(57)【要約】  水溶液から尿素を分離するグラフェン系材料が提供される。グラフェン系材料としては、グラフェン凝集体、及びグラフェン酸化物が挙げられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素を含む流体をグラフェン系材料粒子の塊と接触させること；
尿素の少なくとも一部をグラフェン系材料粒子中又はその上に吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体中の尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり２５ｍｇ超である、方法。
【請求項２】
流体が、水性流体、水、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、生物学的ろ液、限外ろ過液、透析液、細胞外液、細胞内液、間質液、リンパ液、細胞間液、尿、尿由来の流体、農業排水、及び下水の少なくとも１種から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
グラフェン系材料／尿素複合体と結び付いた尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり５０超、１００超、２５０超、５００超、又は７００ｍｇ超である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
流体中の尿素の濃度が、１０、２５、５０、７５、９０、９９、９９．９、９９．９９、９９．９９９、９９．９９９９又は９９．９９９９９質量パーセント超低減される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
流体中のグラフェン系材料粒子のサスペンションを撹拌すること（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）、撹拌すること（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）、振動させること、超音波処理すること、流すこと、冷却すること、及び／又は加熱することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
グラフェン系材料粒子を含むベッドを通して流体を流すことを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
グラフェン系材料が、２０：１〜１．５：１、１０：１〜１．５：１、５：１〜１．５：１、３：１〜１．５：１、２：１〜１．５：１、１０：１〜２：１、又は５：１〜２：１の炭素：酸素の原子比を有するグラフェン酸化物である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
グラフェン系材料がグラフェン凝集体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
グラフェン系材料、活性炭、及び／又は改質活性炭により、流体の少なくとも１種の非尿素成分を除去することを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
グラフェン系材料粒子と、グラフェン系材料に吸着した尿素とを含み、尿素：グラフェン系材料の質量比が１：１０より大きい、組成物。
【請求項１１】
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体又はグラフェン系材料酸化物である、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
組成物中の窒素含有量の９０％超が尿素の形態である、請求項１０又は１１に記載の組成物。
【請求項１３】
活性炭又は改質活性炭をさらに含む、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１４】
尿素が、ダイマー、トリマー、又はｎマー（ｎは４〜５０である。）の形態の水素結合した尿素凝集体を含む、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１５】
尿素を含む透析液をグラフェン系材料と接触させること；
グラフェン系材料上又はグラフェン系材料中に尿素の少なくとも一部を吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を形成すること；
透析液中の尿素の濃度を２５％超低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体が、少なくとも１０質量％の尿素を含む、方法。
【請求項１６】
透析液を活性炭と接触させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
透析液をグラフェン系材料と接触させることが、透析液中にグラフェン系材料粒子を分散させること、グラフェン系材料粒子を含むベッドに透析液を通すこと、グラフェン系材料を含むメンブレンに透析液を通すこと、及びグラフェン系材料を含むカラムに透析液を通すことから選択される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体又はグラフェン酸化物である、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
グラフェン系材料／尿素複合体の少なくとも一部が、インターカレーションにより形成される、請求項１〜９、及び１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
グラフェン系材料／尿素複合体から尿素を除去することをさらに含む、請求項１〜９及び１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
方法が、腎機能障害を示す患者の１つ又はそれより多くの組織由来の流体を精製するのに用いられる、請求項１〜９及び１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
組織が血液である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
吸着させることが、０℃〜５０℃、２３℃〜３７℃、及び／又は４〜８のｐＨにて起こる、請求項１〜９及び１５〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
グラフェン系材料を殺菌することを含む、請求項１〜９及び１５〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
グラフェン系材料を含む透析カートリッジ。
【請求項２６】
活性炭を含む、請求項２５に記載の透析カートリッジ。
【請求項２７】
グラフェン系材料／尿素複合体を含む、請求項２５又は２６に記載の透析カートリッジ。
【請求項２８】
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体、及び／又はグラフェン酸化物である、請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の透析カートリッジ。
【請求項２９】
カートリッジが、流体からの高分子量成分をろ過することができるフィルターを含み、該フィルターがグラフェン系材料を含む、請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の透析カートリッジ。
【請求項３０】
尿素を含む流体を２〜１５Åの層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させること；
