一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法与流程

本发明属于血液透析膜表征，具体涉及一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法。

背景技术：

1、血液透析是目前治疗尿毒症应用最广、效果最好的方法，作为体外装置，其具有模拟肾功能的作用，简称“人工肾”。透析遵循溶质扩散原理，遵循三个基本过程：弥散、超滤和吸附。血液透析类中空纤维膜的孔径及其孔径分布的数据具有重要意义。然而，孔径及孔径分布的测试方法有许多种，没有统一标准，且测试方法因样品材料的特性差异而有所区别。因此，寻找一种稳定、精准、高效的孔径分布测试方法有现实意义。

2、膜的孔径及其孔径分布的测试方法有许多。比如直接观测的电镜法和原子力显微镜法；以及间接测定的压汞法、压泡法、滤速法、气体吸附法和截留分子量法等。针对血液透析类中空纤维膜，其孔径为弯曲孔径，约在10nm以下。扫描电镜(sem)和原子力显微镜(afm)虽然可以直接观测样品的表面形态及孔径，但忽略了不通孔和曲折度的影响，并且对孔径分布测试结果难以分析，往往会导致测试结果偏大，故直接测量法无法确定孔径分布。压汞法，泡压法对孔径较小的膜使用的压力较大，并且中空纤维膜本身材质较软，压力过大容易使膜丝孔径变形，从而影响结果的准确性。气体吸附法(bet)气体吸附法是根据气体在多孔物质上吸附的多种机制，基于kelvin方程计算膜孔径分布的测试方法，目前常用于介孔材料(50nm)的孔径分布测试。在微孔范围，小于10nm后，结果相对于介孔材料较不准确。截留分子量法在测试截留量后增加软件数据处理可以得到孔径分布。因此，针对该样品，首先考虑采用分子量截留法测定孔径分布。

3、如专利cn 106596376 a公开了一种血液透析膜孔径分布的测试方法，该方法测试模拟液和透析液浓度的方法是用光散射法进行测试，而具体测试方法并没有进行具体描述，如模拟液配置的具体浓度，并且没有考虑透析循环稳定前后模拟液的浓度变化，从而可能会对最终孔径分布结果产生影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，旨在解决上述孔径分布的不足，可以更加准确地得出透析前后模拟液和透析液的具体浓度，能获得更为稳定准确的孔径分布结果。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明提出一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，包括：

4、s1：采用多种分子量聚乙二醇配置不同浓度溶液，利用碘液显色法，对小分子量peg采用氯化钡溶液配置碘液显色溶液，对大分子量peg采用硼酸溶液配置碘液显色溶液，获取不同分子量peg模拟液；采用紫外分光光度计测定碘液显色溶液吸光度，并绘制不同波长下“浓度-吸光度”线性回归拟合曲线图，取最优决定系数r2曲线波长的“浓度-吸光度”线性回归曲线作为标准曲线；

5、s2：采用聚乙二醇溶质溶解于纯水中作为模拟液，通过血液透析膜过滤之后得到透析液；

6、s3：采用紫外分光光度计测试s1中的不同分子量peg模拟液和s2中透析液的吸光度，利用标准曲线计算溶液浓度；

7、s4：根据关系式1计算透析液和不同分子量peg模拟液对应溶质分子量的截留率：

8、

9、其中，r为截留率，cp和cf分别是不同分子量peg透析液浓度和模拟液浓度；

10、s5：按照关系式2计算不同分子量peg透析液和模拟液对应溶质分子量的分子stokes半径r：

11、r＝16.73×10-12×m0.557    (2)

12、其中，r溶质分子量的分子半径，m为溶质分子量；

13、s6：取不同分子量peg透析液和模拟液溶质颗粒分子直径ds的自然对数ln(ds)并对其按照关系式3进行归一化为ln(dsn)，将对数分子直径的变化范围限定在[0,1]区间内：

14、

15、其中，ds_max和ds_min分别为最大分子直径和最小分子直径；

16、通过关系式4中的光滑三次样条插值方法获取截留率和归一化对数分子直径间的映射关系：

17、

18、其中，rc为实际截留率，m为光滑三次样条插值的节点数，a(m-1)、b(m-1)、c(m-1)和d(m-1)分别为第m-1段三次样条曲线表达式的系数；

19、建立血液透析膜孔径dp的对数正态分布概率密度函数及其累积分布函数，见关系式5和6：

20、

21、其中，dp为血液透析膜孔直径，μs是溶质在r＝50％时的平均几何直径，lnσg是关于lnμs的几何标准偏差，定义为r＝84.13％和50％时ln(ds)的比率：

