Des chercheurs du Département de génie mécanique et aérospatial (MAE) de la Herbert Wertheim School of Engineering ont développé un nouveau type de membrane d'hémodialyse en oxyde de graphène (GO), qui est un matériau en couches monoatomique.Il est prévu de changer complètement le traitement de la dialyse rénale patiemment.Cette avancée permet au dialyseur à puce d'être attaché à la peau du patient.Fonctionnant sous pression artérielle, il éliminera la pompe à sang et le circuit sanguin extracorporel, permettant une dialyse sécuritaire dans le confort de votre maison.Par rapport à la membrane polymère existante, la perméabilité de la membrane est supérieure de deux ordres de grandeur, a une compatibilité sanguine et n'est pas aussi facile à mettre à l'échelle que les membranes polymères.
Le professeur Knox T. Millsaps du MAE et chercheur principal du projet de membrane Saeed Moghaddam et son équipe ont développé un nouveau procédé impliquant l'auto-assemblage et l'optimisation des propriétés physiques et chimiques des nanoplaquettes GO.Ce processus transforme uniquement les 3 couches GO en assemblages de nanofeuilles hautement organisés, obtenant ainsi une perméabilité et une sélectivité ultra-élevées."En développant une membrane nettement plus perméable que son homologue biologique, la membrane basale glomérulaire (GBM) du rein, nous avons démontré le grand potentiel des nanomatériaux, de la nanoingénierie et de l'auto-assemblage moléculaire."dit Mogda Dr. Mu.
L'étude des performances des membranes dans des scénarios d'hémodialyse a donné des résultats très encourageants.Les coefficients de tamisage de l'urée et du cytochrome-c sont respectivement de 0,5 et 0,4, ce qui est suffisant pour une dialyse lente à long terme tout en retenant plus de 99 % de l'albumine ;des études sur l'hémolyse, l'activation du complément et la coagulation ont montré qu'ils sont comparables aux matériaux de membrane de dialyse existants ou meilleurs que les performances des matériaux de membrane de dialyse existants.Les résultats de cette étude ont été publiés sur Advanced Materials Interfaces (5 février 2021) sous le titre « Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer ».
Le Dr Moghaddam a déclaré: "Nous avons démontré une mosaïque ordonnée unique de nanoplaquettes GO auto-assemblées, qui fait progresser considérablement l'effort de dix ans dans le développement de membranes à base de graphène."Il s'agit d'une plate-forme viable qui peut améliorer la dialyse nocturne à faible débit à domicile.Le Dr Moghaddam travaille actuellement au développement de micropuces utilisant de nouvelles membranes GO, ce qui rapprochera la recherche de la réalité de la fourniture d'appareils d'hémodialyse portables pour les patients atteints d'insuffisance rénale.
L'éditorial de Nature (mars 2020) a déclaré : « L'Organisation mondiale de la santé estime qu'environ 1,2 million de personnes meurent d'insuffisance rénale chaque année dans le monde [et l'incidence de l'insuffisance rénale terminale (IRT) est due au diabète et à l'hypertension]….Dialyse La combinaison des limitations pratiques de la technologie et de l'abordabilité signifie également que moins de la moitié des personnes ayant besoin d'un traitement y ont accès.Des appareils portables miniaturisés de manière appropriée sont une solution économique pour augmenter les taux de survie, en particulier dans la Chine en développement."Notre membrane est un élément clé d'un système portable miniature, qui peut reproduire la fonction de filtration du rein, améliorant considérablement le confort et l'accessibilité dans le monde entier", a déclaré le Dr Moghaddam.
« Les avancées majeures dans le traitement des patients en hémodialyse et en insuffisance rénale sont limitées par la technologie membranaire.La technologie des membranes n'a pas fait de progrès significatifs au cours des dernières décennies.L'avancement fondamental de la technologie membranaire nécessite l'amélioration de la dialyse rénale.Des matériaux hautement perméables et sélectifs, tels que la membrane d'oxyde de graphène ultra-mince développée ici, peuvent changer le paradigme.Les membranes perméables ultra-fines peuvent non seulement réaliser des dialyseurs miniaturisés, mais aussi de véritables appareils portables et portables, améliorant ainsi la qualité de vie et le pronostic du patient.James L. McGrath a déclaré qu'il est professeur de génie biomédical à l'Université de Rochester et co-inventeur d'une nouvelle technologie de membrane de silicium ultra-mince pour diverses applications biologiques (Nature, 2007).
Cette recherche a été financée par l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB) des National Institutes of Health.L'équipe du Dr Moghaddam comprend le Dr Richard P. Rode, boursier postdoctoral à l'UF MAE, le Dr Thomas R. Gaborski (co-chercheur principal), Daniel Ornt, MD (co-chercheur principal) et Henry C du Département de biomédecine Ingénierie, Rochester Institute of Technology .Dr Chung et Hayley N. Miller.
Le Dr Moghaddam est membre du groupe de microsystèmes interdisciplinaires de l'UF et dirige le Laboratoire des systèmes énergétiques nanostructurés (NESLabs), dont la mission est d'améliorer le niveau de connaissance de la nanoingénierie des structures poreuses fonctionnelles et de la physique de la transmission à l'échelle micro/nano.Il rassemble plusieurs disciplines de l'ingénierie et de la science pour mieux comprendre la physique de la transmission à l'échelle micro/nano et développer des structures et des systèmes de nouvelle génération avec des performances et une efficacité supérieures.
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