DOI:10.1016/j.seppur.2020.117881

透析是治疗肾衰竭患者的主要手段,其实际应用对透析膜用材的要求非常苛刻。此外，可穿戴人工肾（WAK）被认为是终末期肾病（ESRD）患者日常透析的一种简单有效的方法。因此，本研究开发了一种核-壳电纺复合纳米纤维以去除肌酐，从而进行血液净化。通过在同轴系统中静电纺丝两种聚合物和两种沸石来制备功能性核-壳结构复合纳米纤维。此外，与血液相容的核-壳结构纳米纤维由不同浓度的聚乙烯吡咯烷酮和沸石（PVP和沸石，壳）以及聚醚砜（PES，核）组成。经研究发现，PES/PVP-沸石核-壳纳米纤维可以选择性地吸附肌酐。使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）和X射线衍射（XRD）对所制备的核壳纳米纤维的结构和性能进行了全面的研究。此外，本研究还考虑了影响血液相容性的四个重要因素，包括Zeta电位、BSA吸附、血小板粘附以及PES/PVP-沸石核-壳纳米纤维的细胞毒性。EDS结果表明溶液中超过90％的沸石已成功掺入PVP纳米纤维中。因此，核-壳纳米纤维对牛血清白蛋白（BSA）的保留性能表明了负电荷的有效性。最后，评估了核-壳纳米纤维对从溶液中去除肌酐的影响，并且发现使用β沸石（4831.19µg/g）可以显著提高肌酐的去除率。MTT分析显示，具有最佳性能的核壳纳米纤维与L929成纤维细胞具有良好的生物相容性。实验结果表明，在PES/PVP-β沸石核-壳纳米纤维上未观察到血小板粘附。

图1.核壳静电纺丝过程的示意图。

图2.电纺PES/PVP-沸石核-壳纳米纤维的SEM/EDX映射（Si，Al和O映射）和纳米纤维的直径分布图像。

图3.（a）PES/PVP-β沸石（25/10-10wt％），（b）PES/PVP-ZSM-5沸石（25/10-10wt％），（c）PES/PVP-β沸石（25/10-20wt％），（d）PES/PVP-ZSM-5沸石（25/10-20wt％）的EDX。

图4.PES和PVP纳米纤维，ZSM-5沸石粉和PES/PVP-ZSM-5沸石核-壳纳米纤维的FT-IR光谱（a），PES和PVP纳米纤维，β沸石粉和PES/PVP-β沸石核-壳纳米纤维（b）的FT-IR光谱。

图5.沸石、PES/PVP纳米纤维和PES/PVP-沸石核-壳纳米纤维的XRD图。

图6.不同样品（a），（b）的N2吸附-解吸等温线和沸石的BJH曲线（c）。

图7.（a）沸石粉对溶液（120μmol/L）的吸附容量，（b）核-壳纳米纤维对肌酐的吸附容量（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。肌酐吸附NZ20（c）和NB20（d）后核-壳纳米纤维的SEM图像。

图8.核-壳纳米纤维吸附肌酐的动力学模型拟合。

图9.具有不同沸石含量的细胞培养纳米纤维在540nm处的吸光度（****p<0.0001）（a），光学显微镜图像显示L929细胞在组织培养板（作为对照）（b），商用PES（c），N0（d），NZ20（e），NB20（f）上的细胞活性（上图（24小时后））以及在组织培养板（作为对照）（g），商用PES（h），N0（i），NZ20（j），NB20（k）上的细胞活性（下图（48小时后））。

图10.核-壳纳米纤维的BSA吸附（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001）。

图11.粘附在样品PES（a），N0（b），NB20（c）和NZ20（d）上的血小板的SEM图像。