22、

23、其中，ds是溶质直径，μs是溶质在r＝50％时的几何平均直径，σg是关于μs的几何标准偏差，定义为r＝84.13％和50％时ds的比率，

24、s7：将实测截留率、分子量和膜孔径dp变化范围数据计算累积分布函数，得出孔径分布。

25、优选的，所述小分子量peg中聚乙二醇分子量为300-800da，大分子量peg中聚乙二醇分子量为1k-20k da，不同分子量peg浓度为100mg/l，聚乙二醇“浓度-吸光度”标准曲线中浓度范围为0～20mg/l。

26、优选的，s2中纯水及过滤的温度设置为20～30℃。

27、优选的，s2中透析的实验循环稳定时间为1h，流量为100ml/min，循环稳定后收集透析液时流量为200ml/min。

28、优选的，s5中，溶质分子量测试方法为凝胶渗透色谱法。

29、优选的，s6中，关系式4中计算r＝84.13％时，颗粒分子的归一化对数直径ln(ds_n1)；计算r＝50％时，颗粒分子的归一化对数直径ln(ds_n2)(ln(μs_n))；再将ln(ds_n1)和log(ds_n2)进行反归一化，获得r＝84.13％时的颗粒分子的对数直径ln(ds_1)和r＝50％时颗粒分子的对数直径ln(ds_2)(ln(μs))。

30、优选的，s6中光滑三次样条插值的分析软件为python，对peg标准曲线进行拟合以及对应孔径分布函数进行非线性拟合的软件为matlab。

31、本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，与现有技术相比，具有以下优点：

32、本发明中由于透析循环前后模拟液浓度会有变化，所以采用紫外碘液显色法准确地测试了透析前后模拟液和透析液的浓度，因此，本发明中的测试方法得到的测试结果准确，误差小，方法简单，并且本发明中的测试方法在测试透析膜的孔径分布时，基于溶质滤过测定基础，相比电镜法等其他方法，具有数据波动小，精度高，能够快速测定血液透析膜孔径分布，其测量数据精度高，原理简单，实用性强。

技术特征：

1.一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：所述小分子量peg中聚乙二醇分子量为300-800da，大分子量peg中聚乙二醇分子量为1k-20k da，不同分子量peg浓度为100mg/l，聚乙二醇“浓度-吸光度”标准曲线中浓度范围为0～20mg/l。

3.根据权利要求1所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：s2中纯水及过滤的温度设置为20～30℃。

4.根据权利要求3所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：s2中透析的实验循环稳定时间为1h，流量为100ml/min，循环稳定后收集透析液时流量为200ml/min。

5.根据权利要求1所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：s5中，溶质分子量测试方法为凝胶渗透色谱法。

6.根据权利要求1所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：s6中，关系式4中计算r＝84.13％时，颗粒分子的归一化对数直径ln(ds_n1)；计算r＝50％时，颗粒分子的归一化对数直径ln(ds_n2)(ln(μs_n))；再将ln(ds_n1)和log(ds_n2)进行反归一化，获得r＝84.13％时的颗粒分子的对数直径ln(ds_1)和r＝50％时颗粒分子的对数直径ln(ds_2)(ln(μs))。

7.根据权利要求6所述的一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，其特征在于：s6中光滑三次样条插值的分析软件为python，对peg标准曲线进行拟合以及对应孔径分布函数进行非线性拟合的软件为matlab。

技术总结
本发明公开了一种血液透析类中空纤维膜孔径分布的测试方法，该测试方法首先利用紫外分光光度计绘制不同浓度、不同分子量聚乙二醇(PEG)溶液的“浓度‑紫外吸光度”线性回归拟合曲线；将不同分子量PEG模拟液通过透析膜得到透析液，利用最优决定系数线性回归曲线计算出不同分子量PEG模拟液和透析液浓度进而计算出截留率；利用Python构建截留率与孔径之间的关系，最终结合Matlab拟合计算得出透析膜孔径分布，本发明能够快速测定血液透析膜孔径分布，其测量数据精度高，原理简单，实用性强。

技术研发人员：戴鹏,朱建东,汪毅,刘炳荣,王峻,赵春辉
受保护的技术使用者：江西三鑫医疗科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16