中空纖維透析膜的制備、傳質(zhì)特性及其在低溫保存中應(yīng)用研究.pdf

1、膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于血液透析，血液凈化等生物醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。常用膜組件的形式為中空纖維式的透析器，結(jié)構(gòu)與管殼式的換熱器非常類似。研究也主要集中在三個方面，中空纖維膜本身的研究、膜組件的傳質(zhì)過程的研究以及新的膜分離應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)。本文的研究工作也圍繞這樣一條主線完成。 (1)本文首先制備中空纖維膜。浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法是最主要的制備中空纖維膜的方法，采用相轉(zhuǎn)化干．濕紡絲工藝，以PAN/DMF/水(聚丙烯腈/二甲基甲酰胺/水)為三元制膜體

2、系，以聚乙二醇PEG400作為成孔添加劑，運用自行加工設(shè)計的芯液桶、噴絲頭等關(guān)鍵部件，實驗制備了可以用于血液透析的聚丙烯腈中空纖維膜。通過顯微鏡觀察中空纖維膜內(nèi)徑、外徑、壁厚等宏觀結(jié)構(gòu)；用掃描電鏡觀察膜橫斷面及表面其他微觀結(jié)構(gòu)。探討了紡絲液的壓力、噴絲頭尺寸、芯液壓力以及卷繞速率等對中空纖維膜宏觀結(jié)構(gòu)(外徑和壁厚)的影響。結(jié)合相轉(zhuǎn)化法成膜理論，分析目前存在大孔缺陷的原因，找到改良中空纖維膜結(jié)構(gòu)，避免缺陷的基本方法。結(jié)果表明：噴絲頭尺寸對

3、膜宏觀結(jié)構(gòu)起決定性影響，噴絲頭尺寸越大，所得的中空纖維膜的尺寸也越大；紡絲液壓力增大，纖維膜的內(nèi)、外徑、壁厚均增加；芯液壓力增大，纖維膜的內(nèi)外徑增加，壁厚減少；適當增大噴絲頭尺寸，減小紡絲液和芯液壓力，可以減少纖維表面的穿孔，改善纖維膜的結(jié)構(gòu)性能。 (2)本文其次使用Matlab軟件，同時考慮透析器外殼內(nèi)壁面的影響和中空纖維隨機排布的影響，通過假定恒定中空纖維表面濃度和恒定濃度流量兩種類比傳熱問題中經(jīng)常采用的邊界條件，數(shù)值模擬了

4、管外流場充分發(fā)展情況下，中空纖維透析器的管外傳質(zhì)，計算了透析器管外流場及濃度場分布以及不同填充密度情況下透析器管外傳質(zhì)系數(shù)，考察了壁面、中空纖維的隨機排布方式、填充密度、管外流體的平均流速等對管外傳質(zhì)的影響，并與忽略壁面影響的結(jié)果進行比較。模擬結(jié)果表明：受中空纖維隨機排布的影響，管外流場存在溝流現(xiàn)象，局部填充密度的不同導(dǎo)致流場分布不均勻；隨機排布的方式對傳質(zhì)系數(shù)有較大的影響，但相比忽略壁面影響時的影響要??；管外流速越大，傳質(zhì)系數(shù)也越大；

5、在所研究的中空纖維填充密度范圍內(nèi)(10％～50％)，隨著填充密度的增大，透析器的管外傳質(zhì)系數(shù)先增大，后減小，變化幅度均較小，存在一個最佳的填充密度；與忽略壁面影響時的值比較發(fā)現(xiàn)，在填充密度較小時，壁面對傳質(zhì)有促進作用，填充密度較大時，則相反。 (3)本文最后將透析膜分離方法應(yīng)用到低溫生物學(xué)領(lǐng)域，特別是細胞低溫保存過程中低溫保護劑的去除。成功搭建實驗裝置，研究各種因素對細胞溶液中滲透壓變化的影響，結(jié)果表明：透析液側(cè)預(yù)填充亞高滲的低

6、溫保護劑溶液或者高滲的鹽水溶液，能夠有效減緩初始時的滲透壓突變。隨著清洗過程進行，逐步加速血液和透析液的流速可以增大清洗效率，縮短清洗所需要的時間。兩者結(jié)合可以得到最佳的清洗程序。 分別運用透析法和常規(guī)離心方法做了去除紅細胞低溫保護劑甘油的實驗，新方法冰凍-復(fù)溫．洗滌后的紅細胞計數(shù)回收率(％)為89．71±2．46(平均值±標準偏差)，血紅蛋白回收率(％)為84．93±4．64，上清游離血紅蛋白的含量(g/L)為0．66±0．1

7、3，所得冰凍-復(fù)溫-洗滌后的紅細胞懸液的滲透壓(殘余甘油的含量)為340．33±20．56mOsm，與傳統(tǒng)離心方法所得結(jié)果相當，均達到了國家對冰凍洗滌紅細胞的質(zhì)量標準要求。清洗一個單位冰凍紅細胞需要用時30-40分鐘，遠小于離心方法所需要的約2個小時。結(jié)果表明：與常規(guī)的離心洗滌法比較而言，本文方法能夠快速有效安全地去除低溫保存細胞懸浮液中的低溫保護劑。 設(shè)計自動控制的清洗系統(tǒng)，初步調(diào)試結(jié)果驗證了其可行性和潛力，表明該系統(tǒng)將在醫(yī)院