用于尿素光氧化的设备和方法技术

本文公开了用于光‑化学氧化的设备和方法。在一个实施例中，一种透析流体再生系统包括：纳米结构的阳极；被配置为照亮阳极的光源；和氧气可渗透的阴极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于尿素光氧化的设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月17日提交的美国临时申请号为62/719549的权益；该申请通过引用被明确地全文并入本文。
技术介绍
全世界有超过200万的晚期肾病(ESRD)患者接受透析以维持生命，这一数字可能不足实际需求的10％。仅在美国，就有超过460,000人接受肾脏透析，其中每年有超过8.9万人死亡，其5年生存率仅为35％。血液透析的间歇性特征会引起血液代谢产物浓度的大幅波动。观察表明，与常规血液透析相比，通过延长血液透析治疗(即，更频繁或更长时间的治疗)的患者的透析长期存活率得到提高。图1是常规透析系统10的平面图。在操作中，患者5连接到透析系统10，使得患者的血液通过管路14流入透析系统10。管路14穿过血泵18。血泵18的泵送动作推动患者的血液通过透析系统10并回到患者体内。泵18通常是非接触式泵。透析液12是有助于从患者的血液中去除不需要的废物(例如尿素)的流体。在透析期间，透析液12和患者的血液流过透析系统10，但是这两种流没有物理地混合。相反，来自机器的新鲜透析液12通过膜而与血流分开。患者血流中的杂质通过膜被过滤掉进入透析液12中。例如，正常成年人每天通常需要去除12-24克尿素，但减少蛋白质饮食每天15克就足够了。其他杂质也从血流中被过滤掉进入透析液。含有不需要的废物和多余电解质的透析液会离开透析器进行处理。由于血液透析是根据扩散到目标浓度低的透析液中的原理进行的，因此固有地需要大量的流体。常规的血液透析通过每次使用约120升的透析液来实现从体内清除过多代谢废物，这通常需要3-4小时的治疗。每周可能需要透析3次。患者遭受严重的生命破坏，包括必须被固定几个小时，以及必须安排到透析中心的交通，这影响了他们的生活质量。因此，需要用于改善透析，包括改善尿素去除的系统和方法。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
来以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征。简要地，本专利技术技术涉及从透析液中去除尿素。本专利技术的技术可以用于透析，包括肾脏透析、血液透析、血液滤过、血液透析滤过、杂质的去除等。在一些实施例中，光-化学氧化(也称为“透析流体再生”或“尿素处理”)从透析液中去除尿素。透析系统流体再生系统可以包括：纳米结构的阳极；被配置为照亮阳极的光源；和氧气可渗透的阴极。纳米结构可以是热液生长的TiO2纳米线。光源可以由LED阵列提供。氧气可渗透的阴极或空气可渗透的阴极可以是铂涂覆的(Pt涂覆的)布或纸。在一些实施例中，系统的尺寸可以足够小以变得可穿戴和/或便携。可穿戴的透析装置不仅可以实现连续透析，而且还可以通过增强的移动性来帮助降低诊所相关的治疗成本并改善生活质量。在一个实施例中，一种透析流体再生系统包括：纳米结构的阳极；被配置为照亮阳极的光源；氧气可渗透的阴极。一方面，透析流体是透析液。另一方面，该系统是肾脏透析系统。一方面，该系统是血液滤过系统。一方面，该系统是血液透析系统。一方面，该系统是血液透析滤过系统。一方面，该系统还包括可操作地联接到阳极和阴极的电压源。另一方面，电压源是便携式的。一方面，透析流体再生系统是便携式的。另一方面，透析流体再生系统是可穿戴的。另一方面，透析流体再生系统是固定的。一方面，阳极、光源和作为氧气可渗透的阴极是第一透析流体再生隔室的部件，并且该系统包括多个透析流体再生隔室。一方面，阴极是透空气的阴极。另一方面，阴极是基于导电布的阴极。一方面，该布是铂涂覆的(Pt涂覆的)布。一方面，阴极是基于导电纸的阴极。一方面，阴极被配置为电化学分解水。另一方面，阳极的纳米材料被配置为当暴露于光时产生光电子或空穴。一方面，光源包括发光二极管(LED)的阵列。一方面，LED以二维(2D)阵列布置。另一方面，LED在阳极的表面处产生小于4mW/cm2的辐照度。一方面，LED发射365nm波长的光。一方面，光源包括UV源。另一方面，光源包括可见光源。一方面，入射光子到光电子的效率为约51％。一方面，纳米结构的阳极包括TiO2纳米线。另一方面，各纳米线具有约500nm的厚度。一方面，TiO2纳米线是热液制备的。一方面，将纳米线设置在衬底上，并且将各纳米线分别电联接至承载纳米线的衬底。一方面，透析液溶液的尿素浓度为10mM或更小。另一方面，该系统还包括自由基清除剂，其被配置为去除氧化副产物、自由基副产物和氯。一方面，该系统还包括膜，该膜被配置为使小分子通过并且阻止大分子通过。另一方面，该膜是反渗透(RO)膜。在一个实施例中，一种透析流体再生系统包括：纳米结构的衬底，其被配置为当暴露于光时产生光电子或空穴；被配置为照亮衬底的光源；和氧气可渗透的屏障。一方面，光源是自然发生的。在一个实施例中，一种用于再生透析流体的方法包括：使透析流体流过前述权利要求中任一项所述的系统；和当透析流体经过阳极时，用光源照亮阳极，从而以光-电化学方式消除透析流体中的尿素。在一个实施例中，一种用于再生透析流体的方法包括：使透析流体在透析系统的阳极和阴极之间流动，其中，阳极包括多个纳米结构；和用光源照亮阳极；使氧气朝向透析流体流过阴极；和将透析流体中的尿素转化为CO2、N2和H2O，从而再生透析流体。一方面，该方法还包括在透析系统内再循环透析流体。一方面，该方法还包括：将正电压耦合至阳极；和将负电压耦合至阴极。一方面，正电压和负电压之间的电压差在约0.6V至约0.8V的范围内。一方面，光源包括UV光和可见光的光源。一方面，使氧气朝向透析流体流过阴极包括：使环境空气流过阴极。一方面，该方法还包括：使透析流体流过自由基清除剂；并在自由基清除剂中从透析流体去除氯。在一个实施例中，一种制备透析流体的方法包括：使待处理的水在透析流体再生系统的阳极和阴极之间流动，其中阳极包括多个纳米结构；用光源照亮阳极；使氧气朝向待处理的水流过阴极；和氧化待处理的水中的杂质，从而产生透析流体。一方面，该方法还包括在透析系统内再循环透析流体。一方面，该方法还包括：将正电压耦合至阳极；和将负电压耦合至阴极。附图说明当结合附图并参考以下具体实施方式时，将更容易理解本专利技术技术的前述方面和许多附带优点，其中：图1是根据常规技术的透析系统的平面图；图2是根据本技术的实施例的透析系统的示意图；图3是根据本技术的实施例的操作中的透析系统的示意图；图4A是根据本技术的实施例的尿素处理单元的分解图；图4B是根据本技术的实施例的操作中的尿素处理单元的示意图；图5A是根据本技术的实施例的尿素处理单元的分解图；图5B是根据本技术的实施例的尿素处理单元的分解图；图6A和图6B是根据本技术的实施例的纳米结构的显微镜图像；图7是根据本技术的实施例的尿素处理单元的示意图；图8是根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透析流体再生系统，包括：/n纳米结构的阳极；/n被配置为照亮所述阳极的光源；和/n氧气能够渗透的阴极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180817 US 62/719,5491.一种透析流体再生系统，包括：
纳米结构的阳极；
被配置为照亮所述阳极的光源；和
氧气能够渗透的阴极。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透析流体是透析液。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是肾脏透析系统。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统是血液滤过系统。


