肾功能衰竭以及由肾病引起的尿毒症已经成为全世界都非常普遍的危重疾病。传统的血液透析方式,存在着血液中毒素中分子透析不充分的问题,同时由透析引起的并发症也难以避免。“每日透析”理念的提出和生物人工肾的进展,能够更好地模拟人体肾脏的功能,真正接近完全的肾脏替代治疗方式。可移动式小型人工肾的研制基于“每日透析”的理念,利用“灌注-超滤”的工作原理来提高毒素中分子的清除能力;同时,超滤的透析方式和置换液提前配置的方法,大大节省了传统血液透析机的耗水量,也间接减小了整机的重量,真正有望实现便携式,从而使透析面向家庭、面向社区。基于各生物传感器的调节和电子天平的质量反馈控制,能够根据超滤出的废液准确地向血液中补偿所需的置换液量。此外,生物人工肾是未来人工肾发展的一大趋势,将透析器和细胞组织结合,可使只依靠物理方式去除毒素的透析器,具备新陈代谢和内分泌的功能。然而,研制生物人工肾不可避免的肾脏细胞低温保存问题亟需进一步的研究,其最优化的保存方式亟待提出。本文在可移动式小型人工肾样机的研制,及其性能验证试验上做了大量的工作;此外,还对未来研制生物人工肾所需的肾脏细胞低温保存问题进行了深入的探索。具体研究内容和成果如下:(1)研制了基于“灌注-超滤”原理的可移动式小型人工肾原理样机和技术验证样机,包括其相应的硬件和软件系统。硬件系统基于C8051F系列单片机,同时包含其与电子天平、血液检测传感器的串口通信,空气检测传感器的通信,及对泵和阀门的控制,触摸显示屏除显示功能外还可进行简单的功能选择操作,便于透析流程的控制。软件系统在Silicon IDE集成开发环境下完成,主要功能包括主从单片机之间的SPI通讯和数据交换,主单片机和各部分传感器、蠕动泵、液晶屏模块等的通信,以及整个透析过程的控制、报警等功能。(2)成功地开展对自行研制的可移动式小型人工肾样机的全面生化检测实验,包括模拟血液实验和离体猪血实验。模拟血液实验,包括二甲基亚砜(DMSO)清除实验和尿素清除实验,通过对透析过程中DMSO/尿素与生理盐水的混合溶液的渗透压检测,可以获得相应的杂质清除效率,并进行透析充分性评价,同时可以检验样机运行的稳定性和鲁棒性。离体猪血实验是在模拟血液实验的基础上,综合考虑血液的溶血、凝血和管路内部压力等条件,在对血液细胞造成尽可能小的损伤的前提下完成实验,对透析器的选择和管路设计提出了新的要求。(3)探索并获得研制生物人工肾系统所需的人胚肾细胞(HEK293T)的低温保存参数,并给出相应的最优化降温速率预测。运用低温显微镜技术,对人胚肾细胞进行了慢速、快速降温速率下的细胞生物物理学参数(水传输参数(Lpg,ELp or Lpg[cpa],ELp[cpa])和胞内冰成核参数(Ω0SCN,K0SCN))的拟合测定,并根据GOCRE方程预测了人胚肾细胞的最优化降温速率,从而为进一步优化该细胞的保存程序提供了关键的数据依据。