(jié)構(gòu)，疏水型好，而且富含的大量酯基基團(tuán)使其具有良好的血液相容性；聚苯乙烯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，還可用作生物支架，而且它對小分子毒素的吸附容量較高；聚乙烯醇具有良好的水溶性和可修飾性，常用于制備水凝膠。

2.3 多糖類

多糖類是一種高分子吸附分離材料，瓊脂糖、殼聚糖和纖維素等均屬于多糖類材料。多糖類材料用于血液灌流時，可以利用共價(jià)鍵固載各種修飾基團(tuán)，提高其對目標(biāo)物質(zhì)的吸附選擇性，多糖類吸附材料具有血液相容性好、無毒性的優(yōu)點(diǎn)，而且由于多糖類結(jié)構(gòu)多富含活性基團(tuán)，化學(xué)修飾容易。但是這種材料的吸附量較小、材料本身的強(qiáng)度較低，所以是今后推廣研究的重點(diǎn)。

南開大學(xué)袁直[16,17]用戊二醛交聯(lián)殼聚糖吸附模擬中分子毒物，并進(jìn)一步研究了二乙烯氨基修飾殼聚糖的吸附性能。結(jié)果顯示，經(jīng)氫化還原的殼聚糖樹脂對中分子物質(zhì)有著較強(qiáng)的選擇性吸附，對分子量1100 左右的肽類物質(zhì)吸附達(dá)到最高。

多糖類物質(zhì)由于均為可再生資源，來源廣泛，而且結(jié)構(gòu)表面富含羥基、氨基、乙酰氨基等活性基團(tuán)，化學(xué)修飾容易，接種免疫蛋白可利用于特種免疫吸附中，是應(yīng)用于血液灌流器比較理想的材料。

2.4 免疫吸附劑

免疫吸附劑利用高度特異性的抗原-抗體或有特定物理化學(xué)親合力的物質(zhì)（配基）結(jié)合在吸附材料（載體）上，從血液中特異性的吸附并除去與免疫有關(guān)的致病因子。免疫吸附劑的研究主要集中在特異性吸附功能基的選擇和載體骨架的合成上。

活性免疫吸附材料是通過包埋或化學(xué)鍵聯(lián)的方法，將生物活性物質(zhì)如抗原或抗體等配體固載到載體上，利用抗原-抗體之間的特異性反應(yīng)，專一地清除或吸附患者血液中的抗體、抗原或免疫復(fù)合物等病源物質(zhì)，將免疫吸附用于血液凈化，清除患者體液潛在的自身免疫致病因子以及循環(huán)免疫復(fù)合物。

常用的免疫吸附劑有金黃色葡萄球菌蛋白A、抗人免疫球蛋白抗體、補(bǔ)體、疏水性氨基酸、硫酸葡聚糖、已二異氰酸酯、合成多肽(如乙酚膽堿受體多肽)，在制備過程中將這些吸附劑交聯(lián)固定在載體分子上，而后者多為瓊脂糖、聚乙烯醇、纖維素，聚丙烯酰胺等。

1979 年，Terman D S[18]將研制的免疫吸附劑用于體外循環(huán)免疫吸附診治系統(tǒng)性紅斑狼瘡及腎炎獲得成功。1982 年, Yamazak[19]采用聚乙烯醇凝膠樹脂連接氨基酸作為免疫吸附劑，用來治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎, 經(jīng)血液灌流后的病人關(guān)節(jié)疼痛減輕, 其皮膚潰瘍及血管炎癥好轉(zhuǎn)。1999 年，賈凌云[20]等以纖維素復(fù)合膜為基質(zhì)偶聯(lián)蛋白，制得新型的免疫吸附材料。研究表明，對人血漿中IgG的吸附量可達(dá)到21.5mg/g，并證實(shí)了體外血液循環(huán)過程安全可靠。2002 年，顏偉榮[21]等通過對載體材料的優(yōu)化及對配基的篩選發(fā)現(xiàn)，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的纖維素球形載體，以環(huán)氧氯丙烷法活化并固定上L-色氨酸作為配基制備的血液灌流材料在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)（1g 吸附劑加入3ml 患者血清，室溫，3h）中可使抗體水平下降25%以上，吸附量達(dá)3.669×10-3nmol/g，選擇性都較高，可逐步獲得臨床應(yīng)用。

俞玫[22]采用聚甲基丙烯酸甲酯樹脂為載體，對其進(jìn)行化學(xué)表面修飾，接種內(nèi)毒素抗體，合成一系列內(nèi)毒素吸附材料。研究了配體種類、間隔臂長度以及鄰近β 位羥基對吸附毒素效果的影響，發(fā)現(xiàn)了配體為二甲基胺或β 位有羥基時，吸附材料具有靜電作用或者可能形成氫鍵，可以大大提高吸附劑對內(nèi)毒素的吸附效果。Kato[23]等人研究將DNA 固載于聚乙烯基對苯二酸酯(PET)的表面，制得免疫吸附劑，從而親和吸附抗-DNA 抗體。李湛勇[24]采用1,4-二羥基正丁烷雙縮水甘油醚活化殼聚糖樹脂，偶聯(lián)抗-乙型肝炎表面抗原單克隆抗體，對含乙型肝炎表面抗原的患者進(jìn)行血液吸附試驗(yàn)，取得了較好的效果。

由于免疫吸附具有專一性，能夠特定的致病毒素，是一種新穎而有效的治療自身免疫系統(tǒng)疾病的方法，免疫吸附劑因此而具有“靶向”性吸附作用，在臨床醫(yī)學(xué)，包括免疫治療和免疫檢測等方面具有良好的應(yīng)用前景。

3.結(jié)束語

血液灌流器雖然起步晚，但是由于其有效的凈化結(jié)果、多功能的特異性吸附以及低廉的治療成本，對于某些血液病患者，血液灌流已逐漸成為最有效的血液凈化方式。但是，作為一個新型產(chǎn)業(yè)，血液灌流器也有一些亟待解決的問題，最主要的技術(shù)就在于灌流器吸附材料的研究。未來血液灌流吸附材料的發(fā)展方向主要在以下方面：（1）對傳統(tǒng)活性炭類吸附材料進(jìn)行改性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，并推廣應(yīng)用市場；（2）材料來源逐漸由以天然高分子為主向以合成醫(yī)用高分子為主發(fā)展；（3）提高材料的血液相容性、吸附容量、吸附效果以及吸附選擇性等；（4）對于免疫吸附生物大分子材料，研究發(fā)展新型的高分子吸附樹脂；（5）吸附材料的骨架結(jié)構(gòu)由疏水型向疏水與親水混合型骨架結(jié)構(gòu)發(fā)展。

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