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研究生: 張榮志
Jung-jhih Chang
論文名稱: 具抗氧化及吸附內毒素之透析膜的研究開發
Development of dialysis membrane for antioxidation and endotoxin adsorption
指導教授: 楊銘乾
Ming-Chien Yang
口試委員: 李振綱
Cheng-Kang Lee
鄭劍廷
Chiang-Ting Chien
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: 聚碸氧處理脂多醣活性氧血液相容性
外文關鍵詞: polysulfone, ozone treatment, lipopolysaccharide, reactive oxygen species (ROS), blood compatibility
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  • 本研究利用臭氧對聚碸 (polysulfone, PSF) 中空纖維膜進行處理,使薄膜表面產生過氧化基,進一步與丙烯酸單體產生自由基聚合反應,再使用EDC活化表面之羧基,最後將唾液酸(sialic acid)分子固定於中空纖維膜表面。
    改質後的中空纖維膜利用 (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH) 測試臭氧濃度及其處理時間的最佳化條件; 利用重量法測試表面羧基密度; 使用 (Thiobarbituric acid assay) TBA測試固定於PSF中空纖維膜上的唾液酸含量。由SEM和AFM觀察改質前後是否對中空纖維膜上的孔洞及表面粗糙度造成影響。以凝血時間探討改質前後是否影響其血液相容性。另一方面,以改質前後之中空纖維膜進行脂多醣吸附評估以及清除活性氧之測試。
    結果表示,經各階段的處理過程,並未造成改質之中空纖維膜顯著地型態改變; 也不影響到原本中空纖維膜的凝血性質。此外,改質後的中空纖維膜對於吸附脂多醣的能力明顯地提升; 且對於清除活性氧之能力大大提高。
    由全部結果顯示出,經改質後的中空纖維膜對於吸附脂多醣以及清除活性氧的能力顯著,且對材料型態及其血液相容性不構成顯著地影響。


    Polysulfone hollow fiber membrane was treated with ozone to introduce peroxide and futher initiated free radical polymerization of acrylic acid. The resulting carboxyl groups were activated with EDC to covalently immobilize sialic acid. The conditions for ozone treatment was determined by measuring the surface concentration of peroxide with DPPH. The surface concentration of carboxyl groups was determined by weighing method. The surface concentration of sialic acid was determined using TBA test. The porous structure and surface roughness was examined using SEM and AFM. The hemocompatibility of the resulting hollow fiber was evaluated based on the blood coagulation time. In addition, the clearances of lipopolysaccharide (LPS) and reactive oxygen species (ROS) were also measured. The results show that the modification incurred little affect on the morphology and the blood coagulation performance. However, the adsorptibility of LPS and the clearance toward ROS were greatly increased after the immobilization of sialic acid.

    致謝••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅰ 中文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅱ 英文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅲ 目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅳ 圖表索引•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅷ 第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 1-1 研究背景••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 1-2 研究目的••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5 第二章 文獻回顧與理論基礎•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6 2-1 血液透析(hemodialysis)••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6 2-1-1 透析原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6 2-1-2 血液透析系統簡介•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9 2-1-3透析膜••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 2-1-4聚碸簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13 2-2 薄膜改質簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14 2-3 脂多醣•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16 2-3-1 脂多醣簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16 2-3-2 脂多醣結構••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16 2-3-3 脂多醣污染之限制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19 2-3-4 脂多醣與敗血症••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20 2-3-5 敗血症之判斷準則••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21 2-3-6. 