EAGER: MXene Sorbents for Continuous Renal Replacement Therapy

EAGER:用于连续肾脏替代治疗的 MXene 吸附剂

基本信息

  • 批准号:
    2035007
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-15 至 2022-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The COVID-19 pandemic is a major public health crisis affecting millions of individuals, many of whom present with a constellation of symptoms and multiple organ system involvement. Early evidence has suggested that COVID-19 causes direct kidney injury, which is present in approximately 30 to 40% of hospitalized patients. COVID-19 also disproportionately afflicts people with underlying kidney disease. When kidney injury is severe, dialysis treatments are required to remove toxins that build up in the bloodstream. Unfortunately, typical dialysis treatments are resource-intensive and require several hundreds of liters of specialized fluid (dialysate) per treatment. At the height of the pandemic in New York City, reports revealed that supplies of dialysate were dangerously depleted, leading to rationing of dialysis care for hospitalized patients. To address the limitations of the current state-of-the-art dialysis treatment methods, this project will investigate and design novel toxin-removing (sorbent) materials as a potential alternative dialysis technology. The goal is to reduce the amount of fluid necessary for dialysis and advance progress toward in-home or wearable dialysis therapies. The outcome of the research will directly benefit the health and well-being of individuals requiring dialysis as a result of COVID-19-related illness or otherwise. Postdoctoral, graduate, and undergraduate students will participate in conducting the research, gaining technical experience as well as developing professional skills. With support from both the Interfacial Engineering program of the Division of Chemical, Bioengineering, Environmental, and Transport Systems in the Engineering Directorate and the Ceramics program of the Division of Materials Research in the Mathematical and Physical Sciences Directorate, the investigators will examine whether MXenes, 2D materials with unique adsorption properties, can regenerate dialysate by removing toxins that accumulate during kidney failure. The investigators will first test the adsorption properties of biocompatible, titanium-based MXenes and, subsequently, determine the adsorption mechanism and amounts of ions and biomolecules that can be removed from aqueous solutions as a function of uremic toxin concentration. For the most promising MXene, the volume and weight of MXenes required to clear uremic toxins and ions at a specified flow weight will be determined. Finally, the investigators will examine the effect of an applied electric potential on MXene adsorption/desorption of uremic toxins. The goal of the latter objective is to increase adsorption characteristics and regenerate the MXene for re-use, making it an ideal material to address critical dialysate shortages during the COVID-19 pandemic and beyond.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
COVID-19 大流行是一场影响数百万人的重大公共卫生危机,其中许多人出现一系列症状并涉及多个器官系统。早期证据表明,COVID-19 会导致直接肾损伤,约 30% 至 40% 的住院患者会出现这种情况。 COVID-19 也严重影响患有潜在肾脏疾病的人。当肾损伤严重时,需要进行透析治疗以清除血液中积聚的毒素。不幸的是,典型的透析治疗是资源密集型的,并且每次治疗需要数百升的专用液体(透析液)。在纽约市疫情最严重的时候,有报告显示,透析液供应已严重耗尽,导致住院患者的透析护理实行配给。为了解决当前最先进的透析治疗方法的局限性,该项目将研究和设计新型除毒(吸附剂)材料作为潜在的替代透析技术。目标是减少透析所需的液体量,并推动家用或可穿戴式透析治疗的进展。该研究的结果将直接有益于因 COVID-19 相关疾病或其他疾病而需要透析的个人的健康和福祉。博士后、研究生和本科生将参与研究,获得技术经验并发展专业技能。在工程局化学、生物工程、环境和运输系统部界面工程项目以及数学和物理科学局材料研究部陶瓷项目的支持下,研究人员将研究MXenes这种具有独特吸附特性的二维材料是否可以通过去除肾衰竭期间积累的毒素来再生透析液。研究人员将首先测试生物相容性钛基 MXene 的吸附特性,随后确定吸附机制以及可从水溶液中去除的离子和生物分子的数量,作为尿毒症毒素浓度的函数。对于最有前途的 MXene,将确定在指定流量下清除尿毒症毒素和离子所需的 MXene 的体积和重量。最后,研究人员将检查施加的电势对 MXene 吸附/解吸尿毒症毒素的影响。后一个目标的目标是提高吸附特性并再生 MXene 以供重复使用,使其成为解决 COVID-19 大流行期间及之后严重透析液短缺问题的理想材料。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Safe Synthesis of MAX and MXene: Guidelines to Reduce Risk During Synthesis
  • DOI:
    10.1021/acs.chas.1c00051
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    C. Shuck;Kimberly Ventura-Martinez;Adam Goad;Simge Uzun;M. Shekhirev;Y. Gogotsi
  • 通讯作者:
    C. Shuck;Kimberly Ventura-Martinez;Adam Goad;Simge Uzun;M. Shekhirev;Y. Gogotsi
Delamination of MXenes using Bovine Serum Albumin
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Carbide-derived carbon membrane
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