インターカレーションホスト中、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて、挿入複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、
挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００又は７００ｍｇ超である、方法。
【請求項３１】
尿素を含む流体を尿素分子のサイズと等しい（±２０％）層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させること；
インターカレーションホスト中、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて、挿入複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００、又は７００ｍｇ超である、方法。
【請求項３２】
インターカレーションホストが、２〜６Åの層間間隔を有する、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
インターカレーションホストが、グラフェン、グラフェン酸化物、グラファイト酸化物、又はこれらの混合物から選択される、請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
インターカレーションホストが、２６００ｍ2／ｇ超、１３００ｍ2／ｇ超、８５０ｍ2／ｇ超、６５０ｍ2／ｇ超、５３０ｍ2／ｇ超、又は４４０ｍ2／ｇ超の窒素ＢＥＴ表面積、及び水銀ポロシメトリー若しくは窒素脱着を用いて測定される、０．０１ｃｍ3／ｇ未満、０．１ｃｍ3／ｇ未満、０．５ｃｍ3／ｇ未満、１．０ｃｍ3／ｇ未満、又は２．０ｃｍ3／ｇ未満の１ｎｍ超の細孔の全細孔体積を有する、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
インターカレーションホストが、２〜１５Å、４〜１２Å、７〜１１Å、８〜１１Å、８〜１０Å、６〜９Å、５〜８Å、４〜８Å、２〜８Å、２〜６Å、３〜６Å、８〜１２Å、９〜１２Å、又は１０〜１４Åの層間間隔を有する、請求項３０〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
インターカレーションホストが、ｓｐ2混成炭素原子を含むか、又は本質的にこれからなる、１つ又はそれより多くの平坦な層である、請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
尿素が、ＧＭ又はインターカレーションホストの剥離を生じさせる、請求項１〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
グラフェン系材料を含み、尿素を含む流体を受容するように構成されたデバイス。
【請求項３９】
吸着中の流体の温度が、０℃〜５０℃、１０℃〜４０℃、２０℃〜４０℃、３０℃〜４０℃、４０℃未満、３０℃未満、２０℃未満、１０℃未満、０℃超、１０℃超、２０℃超、又は３０℃超である、請求項１〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
吸着中の流体のｐＨが、３〜１０、４〜１０、５〜１０、５〜９、６〜９、６〜８、７〜８、９未満、８未満、７未満、６未満、３超、５超、７超、又は８超である、請求項１〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
流体が、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、透析液、透析由来流体、血液透析液、腹膜透析液、プラスマフェレーシス由来流体、透析ろ過由来流体、限外ろ過由来流体、ろ過由来流体、拡散系プロセスにより生じた流体、対流系プロセスにより生じた流体、層流下のプロセスにより生じた流体、乱流下のプロセスにより生じた流体、又はこれらの任意の組み合わせの少なくとも１種、又はその混合物を含む、請求項１〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
ＧＭ又はインターカレーションホストが尿素を吸着し、水を通過させつつ、より大きい材料を物理的に排除する、請求項１〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
流体が患者に戻される、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
プロセスが、透析が必要な患者の血液を処理することを含む、請求項１〜４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
プロセスが、腎疾患又は腎不全の症状を示す患者と関連した流体を処理することを含む、請求項１〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
方法が、腎疾患又は腎不全の兆候を示す患者の血液中の尿素の濃度を低減する、請求項１〜４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
流体が、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、及びヘマトクリットの少なくとも１種又はその混合物を含む、請求項１〜４６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４８】
流体が透析液を含む、請求項１〜４７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４９】
尿素を含む雰囲気にグラフェン系材料吸着剤を曝露すること；
ＧＭ吸着剤中又はその上に尿素を吸着させること；及び
雰囲気中の尿素の濃度を低減することを含む、方法。
【請求項５０】
少なくとも１０質量％の尿素を含む、グラフェン系材料／尿素複合体。
【請求項５１】
請求項５０に記載の複合体に尿素を吸着させること、及び／又はそれから尿素を脱着することを含む、尿素の保存方法。
【請求項５２】
多層グラフェン系材料を尿素と接触させること；
グラフェン系材料中の隣接する層の間に尿素を挿入すること；及び
グラフェン系材料を剥離することを含む、グラフェン系材料を剥離する方法。
【請求項５３】
剥離することが、尿素以外の任意の剥離剤なしで起こる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
グラフェン系材料を、水性系において尿素と接触させる、請求項５２又は５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野
本開示は、水溶液から尿素を除去する方法及び材料に関し、特に、生体液から尿素を除去するのに有用なグラフェン系材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
尿素は、その極性及び水素結合形成に関与する能力のために、水（＞４００ｍｇ／ｍｌ）、並びにメタノール、エタノール、及びグリセロール等のプロトン性有機溶媒に大いに溶解する、小さく、高度に極性の分子である。生化学において尿素の役割が必須である一方、それは、肥料のための窒素源、及びポリマー前駆体としてなど、工業的に重要な分子であり、尿素を流体溶液から除去することが重要であることが多い。
【発明の概要】
【０００３】
