大孔/介孔氨基硅胶柱的可控制备及其灌流吸附胆红素机制研究

Hemoperfusion (HP) is an important method for the treatment of hyperbilirubinemia in acute hepatitis, and the HP adsorbent is the key factor that determine the perfusion effect. Currently, the adsorbents only allow blood flowing past it with diffusion mass transfer, which results in an opposition relationship of "counter-balance" between circulation and adsorption. In this project, we propose to synthesize a kind of macro/mesoporous silica monolith with an amino-rich surface by the method of "deposition polymerization/ethylenediamine ring-opening", and further use the aminated silica monolith to achieve a win-win result in circulation and adsorption. N2 ad/desorption, TGA, CO2-TPD and other methods will be used to analysize the porous structure, composition and surface properties, and reveal the effect of macro/mesoporous structure and surface properties on both circulation and adsoprtion. Then, a study of using the aminated silica monolith to adsorb bilirubin from simulate blood in static situation will be conducted to clarify the thermodynamics, kinetics and thus acquire the adsorption model. Further, the research will be focused on the investigation about the relationship between circulation and adsorption in dynamic situation, and obtaining a profound understangding about the perfusion adsorption mechanism for bilirubin removal. The suceessful implementation of the project is likely to provide a viable technical solution for the efficient preparation of amino-rich silica monolith, and will also provide the basis for the possible applications of this new adsorbent in the field of hemoperfusion.

血液灌流是治疗重症肝炎高胆红素血症的重要方法，吸附剂是决定灌流效果的关键因素。当前灌流吸附剂因扩散传质限制使"流通"与"吸附"呈"此消彼长"的对立关系。本项目选择对流传质模式的大孔/介孔硅胶柱作为灌流吸附剂，结合申请者提出的"沉积聚合-乙二胺开环"法，在其表面构筑吸附位点丰富且碱性/疏水性可调的氨基聚合物薄层，以实现"流通"与"吸附"俱佳的效果。采用N2吸/脱附、TGA、CO2-TPD等表征手段，解析不同条件下形成的氨基硅胶柱的双孔结构、组成及表面物性特征，阐明其大孔/介孔结构、表面性质对血液流通与胆红素吸附性能的影响规律；揭示氨基硅胶柱对模拟胆红素血液静态吸附的热力学、动力学规律，建立静态吸附模型，进而研究胆红素动态吸附过程中"流通"与"吸附"的相互关系，探明灌流吸附机制。本项目的成功实施将为高效制备表面富氨基硅胶柱提供可行的技术方案，也将为该吸附剂在血液灌流中的应用提供依据。

本项目旨在研发具有高结合容量，且能快速清除胆红素的新型高效胆红素吸附材料。围绕该研究目的，我们在吸附材料的表面性质调控和孔道结构构筑，以及胆红素吸附清除方面开展了大量研究工作。通过反复实验，我们提出了一条可突破当前结合型胆红素吸附瓶颈的重要思路：通过赋予吸附材料表面多重功能性，使其与胆红素形成两重或三重吸附作用，则可能使得材料能够与白蛋白有效竞争结合胆红素，实现对结合型胆红素的高效清除。因此，我们开发了具有碱性吸附位点的富氨基多孔氧化硅吸附材料、具有大共轭结构和良好疏水性的三维多孔石墨烯材料、具有碱性位点和强疏水性的磁性掺氮多孔碳材料，以及能够同时提供酸-碱、π-π和疏水作用的二维甲基咪唑氢氧化锌材料。将上述材料应用于结合型胆红素的吸附，取得了非常好的清除效果，其中三维多孔石墨烯和二维甲基咪唑氢氧化锌材料的最大吸附量均超过120 mg/g，不仅远高于文献报道的结合型胆红素的吸附量，而且超出大量报道的游离胆红素的吸附量。在吸附性能考察过程中，我们对胆红素吸附的热力学、动力学及吸附机理等方面展开研究，阐明了材料对胆红素高效吸附的内在规律，并揭示出材料孔道结构对胆红素传质的影响。此外，我们进一步证实了上述材料良好的血液兼容性。该项目的研究结论对于开发高效胆红素吸附材料具有重要借鉴意义。在本项目资助下，我们共发表相关SCI论文16篇，其中第一作者3篇（1篇影响因子大于5），通讯作者论文12篇（3篇影响因子大于5），合作者论文1篇，培养研究生6人。