技术领域
[0001] 本
发明涉及
血液透析膜表征技术领域，具体涉及一种血液透析膜孔径分布的测试方法。
背景技术
[0002] 血液
透析器俗称人工肾，是血液
净化的一种常规的血液透析器具，主要用于
治疗慢性肾衰竭、急性肾衰竭和药物中毒等症状。血液透析器主要利用弥散，
对流，
吸附等原理，将血液中有毒的中小分子物质排出，将红细胞，
白蛋白等有益的大分子血液成分保留，从而达到净化血液的目的。
[0003] 在透析过程中，透析器选择分离性能主要受血液透析膜孔径和孔径分布的影响。膜孔径尺寸是指贯通于膜内外表面的孔通道中最窄处的通道直径，且血液透析膜孔径尺寸为纳米数量级。目前采用的膜孔径测定方法众多，如电镜法、气液置换法、液液置换法等。电镜法比较直观，但只能得到局部信息，且忽略了不通孔和曲折度的影响；气液置换法所需的测试压
力较大，对于小孔径的透析膜测试时所需的压力远高于膜的使用压力，测试结果重现性不高，准确度低；液液置换法需要两种互不相溶的液体，不同体系液体界面
张力随
温度变化明显，且液体与血液透析膜浸润后，往往产生溶胀，测出的孔径分布
波动比较大。
[0004] 美国
专利(US2002/0060187 A1)公开了一种测试有机膜或无机膜的孔径分布的方法和装置。该方法仅能得到被测试膜对于不同相对分子量物质的孔径分布，无法得到被测膜的孔径分布参数，测试结果无法精确、直观的表征被测膜的有效孔的孔径分布。
发明内容
[0005] 本发明提供一种血液透析膜孔径分布的测试方法，旨在解决上述孔径分布测试方法的不足。采用本发明提供的血液透析膜孔径分布测试方法，获得的孔径分布具有结果准确、重现性好、
精度高等特点。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 一种血液透析膜孔径分布方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1.采用一种或者几种溶质溶解于超纯
水中作为模拟液，通过血液透析膜滤过之后得到滤过液；
[0009] 步骤2.采用分子量分布测试方法测试步骤1中得到的模拟液和滤过液的分子量分布,分别获得对应溶质分子量的浓度；
[0010] 步骤3.按照关系式1计算对应溶质分子量的分子直径d；
[0011] 关系式1
[0012]
[0013] 关系式1中k为玻尔兹曼常数，T为溶液的绝对温度，η为溶液的
粘度，D为溶质分子在溶液中的扩散系数；
[0014] 步骤4.根据关系式2得到对应溶质分子量的截留率曲线；
[0015] 关系式2
[0016]
[0017] 关系式2中R为截留率，Cp和Cf分别为滤过液和模拟液的浓度；
[0018] 步骤5.建立血液透析膜的孔径分布函数及其对应的
累积分布函数，见关系式3和4；
[0019] 关系式3
[0020]
[0021] 关系式3中dp为血液透析膜孔直径，μ和σ为孔径分布参数，分别为平均值和标准差；
[0022] 关系式4
[0023]
[0024] 其中
[0025] 关系式4中dp为血液透析膜孔直径，μ和σ为孔径分布参数，分别为平均值和标准差；
[0026] 步骤6.将实测截留率曲线数据通过最小二乘法拟合分析
软件对累积分布函数进行非线性拟合，确定孔径分布参数μ和σ；
[0027] 步骤7.将孔径分布参数μ和σ带入血液透析膜孔径分布函数式中，即得到其孔径分布。
[0028] 本发明中所述的溶质包括葡聚糖、聚
蔗糖、聚乙二醇、聚
氧化乙烯等具有多分散性的高分子物质。
[0029] 本发明中所述的溶质分子量分布范围为100～10000000Da。
[0030] 本发明中所述的模拟液浓度范围为0.01～10g/L。
[0031] 本发明中所述的超纯
水电导率低于0.1μS/cm，温度保持在20～25℃。
[0032] 本发明中所述的模拟液需现用现配，配置完成的成品在常温下最好5小时内使用，否则对测试结果影响较大。