１つの側面において、尿素を含む流体をグラフェン系材料粒子の塊と接触させることと、グラフェン系材料粒子中に、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を製造することと、流体中の尿素の濃度を低減することとを含み、グラフェン系材料／尿素複合体中の尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり２５ｍｇ超である、方法が提供される。流体は、水性流体、水、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、抗凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、生物学的ろ液、限外ろ過液、透析液、細胞外液、細胞内液、間質液、リンパ液、細胞間液、尿及び尿由来の流体の少なくとも１種から選択することができる。グラフェン系材料／尿素複合体と結びつく尿素の量は、グラフェン系材料のグラム当たり５０超、１００超、２５０超、５００超、又は７００ｍｇ超であることができる。幾つかの場合において、流体中の尿素の濃度は、１０、２５、５０、７５、９０、９９、９９．９、９９．９９、９９．９９９、９９．９９９９又は９９．９９９９９質量パーセント超低減される。方法は、流体中のグラフェン系材料粒子のサスペンションを撹拌すること（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）、撹拌すること（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）、振動させること、超音波処理すること、流すこと、冷却すること、及び／又は加熱することを含むことができる。方法は、グラフェン系材料粒子を含むベッドを通して流体を流すことを含むことができる。グラフェン系材料は、２０：１〜１．５：１、１０：１〜１．５：１、５：１〜１．５：１、３：１〜１．５：１、２：１〜１．５：１、１０：１〜２：１又は５：１〜２：１の炭素と酸素との原子比を有するグラフェン酸化物であることができる。グラフェン系材料は、グラフェン凝集体であることができる。方法は、グラフェン系材料、活性炭、及び／又は改質活性炭により、流体の少なくとも１種の非尿素成分を除去することを含むことができる。
【０００４】
別の側面において、尿素を含む透析液をグラフェン系材料を接触させることと、尿素の少なくとも一部をグラフェン系材料上又はグラフェン系材料中に吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を形成することと、透析液中の尿素の濃度を２５％超低減することとを含み、グラフェン系材料／尿素複合体が、少なくとも１０質量％の尿素を含む、方法が提供される。方法は、透析液を活性炭又はグラフェン系材料と接触させることも含むことができ、接触させる方法は、透析液中にグラフェン系材料粒子を分散させること、グラフェン系材料粒子を含むベッドに透析液を通すこと、グラフェン系材料を含むメンブレンに透析液を通すこと、及びグラフェン系材料を含むカラムに透析液を通すことから選択することができる。グラフェン系材料は、グラフェン凝集体又はグラフェン酸化物であることができ、グラフェン系材料／尿素複合体の少なくとも一部は、インターカレーションにより形成することができる。方法は、グラフェン系材料／尿素複合体から尿素を除去することをさらに含むことができ、腎機能障害を示す患者の１つ又はそれより多くの組織由来の流体を精製するのに用いることができる。組織は、血液であることができ、吸着させることは、０〜５０℃、２３〜３７℃、及び／又は４〜８のｐＨにて起こることができる。方法は、グラフェン系材料を殺菌することを含むことができる。
【０００５】
別の側面において、尿素を含む流体を、２〜１５Åの層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させることと、インターカレーションホスト中に、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて挿入複合体を製造することと、流体中の尿素の濃度を低減することとを含み、挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００、又は７００ｍｇ超である、方法が提供される。
【０００６】
別の側面において、尿素を含む流体を、尿素分子のサイズと等しい（±１０％、２０％、３０％又は４０％）層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させることと、インターカレーションホスト中、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて挿入複合体を製造することと、流体中の尿素の濃度を低減することとを含み、挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００、又は７００ｍｇ超である、方法が提供される。インターカレーションホストは、２〜６Åの層間間隔を有することができ、グラフェン、グラフェン酸化物、グラファイト酸化物又はこれらの混合物から選択されることができる。インターカレーションホストは、２６００ｍ2／ｇ超、１３００ｍ2／ｇ超、８５０ｍ2／ｇ超、６５０ｍ2／ｇ超、５３０ｍ2／ｇ超、又は４４０ｍ2／ｇ超の窒素ＢＥＴ表面積、及び水銀ポロシメトリー又は窒素脱着により測定される、０．０１ｃｍ3／ｇ未満、０．１ｃｍ3／ｇ未満、０．５ｃｍ3／ｇ未満、１．０ｃｍ3／ｇ未満、又は２．０ｃｍ3／ｇ未満の１ｎｍ超のサイズの細孔の全細孔体積を有することができる。インターカレーションホストは、２〜１５Å、４〜１２Å、７〜１１Å、８〜１１Å、８〜１０Å、６〜９Å、５〜８Å、４〜８Å、２〜８Å、２〜６Å、３〜６Å、８〜１２Å、９〜１２Å、又は１０〜１４Åの層間間隔を有することができ、ｓｐ2混成炭素原子を含むか、又は本質的にこれからなる１つ又はそれより多くの平坦な層であることができる。
【０００７】
本開示の方法に適用可能な吸着中の流体の温度は、０℃〜５０℃、１０℃〜４０℃、２０℃〜４０℃、３０℃〜４０℃、４０℃未満、３０℃未満、２０℃未満、１０℃未満、０℃超、１０℃超、２０℃超、又は３０℃超であることができる。吸着中の流体のｐＨは、３〜１０、４〜１０、５〜１０、５〜９、６〜９、６〜８、７〜８、９未満、８未満、７未満、６未満、３超、５超、７超、又は８超である。流体は、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、抗凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、透析液、透析由来流体、血液透析液、腹膜透析液、プラスマフェレーシス由来流体、透析ろ過由来流体、限外ろ過由来流体、ろ過由来流体、拡散系プロセスにより生成した流体、対流系プロセスにより生成した流体、層流下のプロセスにより生成した流体、乱流下のプロセスにより生成した流体、又はこれらの任意の組み合わせの少なくとも１種又は混合物を含むことができる。グラフェン系材料（ＧＭ）、又はインターカレーションホストは尿素を吸着することができ、水の通過を許容しつつ、より大きい物質を物理的に排除することができる。流体は、患者に戻すことができ、方法は、透析を必要とする患者の血液を処理することを含むことができる。処理された流体は、腎疾患又は腎不全の症状を示す患者と結びつけることができ、方法は、腎疾患又は腎不全の兆候を示す患者の血液中の尿素の濃度を低減することができる。流体は、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、抗凝固血液、遠心分離された血液及びヘマトクリットの少なくとも１種又は混合物を含むことができる。幾つかの場合において、流体は透析液を含む。
【０００８】
