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CN106943868B - 针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件及其应用 - Google Patents

针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件及其应用，过滤元件包括安置材料所需的壳体，内部填充的极性碳纤维为载体、人造囊泡生物膜系统为负载体。人造囊泡生物膜系统包括：磷脂双分子层、人造红血球细胞，以及仿生血液；此系统使人造红血球细胞能有效与外部环境进行物质运输、能量交换、信息传递和生化反应,当发生突发性有毒气体环境污染时，此过滤元件可对氰化物、CO等对细胞有剧毒性危害的气体进行有效的吸收过滤，从而减低有毒气体对人体的危害，或为逃离该有毒气体区域的人员争取时间。

Description

针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤 元件及其应用
技术领域
本发明属于人造生物材料技术领域，具体涉及一种用于制备以极性碳纤维为载体、以人造囊泡生物膜系统为负载体的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，应用于对突发性危险剧毒氰化物、CO气体泄露的吸收过滤。
背景技术
氰化物其实是含有氰基一类化学物质的总称，分子化学结构中含有氰根(CN-)的化合物均属于氰化物，与CO结构类似。从结构上看，这个离子是个偶极离子，即有偶极又有负电荷，偶极的负端应在C原子一边，因此在碳原子上的一对孤电子对容易向有空轨道的金属离子配位，是一种很强的配位络合剂。而在有毒气体粉尘中最常见的是氢氰酸、氰化钠和氰化钾。
水体中的氰化物易挥发，污染环境。专利号为CN201110083823.1，文中所述水体中含量达10μg/L氰就不能作为公共水源，30μg/L就会使鱼类中毒，300μg/L就影响水体中水生物、微生物的生存，故环保部门将氰化物列为地面水、工业废水等的必测项目。吸入的空气中氢氰酸浓度达0.5mg/L即可致死，空气中CO达12800ppm时，健康成年人1到3分钟内足以致死。
细胞色素(cytochrome)的特征功能是通过结构中的铁价态的可逆变化而进行电子传递，即Fe3++e-⇌Fe2+，是一类以血红素为辅基的蛋白质。在细胞的呼吸过程中发生营养物的氧化，生物体利用氧化时释放的能量，合成ATP，在此氧化过程中，细胞色素起着电子载体的作用。细胞色素有a、a3、b、c、c1等不同种类。
氰化物和CO等剧毒有害气体，对生命体的细胞具有剧毒性，浓度低时可以通过呼吸道或消化道进入体内，当浓度较高时甚至能通过皮肤吸。氰化物在体内迅速分解游离出氰离子，与细胞色素氧化酶中的三价铁结合生成氰化细胞色素氧化酶，而CO与二价铁结合，两者同时都能使细胞内失去传递氧的作用，导致细胞呼吸作用不能正常进行，使生命体出现中毒症状甚至死亡。因此，中毒体内不是缺少O2，而是O2无法被利用，从而产生所谓的“细胞内窒息”。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单，体积小，便携方便，在剧毒气体侵害人体正细胞前，通过人造红血球细胞先对有毒气体进行了吸收净化，从而保障人员安全的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件。
本发明的另一目的是提供一种针对上述过滤元件的应用。
本发明的技术方案是：针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，包括用于安置材料的壳体，填充在所述壳体内的作为载体的极性碳纤维和作为负载体的人造囊泡生物膜系统，所述壳体上分别设有气体入口和气体出口。
所述壳体为刚性阻燃塑料壳体。
所述极性碳纤维为具有多孔性且粒度范围小于100mm的碳纤维，所述极性碳纤维上的人造囊泡生物膜系统负载均匀分布。
所述人造囊泡生物膜系统包括磷脂双分子层、人造红血球细胞，以及仿生血液，所述磷脂双分子层内包裹有仿生血液，所述人造红血球细胞位于仿生血液内及嵌在磷脂双分子层上。
所述极性碳纤维厚度为30cm，人造囊泡生物膜系统负载量为0.1g/mL到1.2g/mL。
所述突发性有毒气体包括突发性氰化物、CO气体。
所述过滤原件应用于对突发性危险剧毒氰化物和CO气体泄露的吸收过滤。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：此系统使人造红血球细胞能有效与外部环境进行物质运输、能量交换、信息传递和生化反应。给人造红血球细胞提供了一个相对稳定的内环境，而且细胞的许多化学反应都在生物膜内或表面才能得以进行。当发生突发性有毒气体环境污染时，此过滤元件可对氰化物、CO等对细胞有剧毒性危害的气体进行有效的吸收过滤，从而减低有毒气体氛围对人体的危害，为逃离该有毒气体区域的人员争取时间。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明人造囊泡生物膜系统的示意图。
