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 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,Ling Miao,Babak Anasori,Yury Gogotsi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 10518-10528 被引量:246
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 Ti3C2Tx, where Tx 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. Ti3C2Tx 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 Ti3C2Tx 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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