別の側面において、グラフェン系材料粒子と、グラフェン系材料に吸着した尿素とを含み、尿素とグラフェン系材料との質量比が１：１０より大きい組成物が提供される。グラフェン系材料は、グラフェン凝集体又はグラフェン系材料酸化物を含むことができ、組成物中の窒素含有量の９０％超は、尿素の形態であることができる。組成物は、活性炭又は改質活性炭も含むことができる。尿素は、ダイマー、トリマー、又はｎマー（ｎは４〜５０である。）の形態の水素結合した尿素凝集体を含むことができる。
【０００９】
別の側面において、尿素を含む流体を受容するように構成された、グラフェン系材料を含むデバイスが提供される。デバイスは、透析カートリッジであることができる。カートリッジは、活性炭を含むこともでき、また、グラフェン系材料／尿素複合体を含むことができる。グラフェン系材料は、グラフェン凝集体、及び／又はグラフェン酸化物を含むことができる。透析カートリッジは、流体からの高分子量成分をろ過することができるフィルターを含むことができ、フィルターは、グラフェン系材料を含むことができる。
【００１０】
別の側面において、少なくとも１０質量％の尿素を含むグラフェン系材料／尿素複合体が提供される。グラフェン系材料／尿素複合体は、尿素を複合体に、又は複合体から吸着し、及び／又は脱着することにより、尿素を保存するのに用いることができる。
【００１１】
別の側面において、グラフェン系材料吸着剤を尿素を含む雰囲気に曝露することと、ＧＭ吸着剤中、又はその上に尿素を吸着させることと、雰囲気中の尿素の濃度を低減することとを含む方法が提供される。
【００１２】
別の側面において、多層グラフェン系材料を尿素と接触させることと、グラフェン系材料中の隣接した層の間に尿素を挿入することと、グラフェン系材料を剥離することとを含む方法が提供される。剥離することは、尿素以外の任意の剥離剤なしで起こることができる。グラフェン系材料は、水性系において尿素と接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、グラフェン酸化物シートの実施態様の化学構造及び結合した官能基を与える。
【図２】図２は、グラフェン酸化物と水との間で生じることができる水素結合を示す。
【図３】図３は、グラファイト酸化物の例の熱重量及び示差走査熱重量分析を示すグラフである。
【図４】図４は、ｐＨ３の剥離グラフェン酸化物の実施態様のＴＥＭ像の写真複写である。
【図５】図５は、ｐＨ９の剥離グラフェン酸化物の実施態様のＴＥＭ像の写真複写である。
【図６】図６は、任意の尿素分解生成物がないことを示すプロトンＮＭＲ実験結果を与える。
【図７】図７は、任意の尿素分解生成物がないことを示すカーボンＮＭＲ実験結果を与える。
【図８】図８は、尿素がグラフェン系材料から脱着することができることを示す、２つの異なる実験用の尿素溶液のＵＶ‐ｖｉｓ結果を与える。
【図９】図９は、種々の活性炭及びグラフェン酸化物の実施態様に関する、窒素ＢＥＴ表面積対吸着剤のグラム当たりに結合した尿素のｍｇのプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１つの側面において、グラフェン系材料は、血漿等の水性流体から尿素を分離するのに用いられる。尿素は、グラフェン系材料ホストによるインターカレーションを介して流体から分離されると考えられる。本開示で用いられる「グラフェン系材料（ＧＭ）」は、２次元（２‐Ｄ）炭素材料であり、以下に制限されないが、グラフェン、単層グラフェン、多層グラフェン、グラフェン凝集体、グラフェン酸化物、グラファイト酸化物、還元グラフェン酸化物、還元グラファイト酸化物、及び膨張グラファイトが挙げられる。ＧＭは、２‐Ｄ材料から全て又は一部が製造された、あらゆる３次元（３‐Ｄ）材料も含む。それは、「Ａｌｌ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｆａｍｉｌｙ‐Ａ  ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｔｗｏ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｃａｒｂｏｎ６５（２０１３）、１‐６に記載のあらゆるｓｐ2混成炭素材料も意味する。
【００１５】
尿素（ＣＨ4Ｎ2Ｏ）を含む流体は、例えば流体中にグラフェン系材料を分散又は懸濁させること、グラフェン系材料を含むベッドに流体を通すこと、又はグラフェン系材料によりコーティングされたチューブに流体を通すことを含むさまざまな方法でグラフェン系材料と接触させることができる。本開示で用いられる水性流体は、一次液体担体が水である流体である。例えば、２５℃及び環境圧力、全溶解及び未溶解固形物の除去後の水性流体の液体部分は、５０質量％超の水であり、幾つかの実施態様において、７５質量％超、９０質量％超、９５質量％超、９９質量％超、又は９９．９質量％超の水である。グラフェン系材料は、モノリスの緩い粒状形態であることができ、又は基材に固定されることができる。グラフェン系材料は、他の粒子、又はカーボンブラック、活性炭又は指標化合物等の組成物と結びつくこともできる。ＧＭ吸着剤を用いることにより、血液等の生体液中の尿素の濃度（ｍｇ／Ｌ）を、例えば５０％超、７５％超、９０％超、又は９５％超低減することができる。同じ流体は、流体のリットル当たり０．５未満、０．１未満、又は０．０１ｇ未満の尿素に低減された尿素濃度を有することができる。非生体液、例えば精製水において、ＧＭ吸着剤は、例えば１００万分の１レベル、又は１０億分の１レベル、又は１兆分の１レベルに尿素濃度を低減することができる。多くの例において、グラフェン系材料は、１００ｍｇ尿素／グラフェン系材料のｇ超、２００ｍｇ尿素／グラフェン系材料のｇ超、５００ｍｇ尿素／グラフェン系材料のｇ超、又は７００ｍｇ尿素／グラフェン系材料のｇ超にて尿素を吸着することができる（グラフェン系材料のｇ当たりのｍｇ尿素）。グラフェン系材料は、流体からの追加の構成要素の除去に有用であることができる他の材料と組み合わせて用いることができる。例えば、グラフェン系材料は、多くの望ましくない材料を血液から除去する活性炭と組み合わせて用いることができる。幾つかの場合において、ＧＭ及び活性炭(又は材料を精製するその他）による処理は、流体が材料の１種により第一に処理され、次いで他のものにより処理される順番であることができる。他の場合において、グラフェン系材料及び活性炭は、異なる処理が１つの場所にて同時に起こるように、混合され（ｍｉｘｅｄ）、又は混合される（ｃｏｍｉｎｇｌｅｄ）ことができる。ある量の尿素の吸着の後に、幾つかのＧＭ／尿素複合体は、複合体から尿素の幾らか又は全てを除去することにより再チャージすることができる。幾つかの実施態様において、これらの再チャージされた材料は再使用することができる。特定のＧＭ／尿素複合体としては、グラフェン／尿素、酸化グラフェン／尿素及び酸化グラファイト／尿素を挙げることができる。これらの複合体は、流体から吸着された他の化合物を含むことができるが、幾つかの場合において、尿素は、尿素及び他の材料を含む流体から吸着される、唯一ではないが、一次化合物である。幾つかの場合において、ＧＭ／尿素複合体は、１０質量％未満、５質量％未満、１質量％未満、又は０．１質量％未満のＧＭ及び尿素以外の化合物を含むことができる。他の実施態様において、追加の材料が吸着されることができ、ＧＭ／尿素複合体の０．１質量％超、１質量％超、５質量％超、又は１０質量％超を構成することができる。
【００１６】