其中，1为壳体；2为极性碳纤维；3为人造囊泡生物膜系统；4为磷脂双分子层；5为人造红血球细胞；6为仿生血液；7为气体入口；8为气体出口。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术内容，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参见图1，针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，包括用于安置材料的壳体1，壳体1为刚性阻燃塑料壳体。填充在壳体1内的作为载体的极性碳纤维2和作为负载体的人造囊泡生物膜系统3。壳体1上分别设有气体入口7和气体出口8，突发性有毒气体氰化物和CO等通过气体入口7进入壳体1内吸附后，最终通过气体出口8排出。
极性碳纤维2为具有多孔性且粒度范围小于100mm的碳纤维，极性碳纤维2上的人造囊泡生物膜系统3负载均匀分布，不会阻挡气体的正常流通，但对各类污染物具有较好的吸附能力，同时作为人造囊泡生物系统3的固定载体，使人造囊泡生物系统3负载分布均匀。
如图2所示，人造囊泡生物膜系统包括磷脂双分子层4、人造红血球细胞5，以及仿生血液6，磷脂双分子层4内包裹有仿生血液6，人造红血球细胞5位于仿生血液内及嵌在磷脂双分子层7上。磷脂双分子层4有高的生物相溶性，包裹仿生血液6，使人造红血球细胞5具有一个相对稳定的内环境，同时为人造红血球细胞5提供大量的内外附着位点，使得生化吸收反应能够迅速有序的进行。人造红血球细胞5对于氰化物、CO等有害剧毒气体有强的生化吸收反应，起到了过滤除毒的效果。
其中，突发性有毒气体包括突发性氰化物、CO气体。此过滤原件应用于对突发性危险剧毒氰化物和CO气体泄露的吸收过滤。
在本发明中，极性碳纤维2作为内充填料，不仅仅起到包载的作用，因为其具有较高的比表面积、较窄的孔径分布和较好的吸附截留效果，不但能截留空气中的粉尘颗粒，而且对各种污染物均有具好的吸附力，为人造囊泡生物膜系统3吸收净化有毒物质提供了基础，极性碳纤维2的厚度、大小在本发明中并无特殊限制，具体根据设置壳体内容所定。
在本发明中，人造囊泡生物膜系统负载球极性碳纤维的孔结构中，也可以用特殊方法把其置于极性碳纤维表面。该系统对于吸附于极性碳纤维上的有毒物质进行吸收净化。人造红血球在仿生环境条件下具有相当高的活性，在磷脂双分子层表面和内部对有毒物的生化吸收都能快速反应，从而达到了气体净化的效果。
在本发明中，该过滤元件针对的是突发性的剧毒性气体氰化物、CO的泄露，采用如图1所示的元件，其中极性碳纤维厚度为30cm，人造囊泡生物膜系统负载量为0.1g/mL到1.2g/mL，按人体呼吸速度通入含有毒空气（氢氰酸和CO浓度各为0.5mg/L），在8秒内能有效去除这类剧毒物质，为操作人员逃离现场争取了宝贵的时间。
虽然通过说明以及具体实施方式描述了本发明公开内容，但是应该理解，上述说明和实施例是非限制性的，仅仅起到说明而已，对本领域技术人员而言，可以作出许多其它的修改、润饰和安排而不偏离本发明创新精神的，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，其特征在于：包括用于安置材料的壳体，填充在所述壳体内的作为载体的极性碳纤维和作为负载体的人造囊泡生物膜系统，所述壳体上分别设有气体入口和气体出口，所述人造囊泡生物膜系统包括磷脂双分子层、人造红血球细胞，以及仿生血液，所述磷脂双分子层内包裹有仿生血液，所述人造红血球细胞位于仿生血液内及嵌在磷脂双分子层上。
2.根据权利要求1所述的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，其特征在于：所述壳体为刚性阻燃塑料壳体。
3.根据权利要求1所述的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，其特征在于：所述极性碳纤维为具有多孔性且粒度范围小于100mm的碳纤维，所述极性碳纤维上的人造囊泡生物膜系统负载均匀分布。
4.根据权利要求1所述的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，其特征在于：所述极性碳纤维厚度为30cm，人造囊泡生物膜系统负载量为0.1g/mL到1.2g/mL。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件，其特征在于：所述突发性有毒气体包括突发性氰化物、CO气体。
6.根据权利要求1所述的针对突发性有毒气体泄露的包载人造红血球极性碳纤维过滤元件的应用，其特征在于：所述过滤原件应用于对突发性危险剧毒氰化物和CO气体泄露的吸收过滤。
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