本研究由青岛大学附属医院肾病科的杨成宇（Chengyu Yang）和青岛大学材料科学与工程学院的刁立鹏（Lipeng Diao）作为并列第一作者，由青岛大学的于慧清（Huiqing Yu）、李道浩（Daohao Li）和徐岩（Yan Xu）作为共同通讯作者共同完成。该论文于2024年10月2日在线发表于Heliyon期刊（Heliyon 10 (2024) e38892），论文题目为“源于中草药残渣的介孔活性炭用于进行性慢性肾脏病患者血液灌流清除尿毒症毒素”。

研究背景方面，慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）进展至肾功能衰竭时，肾脏替代治疗（kidney replacement therapy, KRT）是主要的治疗手段。血液灌流（hemoperfusion）作为KRT的重要方式之一，通过吸附剂清除血液中的血清肌酐（serum creatinine, SCr）、中分子及大分子毒素。然而，传统活性炭（traditional activated carbon, TAC）的纳米孔过小，难以高效清除蛋白结合毒素，而聚合物类吸附剂虽然对特定毒素亲和力较好，但其内部孔道可及性受限，功能表面积不足。因此，开发具有更大孔径、更高比表面积且生物相容性良好的新型吸附材料对提高血液灌流效率具有重要意义。中药残渣（Chinese herbal medicine residues, CHMRs）来源广泛且成本低廉，其在煎煮后已形成一定的孔隙结构，是合成活性炭的理想原料。本研究选择槟榔壳作为原材料，通过碳化和活化制备介孔活性炭，并评估其对尿毒症毒素的清除性能及血液相容性。

研究流程方面，首先将槟榔壳生物质原料研磨筛分，分别在400°C和700°C下碳化1小时，随后以1:4的质量比与KOH混合，在800°C下活化0.5小时，经盐酸洗涤和干燥后得到两种材料，分别标记为400/800和700/800。在材料表征阶段，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDS）观察微观形貌和元素分布；采用氮气吸附-脱附法测定比表面积和孔径分布，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）分析材料的表面官能团和晶体结构。结果表明，400/800和700/800均呈现介孔结构，BET比表面积分别为3077.96 m²/g和2667.36 m²/g，孔径主要分布在3~4 nm，大于传统活性炭的2 nm以下孔径。在生物相容性评价中，通过体外溶血实验检测材料对红细胞的破坏程度。在毒素清除实验中，先在磷酸盐缓冲液（PBS）中研究维生素B12（VB12）、酚红（PR）和蛋白结合型酚红（P-PR）的吸附动力学；然后采集3名5期CKD患者的血液样本，检测材料对甲状旁腺激素（PTH）、白细胞介素-6（IL-6）和SCr的清除效率；再通过模拟血液灌流装置考察动态流动条件下材料对PR和IL-6的去除能力；最后在大鼠5/6肾切除CKD模型中开展体内血液灌流，检测SCr水平变化及主要器官的组织学损伤。

主要结果显示，在溶血实验中，400/800和700/800在浓度不超过1.5 mg/mL时溶血率均低于5%，表明其具有良好的血液相容性。在溶液吸附实验中，VB12在4小时内的最大去除率分别达到81%和82%；PR在0.5小时内即被去除约76%和77%，最大去除率分别为78.2%和78.7%；P-PR在4小时内的最大去除率分别为65%和63%。与常用血液灌流吸附剂HA230相比，在相同浓度下所制备材料对PR和P-PR的去除效率显著更高，表明其介孔结构和大比表面积对清除蛋白结合毒素具有优势。在CKD患者血液样本中，400/800和700/800在1小时内分别去除约58%和63%的PTH，3小时时分别达到67%和65%；IL-6在4小时内分别去除52%和50%；SCr在1小时内分别去除约84%和86%，3小时时分别达到87%和90%。XPS分析显示，使用后的材料表面检测到氮元素信号，证实了IL-6和SCr被吸附。在模拟血液灌流实验中，使用700/800的滤器单次循环即可去除约95%的PR，而空白滤器仅去除约5%；同时可去除约45%的IL-6。体内血液灌流实验中，CKD大鼠经15分钟血液灌流后SCr水平显著降低，心、肝、脾、肺的组织学染色均未发现明显损伤，证明该材料在体内应用中安全有效。

结论方面，本研究成功从槟榔壳制备了两种具有介孔结构和高比表面积的活性炭材料400/800和700/800，其孔径和比表面积均优于传统活性炭。这些材料具备良好的血液相容性，能够高效清除溶液中的小分子、中分子及蛋白结合毒素，并在CKD患者血液样本、模拟血液灌流和体内血液灌流中表现出优异的尿毒症毒素清除能力。尤其是400/800对中分子毒素的吸附容量更大，而700/800对小分子毒素的吸附效率更高。研究还发现，所制备材料在体外仅表现出有限的使用时间，在连续血液灌流中需要更大的滤器以支持长期治疗。总体而言，本研究论证了基于槟榔壳的活性炭作为高效血液灌流吸附剂的可行性，为临床血液灌流治疗提供了一类低成本、高性能的新型材料，同时也为中药残渣的资源化利用提供了新的思路。

本研究的亮点在于：利用废弃中药残渣槟榔壳为原料，通过简单的碳化和KOH活化工艺获得了具有高比表面积和介孔结构的活性炭；系统评估了材料对多种不同类型尿毒症毒素（小分子、中分子、蛋白结合毒素）的清除性能；证实了其体外溶血率低、体内组织损伤小，具备良好的生物相容性；并通过模拟血液灌流和体内动物实验验证了材料在动态和实际应用场景中的有效性。研究的局限性在于模拟血液灌流装置中的滤器孔径较小，无法支持更高的流速和更长时间的连续灌流，未来需进一步优化装置设计以推动临床应用转化。