血液からの尿素の除去は、腎臓の基本的な役割の１つである。末期の腎不全の場合において、腎機能は、無効にされるか、又は完全になくなり、外的手段が、血液中のより低い尿素濃度に要求される。慢性腎疾患及び／又は末期の腎疾患、及び／又は一時的に若しくは恒久的に機能しない腎臓を有し、処理が必要な係る患者において、尿素濃度は非常に高い可能性があり（ミリモル濃度に達する）、１日の間で最大２５グラムの尿素を１つ又は別の手段により血液循環から除去しなければならない。他の場合において、約１グラムの尿素、又は２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３又は２４グラム以上の尿素が、患者当たり１日当たり除去される。腎不全を有する患者における尿素除去の一次的方法は、血液透析又は腹膜透析を介した透析である。血液から尿素を効率的に除去することができるポータブル又はウェアラブル人工腎臓は、現状の方法に対する大きな進歩であろう。
【００１７】
超純水を必要とする産業（例えば半導体ウェハ作製及び薬剤）では、数１０億分の１の尿素濃度でさえ高いと考えられる。したがって、方法は、既に高度に精製された水から存在する痕跡量の尿素を除去するために発展してきた。これらの方法の多くは、導入し、維持することがコスト高であり、本開示に開示された材料及び方法は、典型的に精製水中に残っている痕跡量の尿素のより効率的で効果的な除去を与えることができる。
【００１８】
尿素は、主として廃棄物であるものの、窒素源としての価値を有する。例えば、窒素肥料は世界中で用いられている。尿中の尿素の高い窒素含有量（質量基準で４６％）は、それを肥料の潜在源として魅力的にし、幾つかの場合において、本開示に開示されたグラフェン系材料は、動物の尿から尿素を分離する経済的な方法を提供することができる。これらのグラフェン系材料を用いた尿からの尿素の除去は、水に乏しい宇宙空間等の応用において清浄水源を提供することもできる。
【００１９】
尿素自体が無臭である一方、それは尿中の酵素と反応して臭気のある化合物を形成する。尿素、特に動物の尿からの尿素の分離は、酵素活性部位に利用できないようにすることにより、ペット又は家畜の尿からの臭気を低減することができる。
【００２０】
尿素の分離に加えて、本開示に記載のＧＭの幾つかの実施態様は、ある環境における尿素の制御された放出を提供するのに用いることができる。例えば、尿素が重要な窒素源である農業において、長期間に亘って材料を放出する必要がある。
【００２１】
本開示に記載の材料は、セシウム等の金属イオンの回収にも有用であることができる。幾つかの場合において、尿素の含有は、ＧＭ中に挿入された金属イオンの量を向上させることができる。
【００２２】
幾つかの実施態様において、グラフェン系材料における尿素のインターカレーションは、典型的に剥離に要求される厳しい化学条件なしで、材料の剥離をもたらすことを助けることができる。例えば、尿素は、層状グラフェン、グラフェン酸化物、還元グラファイト酸化物、グラフェン凝集体、又は部分的に剥離したグラファイトに挿入されて、これらの材料の剥離及び処理を助けることができる。
【００２３】
グラフェン系材料における尿素のインターカレーションは、レオロジー又は伝導度等の材料特性の改質も助けることができる。剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）又は剥離（ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ）により、これらの材料は増加した粘度又は低減した伝導度を示す場合がある。代替的に、グラフェン系材料における尿素インターカレーションは、材料の特性を調節するのを助けることができ、例えば、増加した若しくは低減した伝導度、又は増加した若しくは低減した粘度をもたらす場合がある。
【００２４】
グラフェン、酸化グラフェン、及び酸化グラファイトを含む本開示に記載のＧＭは、１原子厚さであるカーボンシートで構成されることができる。結果として、これらの材料は、非常に高いアスペクト比を有し、ＧＭの長さと厚さのアスペクト比は、１００超、１０００超、又は１００００超であることができる。
【００２５】
尿素除去の方法
溶液から尿素を除去する最もよく知られている方法は、尿素分子自体の分離ではなく、尿素の化学的変化又は破壊を含む。例えば、酵素ウレアーゼは、以下のように、触媒的に尿素をアンモニア（アンモニウムイオン）に分解する：
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋２ＮＨ3
【００２６】
同様に、Ｎｉ2+配位錯体系等の遷移金属触媒も尿素と反応することができる。
【００２７】
尿素は、幾つかの条件下で電気化学的に酸化されることができ、生成物はウレアーゼの作用により生じるものと同じ、すなわち二酸化炭素及びアンモニアである。尿素は、典型的に化学的又はＵＶ又は組み合わせの処理を含む、いわゆる進歩した酸化方法を用いて水から除去することができる。
【００２８】
アンモニアへの触媒的分解、不完全な電気化学的酸化、及び進歩した酸化方法等の尿素破壊の知られている方法は、典型的に除去されなければならない水中のアンモニウムイオン等の非ガス状生成物を製造する。
【００２９】
グラファイトは、ファン・デア・ワールス力により積層され、結びつけられたｓｐ2混成炭素原子の層からなる炭素の同素体である。その異方性のために、炭素のこの形態は、多くの使用が見出されている。グラファイトを形成する六角形に充填された炭素原子の単層は、グラフェンとして知られている。数層のグラファイト（ＦＬＧ）又はグラフェン系材料に基づく材料は、特性の独特な組合せを提供する。グラフェン及びグラファイトは、酸化されて、グラファイト酸化物及びグラフェン酸化物（積層された際にグラファイト酸化物を形成する単層）等の材料を生成することができる。グラファイト酸化物及びグラフェン酸化物は酸素原子を含み、典型的には１．５超の酸素に対する炭素の原子比を有する。幾つかの実施態様において、グラフェン酸化物又はグラファイト酸化物吸着剤は、少なくとも約５５％、又は６０％、又は６５％、又は７０％、又は７５％、又は８０％、又は８５％、又は９０％、又は９５％、又は９９％、又は９９．９９％の炭素含有量（モル％）を有する。幾つかの場合において、吸着剤の残りは酸素であり、吸着剤は、炭素、水素、及び酸素以外の検出可能なレベルの元素を含まない。他の状況において、吸着剤の残りは、酸素、ホウ素、窒素、硫黄、リン、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択される１種又はそれより多くの元素を含む。幾つかの実施態様において、グラフェン酸化物又はグラファイト酸化物は、少なくとも約０．０１％、又は１％、又は５％、又は１５％、又は２０％、又は２５％、又は３０％、又は３５％、又は４０％、又は４５％のモル基準の酸素含有量を有する。例えば、グラフェン又はグラファイト酸化物吸着剤は、少なくとも約５５％の炭素含有量、及び少なくとも約０．０１％の酸素含有量を有することができる。酸素含有量は、種々の表面、滴定、又はバルク分析分光法を用いて測定することができる。１つの例として、酸素含有量は、ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定される。
【００３０】
幾つかの実施態様において、ＧＭ吸着剤は、少なくとも約１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１００００：１、又は１０００００：１、又は１００００００：１のバルク炭素：酸素モル比を有するグラフェン系材料の酸化物（ＧＭ酸化物）を含むか、又はこれからなる。幾つかの場合において、ＧＭＯ吸着剤は、少なくとも約１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１００００：１、又は１０００００：１の表面炭素：酸素比を有する。
【００３１】