吸附脂多醣•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22 2-4 自由基•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24 2-4-1 自由基簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24 2-4-2 自由基來源••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25 2-4-3 自由基與血液透析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27 2-4-4 自由基與脂多醣••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29 2-5 唾液酸•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31 2-5-1 唾液酸來源••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31 2-5-2 唾液酸結構••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32 2-5-3 唾液酸之生化功能••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32 2-6 血液學凝固 (Blood coagulation) 原理•••••••••••••••••••••••••••••••••35 2-6-1 血液學凝固理論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2-6-2 凝血作用程序••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2-6-3臨床各種血液凝固時間的測量及其意義•••••••••••••••••••••••••••••••••38 2-7 生醫材料之血液相容性•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43 第三章 實驗藥品、儀器及實驗方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44 3-1 實驗藥品•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44 3-2 實驗儀器•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46 3-3 實驗流程•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47 3-4 實驗步驟•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48 3-4-1薄膜表面經臭氧處理•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48 3-4-2 PSF接枝丙烯酸 (PSF-g-PAA) ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48 3-4-3唾液酸固定化 (PSF-g-PAA-g-SA) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••48 3-5 實驗測試•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50 3-5-1過氧化基測試 (Peroxide determination) ••••••••••••••••••••••••••••••50 3-5-2表面接枝密度測定 (Surface graft density) •••••••••••••••••••••••••••51 3-5-3 TBA (Thiobarbituric acid) assay•••••••••••••••••••••••••••••••••••52 3-5-4掃描式電子顯微鏡 (SEM) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••54 3-5-5原子力學顯微鏡 (AFM) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••55 3-5-6凝血時間測試•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••56 3-5-7脂多醣吸附評估•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••58 3-5-8活性氧檢測••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••60 3-5-9穩定度評估••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••63 第四章 結果與討論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••64 4-1過氧化基測試結果•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••64 4-2羧基接枝密度測定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••72 4-3唾液酸接枝密度測定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••78 4-4電子掃描式顯微鏡•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••86 4-5原子力學顯微鏡•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91 4-6凝血時間之探討•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••94 4-7內毒素吸附評估•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••96 4-8活性氧檢測評估•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••99 4-9穩定度評估•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••102 第五章 結論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••105 第六章 參考文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••107

    財團法人中華民國腎臟基金會(http://www.kidney.org.tw/)
    張宗興,遠離尿毒症,康健雜誌第25期。
    張瓊芳,“以定點突變方式探討大腸桿菌K1唾液酸合成酶之活性區”,台灣大學生化科學研究所碩士論文,73,(2003)。
    陳盈勳,“適化血液透析之臨床評估”,中原大學醫學工程研究所碩士論文,(1999)。
    黃志強編著,血液透析學,合計圖書出版社,(2004)。
    譚柱光、黃東波編著: 人工腎臟,大力圖書出版,(1994)。
    張炎林,“血液清淨程序/病人-人工腎臟系統模擬與血液透析-操作之改進策略”,清華大學化學工程研究所博士論文(1987)。
    李柏蒼,透析膜的特性與臨床應用. 腎臟與透析. 17: 2(2005)。
    李婷婷,“聚苯胺修飾電極對肝素之偵測”,中山大學化學研究所碩士論文,19-20,(1999)。
    何敏夫,凝固作用,血液學,合記出版社,台北,509-528,(2001)。
    吳翠君,“壓電石英晶體微天平於抗固劑血液凝固時間之研究”,成功大學醫學工程研究所碩士論文,9-14,(1999)。
    黃麗惇,以血小板GPIb來評估不同生物材料於動、靜態下之血液相容性,中原大學醫學工程研究所碩士論文,16,(1990)。
    李怡慧,“唾液酸對急性內毒素血症抗氧化效應評估”,實踐大學食品營養及保健生技所碩士論文,65-71,(2005)。
    Alía I, Esteban A, Gordo F, Lorente JA, Diaz C, Rodriguez JA, F Frutos. A Randomized and Controlled Trial of the Effect of Treatment Aimed at Maximizing Oxygen Delivery in Patients With Severe Sepsis or Septic Shock. Chest.1999;115:453-461.
    Angata T, Varki A. Chemical Diversity in the Sialic Acids and Related α-Keto Acids: An Evolutionary Perspective. Chem. Rev.2002;102: 439-469.
    Bernacca GM, Gulbransen MJ, Wilkinson R, Wheatley DJ, In vitro blood compatibility of surface-modified polyurethanes. Biomaterials. 1998; 19:1151-1165.
    Beutler B, Rietschel ET. Innate immune sensing and its roots: the story of endotoxin. Immunology.2003;3:169-176.
