介孔碳材料的应用与合成研究取得新进展

2010-9-28 10:31 来源: 中国科学院
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  血液灌流作为一种临床治疗血液疑难疾病和降低尿毒症患者血液中毒素分子浓度的手段,得到了广泛应用。但是传统的活性碳吸附剂由于孔径小且分布不均一,所以无法对中分子和大分子毒素进行有效吸附。

  中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷超微结构国家重点实验室施剑林研究员带领的课题组首次发现了介孔碳材料对人体内毒素“胆红素”具有很好的吸附性能和良好的血液相容性,并提出介孔碳材料作为血液净化用吸附剂的设想。

  

  普通介孔碳CMK-3 (左图) 和介孔空心碳球 (右图) 的TEM照片

  

  毫米级介孔碳球的数码照片和表面高分辨SEM照片

  普通介孔碳和介孔空心碳球对胆红素的吸附速率和饱和吸附容量均明显高于医用活性碳。此外,溶血实验表明介孔碳具有良好的血液相容性。如果介孔碳 材料作为血液灌流用吸附剂应用于临床,则灌流时间大大缩短,并显著降低治疗时间,减少病人的痛苦。同等条件下,介孔碳吸附剂用量明显少于活性碳吸附剂用 量,从而有助于灌流吸附柱的小型化。由于血细胞大小为几个微米到十几个微米,医用活性碳颗粒大小约为0.5-0.8毫米(500-800微米)左右,因此 血细胞可以在全血灌流中从吸附剂颗粒间隙顺利通过。但是普通介孔碳颗粒大小一般为几个微米,介孔空心碳球尺寸为几百个纳米,假如装入吸附柱用于全血灌流 时,将造成血细胞无法通过。

  针对全血灌流需要,课题组研究人员合成了毫米级介孔碳球,碳球表面光滑,并具有6-11nm的贯穿介孔孔道。体外胆红素吸附试验结果显示,这种 毫米级介孔碳球对胆红素饱和吸附量是医用活性碳球的两倍多。溶血和凝血实验结果表明,这种毫米级介孔碳球具有良好的血液相容性。

  英国皇家化学会Hightlights in Chemical Biology以Cleaning blood with carbon为题对该研究小组的科研工作进行了报道。相关工作发表在Chemical Communications,2010,DOI: 10.1039/c0cc02060e (hot article), Chemical Communications,2009, 40,6071, Chemistry-An Ansian Journal,2009, 4, 1480期刊上,并申请多项中国发明专利。

  目前,该研究小组相关研究探索工作主要集中在提高毫米级介孔碳球的产率和降低合成成本,以及进一步考察介孔材料的血液相容性和进行针对多种内毒素分子的灌流吸附试验。

  上述研究工作得到国家自然科学基金、中科院创新方向性项目、上海纳米专项、上海市青年科技启明星计划和上海硅酸盐所研究生培育计划资助。