幾つかの実施態様において、ＧＭ吸着剤は、少なくとも約１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１００００：１、又は１０００００：１のバルク炭素：酸素モル比を有するグラフェン酸化物（すなわち、例えばグラフェン酸化物の剥離又はグラフェンの酸化により得られる酸化グラフェン）、還元グラフェン酸化物（すなわち、グラフェン酸化物又はグラファイト酸化物の還元生成物）、又はグラファイト酸化物を含むか、又はこれからなる。幾つかの場合において、グラフェン酸化物又はグラファイト酸化物含有吸着剤は、少なくとも約１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１００００：１、又は１０００００：１の表面炭素：酸素比を有するグラフェン酸化物又はグラファイト酸化物を含む。幾つかの実施態様において、グラフェン酸化物の炭素：酸素原子比は、１．５：１〜５：１、１．５：１〜２：１、１．５：１〜３：１、２：１〜５：１、又は３：１〜５：１の範囲である。グラフェン酸化物は、種々の方法、例えば化学的、熱的方法等により還元されることができる。ある実施態様において、還元グラフェン酸化物は、少なくとも５：１の炭素：酸素モル比を有する。他の実施態様において、還元グラフェン酸化物は、２：１〜１０００：１、２：１〜１００：１、２：１〜２０：１、２：１〜１０：１、３：１〜１０００：１、３：１〜１００：１、３：１〜２０：１、３：１〜１０：１、５：１〜１０００：１、５：１〜１００：１、５：１〜２０：１、又は５：１〜１０：１の範囲の炭素：酸素モル比を有する。酸素原子は、２つの隣接する炭素原子に対する単共有結合、又は単結合したヒドロキシル基によりグラファイト又はグラフェンに結合されると考えられる。これらのグラフェン系材料は、他のヘテロ原子を含むことができるが、多くの場合において、炭素及び酸素以外の元素を含まず、１％未満、０．１％未満、又は０．０１％未満（質量又はモルによる）の炭素、水素及び酸素以外の元素を含むことができる。幾つかの実施態様において、ＧＭ酸化物は、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、ヒドロキシル基、エポキシド基、ペルオキシド基、ペルオキシ酸基、アルデヒド基、ケトン基、エーテル基、ジケトン基、トリケトン基、無水物基、ラクトン基、エステル基、カルボン酸又はカルボキシレート基等の少なくとも１種の有機表面部分を含む。
【００３２】
グラファイト酸化物（ＧＯ）は、Ｂｒｏｄｉｅ、Ｓｔａｕｄｅｎｍｅｉｅｒ、及びＨｕｍｍｅｒｓ法等の当業者に知られている幾つかの反応を用いて合成することができる。これらのプロセスは、酸化に用いられる酸化剤の種類、及び処理条件の両方が異なる。Ｂｒｏｄｉｅ法は、酸化剤として発煙硝酸及び塩素酸カリウムの組み合わせを用いる。Ｓｔａｕｄｅｎｍｅｉｅｒ法は、酸化剤として濃硝酸及び硫酸及び塩素酸カリウムの組み合わせを用いる。Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、過マンガン酸カリウム及び硫酸を用いる。これらの方法の全ては、グラファイト酸化物の原子Ｃ：Ｏ比が約２：１であるという点で元素的に化学的に類似する材料を生成する。
【００３３】
グラファイト酸化物の構造に関する文献において多くの理論モデルがあり、現在普遍的に合意された構造は存在しない。しかし、ＧＯの表面に存在する官能基の種類に関してより多くの合意が存在する。これらは、図１に示されている。「Ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ：Ａｎ  Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ  Ａｃｃｏｕｎｔ  ｏｆ  Ｇｒａｐｈｅｎｅ  ａｎｄ  Ｓｏｍｅ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｔｓ  Ｆｕｔｕｒｅ」Ｄ．Ｒ．Ｄｒｅｙｅｒ、Ｒ．Ｓ．Ｒｕｏｆｆ及びＣ．Ｗ．Ｂｉｅｌａｗｓｋｉ、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ４９．９３３６‐９３４４（２０１０）。最も多くの種において、酸素はヒドロキシル又はエポキシ基において基面に存在する。幾つかのモデルは、基面の端部上のカルボン酸基の存在を示す。
【００３４】
このＧＯ面の豊富な化学官能性は、グラファイト酸化物の官能化に関する文献において大規模に用いられてきた（参照により本開示に含まれる「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｇｒａｐｈｅｎｅ」、２０１４のチャプター３を参照）。ＧＯ面の化学は、異なる官能性に材料を広げるが、グラファイト酸化物を熱的に不安定にもする。ＧＯが１２０℃超に加熱された際、それは発熱的に分解し、ＣＯ及びＣＯ2ガスを放出し、それは基面を離れさせ、熱的に還元されたＧＯの生成をもたらす。基面上のこれらの官能基の存在は、図２のＩｄに示されるように、ＧＯが強い水素結合網目を形成することができるため、水中での材料の分散性、及び水に対する強い親和性に寄与すると考えられる。グラフェン酸化物は、化学還元剤を用いて還元することもできる。例えば、グラフェン酸化物は、尿素を用いることによりグラフェン粉末に還元することができるが、還元プロセスは、グラフェンに結びついた任意の検出可能な尿素又は窒素を残さず、ＧＭ／尿素複合体は形成しない。米国特許出願公開第２０１３／０３０２６９３号を参照。
【００３５】
本開示で用いられる「グラフェン」は、各シートが、ハニカム格子を形成するように互いに結合したｓｐ2混成炭素原子を含む、積層シートを含む。１つの実施態様において、グラフェンは、２又はそれより多くの積層グラフェンシートを有する数層グラフェン（ＦＬＧ）（例えば２〜２０層グラフェン）を含む。別の実施態様において、ＦＬＧは、３〜１５層グラフェンを含む。１組の実施態様において、グラフェンは、単層グラフェン、及び／又は１５超、若しくは２０超の層を有するグラフェンを含むことができる。これらの実施態様の幾つかにおいて、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％のグラフェンは、２〜２０層グラフェンを含む。別の実施態様において、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％のグラフェンは、３〜１５層グラフェンを含む。
【００３６】
グラフェンの寸法は、典型的には厚さ及び横方向ドメインサイズにより定義される。概して、グラフェン厚さは層状グラフェンシートの数に依存する。厚さに対して横の寸法は、本開示では「横方向」寸法又はドメインと呼ばれる。多くの実施態様において、グラフェンは０．５〜１０ｎｍ、又はより狭くは１ｎｍ〜５ｎｍの範囲の平均横方向ドメインサイズを有する。
【００３７】
グラフェンは、個別の粒子、及び／又は凝集体として存在することができる。本開示で用いられる用語「グラフェン凝集体」は、互いに接着した複数のグラフェン粒子（ＦＬＧ）を指す。グラフェン凝集体に関して、「平均横方向ドメインサイズ」は、最も長い個々の寸法又は凝集体のドメインを指す。凝集体の厚さは、個々のグラフェン粒子の厚さとして定義される。
【００３８】