    Bhattacharyya J, Biswas S, Datta AG, Mode of Action of Endotoxin: Role of Free Radicals and Antioxidants. Current Medicinal Chemistry.2004;11:359-368.
    Bohrer D, Rosmari Hörner, do Nascimento PC, Adaime M, Pereira ME, Martins AF, Hartz SA, Interference in the limulus amebocyte lysate assay for endotoxin determination in peritoneal dialysis fluids and concentrates for hemodialysis. J. Pharm. Biomed. Anal.2001;26: 811-818.
    Bone RC, Balk RA, Cerra FB, Dellinger RP, Fein AM, Knaus WA, Schein RM, Sibbald WJ. Definitions for sepsis and organ failure and guidelines for the use of innovative therapies in sepsis. The ACCP/SCCM Consensus Conference Committee. American College of Chest Physicians/Society of Critical Care Medicine. Chest. 1992; 101:1644-1655.
    Bowen WR, Doneva TA, Yin HB. Polysulfone—sulfonated poly(ether ether) ketone blend membranes: systematic synthesis and characterization. J. Membr. Sci. 2001;181:253-263.
    Chien CT, Huang KC, Yang CC, Lee KT. Hemodialysis-induced oxidative stress in end-stage renal disease patients by electrolyzed reduced water. Kidney Int.2003;64:704-714.
    Chien CT, Lee PH, Chen CF, Ma MC, Lai MK, Hsu SM. De novo demonstration and co-localization of free-radical production and apoptosis formation in rat kidney subjected to ischemia/reperfusion. J. Am. Soc. Nephrol. 2001;12:973-982.
    Danielski M, Ikizler TA, McMonagle E, Kang JC, Pupim L,Morrow J, Himmelfarb J. Linkage of hypoalbuminemia, inflammation, and oxidative stress in patients receiving maintenance hemodialysis therapy. AJKD.2003;42,2:286-294.
    Deitch E. Bacterial translocation of the gut flora. J. Trauma. 1990;30: 184-189.
    Denise A. Hemodialysis. Clinical Techniques in SmallAnimal Practice. 2000;15,3:136-148.
    Depner TA. Prescribing Hemodialysis: A Guide to Urea Modeling. Kluwer Academic Publishers. (1991).
    Ding JL, Ho B. A new era in pyrogen testing. TRENDS in Biotechnology. 2001; 19,8: 277-281.
    Diplock AT, Charleux JL, Crozier-Willi G, Jok FJ, Rice-Evans C, Roberfroid M, Stahl W, Vina-Ribes J. Functional food science and defense against reactive oxidative species. British J Nutr.1998;80: 77-112.
    Erridge C, Guerrero EB, Poxton IR. Structure and function of lipopolysaccharides. Microbes and Infection.2002;4:837-851.
    Gupta B, Hilborn JG, Bisson I, Fery P. Plasma-Induced Graft Polymerization of Acrylic Acid onto Poly(ethylene terephthalate) Films. J. Appl.Polym. Sci.2001;81:2993-3001.
    Halliwell B, Gutteridge JMC. 1999. Free radical in Biology and Medicine. In: Haillwell B, Gutteridge JMC, eds. 3rd edn. New York: Clarendon Press, Oxford.
    Halliwell B, Murcia MA, Chirico S, Aruoma OI. Free radicals and antioxidants in food and in vivo: what they do and how they work. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1995; 35(1&2): 7-20.
    Halliwell B. Free radicals and antioxidants: A personal view. Nutr. Rev. 1994; 52.
    Halliwell B. Oxygen and nitrogen are pro-carcinogens. Damage to DNA by reactive oxygen, chlorine and nitrogen species: Measurement, mechanism and the effects of nutrition. Mutat Res.1999;443:37-52.
    Halliwell B. The role of oxygen radicals in human disease, with particular reference to the vascular system. Haemostsis.1993;23:118-126.
    Han DK, Jeong SY, Kim YH. Evaluation of PEO grafted and heparin immobilized polyurethanes. J. Biomed. Materi. Res., Apply Biomaterials. 1989;23,A2:211-288.