[0033] 本发明中所述的第二步中通过血液透析膜滤过的操作压力范围为4～65kPa；优选为4～40kPa。
[0034] 本发明中所述的滤过实验稳定时间为10～30分钟。
[0035] 本发明中所述的分子量分布测试方法为凝胶渗透色谱法、光散射法等。
[0036] 本发明中所述的可进行最小二乘法的分析软件为Origin、Matlab、Lingo、1stopt、SPSS等，可进行非线性拟合。
[0037] 本发明中所述的非线性拟合中选用莱温伯格-麦夸特法、准
牛顿法、简面体爬山法、差分进化法等优化
算法；优选莱温伯格-麦夸特法和简面体爬山法。
[0038] 与
现有技术相比，本发明的技术优势为：
[0039] 1、本发明设计的血液透析膜孔径分布的测试方法，基于膜孔径呈正态分布的特点，针对所测得的数据分析，构建全新的模型来获得孔径分布，相比气液置换法、液液置换法等现有技术，可测定纳米数量级孔径的透析膜的孔径分布，且具有数据波动小，精度高的优点；
[0040] 2、本发明的测试方法在测试透析膜的孔径分布性能时，基于溶质滤过测定
基础，相比电镜法，能够避免不通孔对测试结果的影响；
[0041] 3、本发明解决了血液透析
膜过滤精度的表征问题，实现了对血液透析膜的有效过滤通孔的孔径分布的测量，为血液透析膜的研究和使用提供一种实用方便的性能评价方法。
附图说明
[0042] 图1是本发明
实施例1聚砜高通血液透析膜孔径分布测定结果示意图；
[0043] 图2是本发明实施例2聚砜低通血液透析膜孔径分布测定结果示意图；
[0044] 图3是本发明实施例3聚砜血液透析滤过膜孔径分布测定结果示意图。
具体实施方式
[0045] 下面将结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046] 本发明设计了一种血液透析膜孔径分布测定方法，包括如下步骤：
[0047] 步骤1.采用一种或者几种溶质溶解于超纯水中作为模拟液，通过血液透析膜滤过之后得到滤过液；
[0048] 步骤2.采用分子量分布测试方法测试步骤1中得到的模拟液和滤过液的分子量分布,分别获得对应溶质分子量的浓度；
[0049] 步骤3.按照关系式1计算对应溶质分子量的分子直径d(nm)；
[0050] 关系式1
[0051]
[0052] 关系式1中k(erg/K)为玻尔兹曼常数，T(K)为溶液的绝对温度，η(Pa·s)为溶液的2
粘度，D(cm/s)为溶质分子在溶液中的扩散系数；
[0053] 步骤4.根据关系式2得到对应溶质分子量的截留率曲线；
[0054] 关系式2
[0055]
[0056] 关系式2中R为截留率，Cp(g/L)和Cf(g/L)分别为滤过液和模拟液的浓度；
[0057] 步骤5.建立血液透析膜的孔径分布函数及其对应的累积分布函数，见关系式3和4；
[0058] 关系式3
[0059]
[0060] 关系式3中dp(nm)为血液透析膜孔直径，μ和σ为孔径分布参数,μ为血液透析膜孔径分布平均值、σ为血液透析膜孔径分布孔标准差；
[0061] 关系式4
[0062]
[0063] 其中
[0064] 关系式4中dp(nm)为血液透析膜孔直径，μ和σ为孔径分布参数，μ为血液透析膜孔径分布平均值、σ为血液透析膜孔径分布孔标准差；
[0065] 步骤6.将实测截留率曲线数据通过最小二乘法拟合分析软件对累积分布函数进行非线性拟合，确定孔径分布参数μ和σ；
[0066] 步骤7.将孔径分布参数μ和σ带入血液透析膜孔径分布函数式中，即得到其孔径分布。
[0067] 本发明中所述的关系式3为血液透析膜的孔径分布函数，关系式4为血液透析膜的孔径的累积分布函数。
[0068] 实施例1