5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统是血液透析系统。


6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统是血液透析滤过系统。


7.根据权利要求1所述的系统，还包括：能够操作地联接到所述阳极和所述阴极的电压源。


8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电压源是便携式的。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透析流体再生系统是便携式的。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透析流体再生系统是能够穿戴的。


11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透析流体再生系统是固定的。


12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极、所述光源和所述氧气能够渗透的阴极是一个透析流体再生隔室的部件，并且其中，所述系统包括多个附加的透析流体再生隔室。


13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阴极是透空气的阴极。


14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述阴极是基于导电布的阴极。


15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述布是铂涂覆的布。


16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述阴极是基于导电纸的阴极。


17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述阴极被配置为电化学分解水。


18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极的纳米材料被配置为当暴露于光时产生光电子或空穴。


19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括发光二极管(LED)的阵列。


20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述LED以二维(2D)阵列布置。


21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述LED在所述阳极的表面处产生小于4mW/cm2的辐照度。


22.根据权利要求19所述的系统，其中，所述LED发射365nm波长的光。


23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括UV源。


24.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括可见光源。


25.根据权利要求18所述的系统，其中，入射光子到光电子的效率为约51％。


26.根据权利要求1所述的系统，其中，所述纳米结构的阳极包括TiO2纳米线。


27.根据权利要求26所述的系统，其中，各纳米线的厚度为约500nm。


28.根据权利要求26所述的系统，其中，所述TiO2纳米线是热液地制备的。


29.根据权利要求26所述的系统，其中，所述纳米线设置在衬底上，并且其中，各所述纳米线分别电联接至承载所述纳米线的衬底。


30.根据权利要求1所述的系统，还包括：尿素浓度为10mM或更小的透析液溶液。


31.根据权利要求1所述的系统，还包括：自由基清除剂，所述自由基清除剂被配置为去除氧化副产物、...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·海因兹，邵国政，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：美国;US