    Hao JJ, Balagurumoorthy P, Sarilla S, Sundaramoorthy M. Cloning, expression, and characterization of sialic acid synthases. Biochem. Biophys. Res. Commun.2005;338:1507-1514.
    Hasegawa T, Iwasaki Y, Ishihara K. Preparation and performance of protein-adsorption-resistant asymmetric porous membrane composed of polysulfone/phospholipid polymer blend. Biomaterials.2001;22: 243-251.
    Hirayama C, Sakata M. Chromatographic removal of endotoxin from protein solutions by polymer particles. Journal of Chromatography B. 2002;781:419-432.
    Iijima R, Takahashi H, Namme R, Ikegami S, Yamazaki M. Novel biological function of sialic acid (N-acetylneuraminic acid) as a hydrogen peroxide scavenger. FEBS Letters. 2004;561:163-166.
    Imlay JA, Fridovich I. Assay of metabolic superoxide production in Escherchia coli. J Biol Chem.1991;266:6957-6965.
    Ischiropoulous H, Zhu L, Beckman JS. “Peroxynitrite formation from macrophage-derived nitric oxide.” Arch. Biochem. Biophys.1992; 298:446-451.
    Ishihara K, Fukumoto K, Iwasaki Y, Nakabayashi N. Modification of polysulfone with phospholipids polymer for improvement of the blood compatibility. Part 2. Protein adsorption and platelet adhesion. Biomaterials.1999;20:1553.
    Ishihara K, Fukumoto K, Iwasaki Y, Nakabayashi N. Modification of polysulfone with phospholipid polymer for improvement of the blood compatibility. Part 1. Surface characterization. Biomaterials. 1999;20:1545-1551.
    Ishihara K, Fukumoto K, Iwasaki Y, Nakabayashi N. Modification of polysulfone with phospholipid polymer for improvement of the blood compatibility. Part 2. Protein adsorption and platelet adhesion. Biomaterials.1999;20:1553-1559.
    Klein A, Roussel P. O-Acetylation of sialic acids. Biochimie.1998;80: 49-50.
    Ko YG, Kim YH, Park KD, Lee HJ, Lee WK, Park HD, Kim SH, Lee GS, Ahn DJ. Immobilization of poly(ethylene glycol) or its sulfonate onto polymersurfaces by ozone oxidation. Biomaterials.2001;22: 2115-2123.
    Lee JO, Yi JK, Lee SG, Takahashi S, Kim BG, Production of N-acetylneuraminic acid from N-acetylglucosamine and pyruvate using recombinant human renin binding protein and sialic acid aldolase in one pot. Enzyme. Microb. Technol.2004;35:121-125.
    Lin WC, Liu TY, Yang MC. Hemocompatibility of polyacrylonitrile dialysis membrane immobilized with chitosan and heparin conjugate. Biomaterials.2004;25:1947-1957.
    Liu Y, Lee JY, Kang ET, Wang P, Tan KL. Synthesis, characterization and electrochemical transport properties of the poly(ethyleneglycol)–grafted poly(vinylidenefluoride) nanoporous membranes. Reactive and Functional Polymers.2001;47:201-213.
    Maxwell SRJ. Prospects for the use of antioxidant therapies. Drugs.1995; 49,3:345-361.
    Mueller M, Lindner B, Kusumoto S, Fukase K, Schromm AB, Seydel U, Aggregates Are the Biologically Active Units of Endotoxin. The Journal of Biological Chemistry.2004;279:26307-26313.
    Neidhardt EA, Luther MA, Recny MA, Rapid two-step purification process for the preparation of pyrogen-free murine immunoglobulin G1 monoclonal antibodies. J. Chromatogr.1992;590:255-261.
    Nigam PK, Narain VS, Kumar A. Sialicacid in Cardovascular Diseases. Indian Journal of Clinical Biochemistry.2006;21,1:54-61.
    Oetke C, Hinderlich S, Brossmer R, Reutter W, Pawlita1 M, Keppler OT. Evidence for efficient uptake and incorporation of sialic acid by eukaryotic cells. Eur. J. Biochem.2001;268:4553-4561.