１つの実施態様において、グラフェンの表面積は、互いに積層されたシートの数の関数であり、層の数に基づいて算出することができる。幾つかの例において、グラフェンは細孔がなく、微多孔性を示さない。多孔性を有さないグラフェン単層の表面積は、２７００ｍ2／ｇである。多孔性を有さない２層グラフェンの表面積は、１３５０ｍ2／ｇと算出することができる。別の実施態様において、グラフェン表面積は、積層シートの数とアモルファスキャビティ又は細孔との組み合わせから得られる。グラフェンの他の例は、０％超〜５０％の範囲、例えば２０％〜４５％の範囲の微多孔性を示すことができる。幾つかの実施態様において、グラフェンは、４０〜１６００ｍ2／ｇ、６０〜１０００ｍ2／ｇ、又は８０〜８００ｍ2／ｇの範囲の窒素ＢＥＴ表面積を有する。他の実施態様において、グラフェン又はＦＬＧは、１０００ｍ2／ｇ超、５００ｍ2／ｇ超、２５０ｍ2／ｇ超、又は１００ｍ2／ｇ超の窒素ＢＥＴ表面積を有する。幾つかの実施態様において、ＧＭ、たとえばグラフェン又はＧＯの全細孔体積（窒素脱着又は水銀ポロシメトリーにより測定される１ｎｍ超の細孔）は、２．５ｃｍ3／ｇ未満、１．０ｃｍ3／ｇ未満、０．５ｃｍ3／ｇ未満、０．１ｃｍ3／ｇ未満、又は０．０１ｃｍ3／ｇ未満である。吸着剤性能の予測には、活性炭中の表面化学も細孔サイズ分布因子も単独で要因とされるものではないと考えられる。むしろ、それは、吸着の動力学及び熱力学を示す細孔サイズ分布と表面化学との組み合わせである。
【００３９】
ＧＭは、新しく調製されたものを用いることができ、又はエージングされたものを用いることができる。例えば、ある種の条件下において、エージングは、グラフェン酸化物の炭素表面上の酸素の量を変化させることができる。エージングは、プレートレット又は粒子凝集若しくは塊の状態を変化させることもできる。
【００４０】
材料に基づく合成グラフェン又はグラファイトは、天然原料由来の炭素質化合物、たとえば活性炭より純度が高い場合がある。幾つかの応用、たとえば医療及び薬理学的プロセスにおいて、純度の水準は重要である可能性がある。例えば、透析応用において、吸着剤は、患者の体内の循環している、又は循環するであろう材料と接触する可能性がある。したがって、吸着剤（有機又は無機）の浸出可能な含有量を、絶対最小量に維持することが重要である。同様に、超純水が要求される医薬品及び半導体応用において、吸着剤からの材料の放出は、１０億分の１未満、又は１兆分の１未満のレベルに維持されなければならない。したがって、グラフェン系材料は、厳しい医療、薬理学又は半導体の要求に合致することができる場合がある一方、活性炭又は他の天然由来炭素質材料は、そうではない場合がある。
【００４１】
尿素含有流体中に分散された際、ＧＭは流体動力学に悪影響を及ぼすことなく、流体から尿素を効率的に除去する量及び濃度で与えられることができる。幾つかの実施態様において、ＧＭは、例えば０．１〜１００ｍｇ／ｍＬ、０．１〜１０ｍｇ／ｍＬ、１〜１０ｍｇ／ｍＬ、又は１〜１００ｍｇ／ｍＬの濃度範囲にて流体中に分散又は懸濁されることができる。尿素分離プロセスは、連続又はバッチプロセスであることができ、ＧＭ／尿素複合体は、ろ過及び遠心分離等の当業者に知られている方法により、流体から分離されることができる。幾つかの場合において、尿素を含む流体は、ＧＭを含むベッドに通される。流速は、十分な圧力増加をもたらすＧＭの過剰なパッキングをもたらすことなく、尿素の効率的な除去を与えるのがよい。ＧＭのベッドを通る流速は、１００ｍＬ／ｇ／分超、１Ｌ／ｇ／分超、又は１０Ｌ／ｇ／分超であることができる。同じ流体は、１回又は複数回ベッドを通過することができ、流体は、平衡が達成されるか、又は平衡に到達するまで複数回ベッドを循環することができる。ＧＭフィルターベッドは、ＧＭが流体流の妨害をしないことを助ける材料を含むことができる。これらの材料は、活性炭等の他の炭素質材料を含むことができ、又は活性又は不活性であることができる無機材料を含むことができる。無機材料としては、例えばシリカ又はアルミナ等のガラスビーズ又は金属酸化物を挙げることができる。
【００４２】
尿素結合メカニズム
尿素は、慢性的な又は末期の腎疾患を有する患者において制御され、又は除去される必要がある多くの種の１種にすぎない。流体及び電解質平衡の維持に加えて、腎臓は、種々の毒の除去を担う。したがって、これらの機能を再現するか、これに取って代わるか、又はこれを模倣するのに用いられる種々の手段及び／又は材料がある。尿素の吸着剤は、その１種又はそれより多くと結びつくことができる。ＧＭは、材料が、限外ろ過に用いられることを可能にする微多孔性の水準で製造されることができるため、ＧＭ吸着剤は、限外ろ過において用いられる中空糸メンブレンと結びつくことができ、又はそれ自体が限外ろ過において用いられる中空糸メンブレンを形成することができる。したがって、尿素吸着剤として機能することに加えて、ＧＭは、水及び溶解イオンの通過を許容しつつ、タンパク質等の尿素より大きい分子を（相互作用によるのではなく）物理的に阻むことができる。これは、見出される流体中（例えば血液中）のより高分子量成分からの尿素、水及びイオンの分離を提供することができる。吸着剤は、繊維束中の繊維間の空間を専有することができ、又はそれが単一体を含むように、吸着剤及び繊維の複合体であることができる。代替的に、尿素吸着剤は、異なる機能を目的とする吸着剤と結びつくことができる（例えばホスフェート結合に用いられる鉄オキシ水酸化物）。
【００４３】
同様に、尿素吸着剤は、イオン性組成物、イオン強度、又はｐＨを制御し、他の毒（例えば、いわゆる「中分子」）を除去するのに用いられる材料と結びつくことができる。この結びつきは、２種（又はそれより多くの）吸着剤の物理的な混合物の形態であることができ、又はそれは、（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｄｖａｎｃｅｄｒｅｎａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ｃｏｍ／ＧｅｎｅｒａｌＴｏｐｉｃｓ／ＨｉｓｔｏｒｙｏｆＳｏｒｂｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｔａｂｉｄ／５８７／Ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐｘ及びｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｉｎｃ．ｃｏｍ／ｈｏｗｉｔｗｏｒｋｓ．ｈｔｍｌ及びそこでの参考文献に記載された（両方とも２０１５年２月２日にアクセスされた））ＲＥＤＹデバイスのように吸着剤が互いの上部上で積層されるような分離アセンブリであることができる。
【００４４】
新規の尿素吸着剤は、ジルコニウムホスフェート、酸化ジルコニウム、炭酸ジルコニウム、固定化ウレアーゼ、Ｒｅｓｏｎｉｕｍ  Ａ、セベラマーカーボネート、鉄酸化物水酸化物、炭酸ジルコニウムを含む粒子、又は以下に制限されないが、全体が本開示に組み入れられるＷｅｓｔｅｒら、Ｎｅｐｈｒｏｌ．Ｄｉａｌ．Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ（２０１３）０：１‐８に記載のものを含む他の材料と結びつくことができる。
【００４５】
結びつきの代替的なモデルは、コア‐シェル粒子である。例えば、鉄酸化物水酸化物の粒子は、新規の尿素吸着剤を含む粒子のサブモノレイヤー、単層、又は多層によりコーティングされることができる。コア及びシェルは、鉄酸化物水酸化物の層を、新規の尿素吸着剤の粒子をコーティングするのに用いることができるように、入れ替えることができる。コア‐シェル粒子は、科学文献においてよく知られており、コア‐シェル粒子を製造するのに利用可能な種々の方法がある。
【００４６】
同様に、多くの他の形状があり、それにより、新規の尿素吸着剤は、別の粒子、又は腎疾患を有する患者のケアにおいて用いられる材料と結びつくことができる。例えば、粒子の１種又は別のものが２‐Ｄである場合、それは、積層層を製造する他の材料によりコーティングされることができる。係る粒子は、２‐Ｄ形状のままであることができ（上部上の１種の材料及び底部上の別の材料）、又はそれは「丸められ」ることができ、そうでなければ３‐Ｄ材料に変換される。さらに別の結びつきの非制限的な例は、例えば、各材料が球のある半球を大きく占有する、いわゆる「ヤヌス」粒子である。当業者は、種々の結びつきの他の方法を認識するであろう。
【００４７】
共有結合