[0069] 取市场上某品牌聚砜高通血液透析器。采用多种葡聚糖作为测试溶质，其重均分子量分别为1kDa、10kDa、50kDa和100kDa，溶解于超纯水中作为模拟液。模拟液经聚砜高通血液透析器滤过，实验运行后稳定30min后得到滤过液，操作压力为10～20kPa。将模拟液和滤过液利用凝胶渗透色谱进行分子量分布测试，得到两种溶液中各个分子量对应的葡聚糖浓度。利用关系式1和2，得到此透析膜对各分子量葡聚糖的截留性能曲线。将截留性能数据通过SPSS软件对关系式4进行非线性拟合，拟合采用莱温伯格-麦夸特法，确定孔径分布参数μ和σ，带入关系式3中，即可得到其孔径分布曲线。实施5次平行试验得到孔径分布参数μ和σ，通过孔径分布参数相对标准偏差分析测试方法对结果重现性影响如表1所示。图1为第1次平行试验测得的该高通血液透析膜孔径分布曲线，其孔径分布区间为1.2～15.4nm之间。
[0070] 表1实施例1平行试验测试结果及重现性
[0071]
[0072] 实施例2
[0073] 取市场上某品牌聚砜低通血液透析器。采用多种聚乙二醇作为测试溶质，其重均分子量为1kDa、6kDa、12kDa和35kDa，溶解于超纯水中作为模拟液。模拟液经聚砜低通透析器滤过，实验运行后稳定30min后得到滤过液，操作压力为10～20kPa。将模拟液和滤过液利用凝胶渗透色谱进行分子量分布测试，得到两种溶液中各个分子量对应的聚乙二醇浓度。利用关系式1和2，得到此透析膜对各分子量聚乙二醇的截留性能曲线。将截留性能数据通过1stopt软件对关系式4进行非线性拟合，拟合采用简面体爬山法，确定孔径分布参数μ和σ，带入关系式3中，即可得到其孔径分布曲线，如图2所示，该低通血液透析膜孔径分布区间在0.2～9nm之间。
[0074] 实施例3
[0075] 取市场上某品牌聚砜血液透析滤过器。采用多种聚蔗糖作为测试溶质，其重均分子量分别为1kDa、20kDa、50kDa和100kDa，溶解于超纯水中作为模拟液。模拟液经聚砜血液透析滤过器滤过，实验运行后稳定30min后得到滤过液，操作压力为10～20kPa。将模拟液和滤过液利用凝胶渗透色谱进行分子量分布测试，得到两种溶液中各个分子量对应的聚蔗糖浓度。利用关系式1和2，得到此透析膜对各分子量聚蔗糖的截留性能曲线。截留性能数据通过1stopt软件对关系式4进行非线性拟合，拟合采用简面体爬山法，确定孔径分布参数μ和σ，带入关系式3中，即可得到其孔径分布曲线，如图3所示，该血液透析滤过膜孔径分布区间在1.4～11.2nm之间。
[0076] 表2实施例2和3中孔径分布参数的测试数值
[0077]实施例编号 μ σ
2 1.03 1.96
3 2.84 1.54
[0078] 对比实施例1
[0079] 选用与实施例1同一种聚砜高通血液透析器，采用液液置换法测试其孔径分布。实验中采用异丙醇和纯水作为测试液和润湿液体，测试压力为0～250kPa，分别得到血液透析膜的干线和湿线。根据干湿线得到其孔径分布，该高通血液透析膜孔径分布区间为5～21nm之间。
[0080] 从实施例1和对比实施例1可以得出：液液置换法测试时需要用环氧胶密封待测膜丝，实验过程需要分别依次加压得到干线和湿线，本发明的测试方法直接测试血液透析器，在一个跨膜压下即可完成测试，测试方法简单易操作。
[0081] 对比实施例2
[0082] 选用与实施例1同一种高通血液透析器，采用场发射扫描
电子显微镜法测试其孔径分布。实验中截取一段膜丝，固定到电子显微镜的样品台上，干燥后喷金，拍摄中空
纤维膜内表面的电镜图片。电镜图片经图形软件分析得到其孔径分布，分布范围为10～95nm。
[0083] 从实施例1和对比实施例2可以得出，电镜法测试孔径分布只测试内表面的孔径，忽略了曲折度和不通孔的影响，测试结果偏大。本发明基于滤过实验，测试的是有效过滤通孔的孔径分布，测试结果精度高。
[0084] 以上所述具体实例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制；同时，对于本领域的一般技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