    Ohuchi Y, Ischinose M, Miura M, Kageyama N, Tomaki M, Endoh N, Mashito Y, Sugiura H, Shirato K, Induction of nitric oxide synthase by lippolysaccharide inhalation enhances substance P-induced microvascular Leakage in guinea-pigs . Eur. Respir. J.1998;12: 831-836.
    Park JS, Kim JH, Nho YC, Kwon OH. Antibacterial Activities of Acrylic Acid-Grafted Polypropylene Fabric and Its Metallic Salt. J. Appl.Polym. Sci.1998:69:2213-2220.
    Park JY, Acar MH, Akthakul A, Kuhlman W, Mayes AM. Polysulfone-graft-poly(ethylene glycol) graft copolymers for surface modification of polysulfone membranes. Biomaterials.2006;27: 856-865.
    Petsch D, Anspach FB. Endotoxin removal from protein solutions. J. Biotechnol.2000;76:97-119.
    Rangel-Frausto M, Pittet D, Costigan M, Hwang T, Davis C, Wenzel R. The natural history of the systemic inflammatory response syndrome ( SIRS ). JAMA.1995;273:117-123.
    Rietschel ET, Cavaillon JM, Pfeiffer R, Besredka A, Creators of the concept of endotoxin and anti-endotoxin. Microbes and Infection.2003;5:1407-1414.
    Rosen GLM, Pou S, Ramos CL, Cohen,MS, Britigan BE. Free radicals and phagocytic cells. FASEB J.1995;9:200-209.
    Schauer R. Achievements and challenges of sialic acid research. Glycoconjugate Journal.2000;17:485-499.
    Schauer R. Sialic acids: fascinating sugars in higher animals and man. Zoology.2004;107:49-64.
    Shanmugharaj AM, Kim JK, Ryu SH. Modification of rubber surface by UV surface grafting. Appl Surf Sci.2006;252:5714–5722.
    Stewart WK: The composition of dialysis fluid. Ibid pp 199-217.
    Varki A. Diversity in the sialic acids. Glycobiology.1992;2:24-40.
    Varki A. Sialic acids as ligands in recognition phenomena. FASEB J.1997:248-255.
    Wang HL, Brown HR. Ultraviolet Grafting of Methacrylic Acid and Acrylic Acid on High-Density Polyethylene in Different Solvents and the Wettability of Grafted High-Density Polyethylene. I. Grafting. J. Polym. Sci., A, Polym. Chem.2004;42:253-262.
    Ward RA, McLeish KR. Oxidant Stress in Hemodialysis Patients: What Are the Determining Factors? Artificial Organs.2003;27,3:230-236.
    Warren L. The Thiobarbituric Acid Assay of Sialic Acids. The Journal of Biological Chemistry.1959;234:1971-1975.
    Wu CC, Chen JS, Wu WM, Liao TN, Chu P, Lin SH, Chuang CH, Lin YF. Myeloperoxidase serves as a marker of oxidative stress during single haemodialysis session using two different biocompatible dialysis membranes. Nephrol Dial Transplant.2005;20:1134-1139.
    Xu J, Yuan YL, Shan B, Shen J, Lin S, Ozone-induced grafting phosphorylcholine polymer onto silicone film grafting 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine onto silicone film to improve hemocompatibility. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.2003;30:215-223.
    Xu ZK, Wang JL, Shen LQ, Men DF, Xu YY. Microporous polypropylene hollow fiber membrane Part I. Surface modification by the graft polymerization of acrylic acid. J. Membr. Sci.2002;196:221-229.
    Yuan YL, Zang XP, Ai F, Zhou J, Shen J, Lin SC. Grafting sulfobetaine monomer onto silicone surface to improve haemocompatibility. Polymer International.2004;53:121-126.
    Yuan Z, Yu M, Li JH, Hou GH, Wang HY. Endotoxin adsorbent using dimethylamine ligands. Biomaterials.2005;26:2741-2747.

    無法下載圖示 全文公開日期 2012/06/29 (校內網路)
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