MXene Sorbents for Removal of Urea from Dialysate: A Step toward the Wearable Artificial Kidney

尿素 吸附 人工肾 生物相容性 水溶液 透析 材料科学 化学 化学工程 生物医学工程 外科 生物化学 有机化学 医学 工程类
作者
Fa-Yan Meng,Mykola Seredych,Chi Chen,Victor Gura,Sergey V. Mikhalovsky,Susan Sandeman,Ganesh Ingavle,Tochukwu Ozulumba,Miao Liu,Babak Anasori,Yury Gogotsi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 10518-10528 被引量:147
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b06494
摘要

The wearable artificial kidney can deliver continuous ambulatory dialysis for more than 3 million patients with end-stage renal disease. However, the efficient removal of urea is a key challenge in miniaturizing the device and making it light and small enough for practical use. Here, we show that two-dimensional titanium carbide (MXene) with the composition of Ti3C2T x, where T x represents surface termination groups such as -OH, -O-, and -F, can adsorb urea, reaching 99% removal efficiency from aqueous solution and 94% from dialysate at the initial urea concentration of 30 mg/dL, with the maximum urea adsorption capacity of 10.4 mg/g at room temperature. When tested at 37 °C, we achieved a 2-fold increase in urea removal efficiency from dialysate, with the maximum urea adsorption capacity of 21.7 mg/g. Ti3C2T x showed good hemocompatibility; it did not induce cell apoptosis or reduce the metabolizing cell fraction, indicating no impact on cell viability at concentrations of up to 200 μg/mL. The biocompatibility of Ti3C2T x and its selectivity for urea adsorption from dialysate open a new opportunity in designing a miniaturized dialysate regeneration system for a wearable artificial kidney.
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