尿素を結合する吸着剤の能力を改善する１つの方法は、尿素との共有結合を形成することができる有機官能基を吸着剤表面上に導入することである。この方法は、ニンヒドリン又はグリオキサル中のものなどの官能基を含むことができるポリマーに適用されることができる。幾つかの場合において、共有単又は二重結合は、４種の元素Ｃ、Ｎ、Ｈ及び／又はＯのいずれか間に形成されることができ、たとえばＣ‐Ｃ結合、Ｃ‐Ｎ結合、Ｃ‐Ｏ結合、Ｎ‐Ｏ結合、Ｎ‐Ｎ結合、又はＯ‐Ｏ結合である。尿素を結合することができる官能基の非制限的な例は、エポキシド、ラクトン、ケトン、ヒドロキシド、アルケン、イミン、及びアルコールである。
【００４８】
有機官能基は、吸着剤（例えばＧＭ又はＡＣ）表面に元々存在することができ（例えば活性炭中のＣ＝Ｃ又はＣ‐Ｃ結合）、又は別個の化学的若しくは物理的処理工程により、表面上に導入されることができる。化学的処理工程の例は、酸化又は還元である。物理的工程の例は、加熱、冷却、ミリング、グラインディング、又は超音波処理であることができる。幾つかの場合において、物理的工程は、化学反応（例えば熱的誘導酸化）をもたらすことができ、他の場合において、物理的工程は、そうでなければ隠されている官能基を露出（例えば層状材料の剥離）させることができる。
【００４９】
無機官能基、すなわち金属イオンは、連結が、配位（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）又は配位（ｄａｔｉｖｅ）結合によるように尿素を結合するのに用いることもできる。酸素若しくは窒素上の孤立電子対を介して尿素に、又は炭素から酸素への二重結合（Ｃ＝Ｏ）に配位することができる金属イオンの非制限的な例は、Ｃｕ2+、Ｚｎ2+、Ｍｎ2+、Ｆｅ2+、3+、及びＣｏ2+である。金属イオンは、吸着剤由来であることができ（原料に依存するある種の活性炭の場合のままである）、又は別個のプロセスにおいて導入されることができる。
【００５０】
ＧＭは、メンブレン、たとえばろ過メンブレンを製造するのに用いることができる。他の多かれ少なかれ平坦で密接に関連したシート、紙、フェルト、及び布等の形態も記載されている。これらのアプローチにおいて、ある種の分子がサイズに基づいて排除される一方、他は細孔を通過する。これらの材料は、従来のフィルターメンブレンと同様に機能し、分子が、多孔質材料の表面に物理的に及び／又は化学的に結合し、もっぱらサイズに基づいて排除されない本開示に記載の吸着剤とは区別される。
【００５１】
吸着及び／又は物理吸着
尿素は、吸着及び／又は物理吸着メカニズムにより、吸着剤に結合することもできる。活性炭は、両方のメカニズムを支持するとしてよく知られている。これらの相互作用の部位は、細孔又はボイドであることができる。活性炭又はカーボンブラックの場合において、係る細孔は、通常マクロポア、メソポア、及びミクロポアと呼ばれる。ポアサイズは、吸着材料の密集した壁間で尿素等の特定の標的分子を物理的に捕捉するように選択されることができる。原子スケールの層状材料は、尿素に結合しやすい部位を示すこともできる。例えば、部分的に剥離した層材料は、尿素分子が、開いた層間に物理的に詰められることができるアコーディオン様構造を生成する。係る剥離は、自然に生じる場合があり、又は化学的若しくは物理的処理工程、若しくはプロセスの組み合わせにより生じる場合がある。
【００５２】
他の材料による尿素固定を、高い表面積のために得ることができる。高い表面積を有する吸着剤は、より多くの結合しやすい部位を有する。活性炭の場合において、これらの部位は、細孔、表面構造中の欠陥、又は他の部位であることができる。
【００５３】
ＧＭは、粉末、分散体、充填ベッド、コーティング又はモノリスを含む種々の形態で用いることができる。異なる実施態様において、ＧＭの平均横方向ドメインサイズは、サイズ、及びサイズ分布においても変化させることができる。例えば、ＧＭ平均横方向ドメインサイズは、０．００５ミクロン〜１０ｍｍで変化することができる。特定の実施態様において、粒子サイズは０．００５〜０．１００μｍ、０．００５〜０．２５０μｍ、０．００５〜０．５００μｍ、０．０５０〜０．１００μｍ、０．０５０〜０．５００μｍ、０．０５０〜１．０μｍ、０．０５０〜１０μｍ、０．０５０〜１００μｍ、０．０５０μｍ〜１．０ｍｍ、０．５００〜１．００μｍ、０．５００〜１０μｍ、０．５００〜１００μｍ、０．５００μｍ〜１ｍｍ、１．０μｍ〜１００μｍ、１．０μｍ〜１．０ｍｍ、１０〜１００μｍ、１０μｍ〜１．０ｍｍ、１００μｍ〜１．０ｍｍ及び１００μｍ〜１０ｍｍの範囲を含むことができる。最も小さいサイズにおいて、材料は、コロイド状と呼ばれることができ、かつ、固体であることができ、又は溶液中に分散されることができる。より大きいサイズにおいて、係る粉末は、典型的には粒状と呼ばれ、最も大きいサイズにおいて、ペレット又は押出し品と呼ばれる。尿素のＧＭ吸着剤は、したがって、コロイド、粉末、粒、ペレット、又は押出し品であることができる。粒子中の分布は、単分散、又は二分散、又は多分散であることができる。粒子は、球状、若しくは円筒状、若しくは立方体、若しくは他の規則的な形状であることができ、又は不規則な形状であることができる。粒子は、２次元形状（例えばフレーク又はシート）であることができる。粒子は、等方性（例えば球）、又は異方性（例えば円筒）であることができ、異方性粒子のアスペクト比は、２：１、又は５：１、又は２０：１、又は５０：１、又は１００：１、又は５００：１（例えば長い針）であることができる。全ての場合において、粒子は、他の流体（例えば水）中に懸濁されることができ、又はゼラチン質若しくは泡状性質であることができ、又は固体（乾燥又は湿潤）として直接的に用いられることができる。固体は、自由流動性であることができ、又は制限された流れ（すなわち、湿った、高アスペクト比フレーク）を有することができる。
【００５４】
インターカレーション
本開示に記載の材料を用いることにより、尿素は、インターカレーションを通じて吸着剤に結合されることができ、吸着材料の２つ又はそれより多くの対向した層間で１種を捕捉する。複数層の材料は、層間の結合の可能性を提供し、それは、結合のために利用可能な有効表面積を十分に増加させることができる。本開示で用いられる尿素等の標的化合物は、標的化合物が溶解し、又は分散した流体系中の材料と尿素が優先的に結びつく際に、材料に「結合し」又は「吸着される」。異なる実施態様において、尿素は、可逆的に又は不可逆的に吸着されることができる。尿素の吸着剤として働くインターカレーションホストは、本開示に記載のグラフェン系材料、及び対向する層間に類似の空間を示す他の材料を含む。例えば、インターカレーションホストとして尿素を吸着するのに有用な材料としては、適切な大きさの層間間隔を有し、及び／又は尿素分子を捕捉するように官能化された２つ又はそれより多くの対向する層を有する任意の材料を挙げることができる。これらの材料は、有機又は無機であることができる。幾つかの実施態様において、尿素の挿入に有用なホスト（例えばＧＭ）中の対向する層間の層間間隔は、２〜１５Å、４〜１２Å、７〜１１Å、８〜１１Å、８〜１０Å、６〜９Å、５〜８Å、４〜８Å、２〜８Å、２〜６Å、３〜６Å、８〜１２Å、９〜１２Å、及び１０〜１４Åである。
【００５５】
種々の２次元又は層状の材料は、科学文献において知られている。例えば、Ｍｉｒｏらは、本開示に参照により組み入れられる「Ａｔ  ａｔｌａｓ  ｏｆ  ｔｗｏ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．２０１４、４３、６５３７‐６５５４において、グラフェン、グラファン、フルオログラフェン、クロログラフェン、シリセン、ケイ化水素、フルオロシリセン、ゲルマネン、ゲルマナン、フルオロゲルマネン、クロロゲルマネン、シリコンカーバイド、窒化ホウ素、ａ‐ＺｎＯ、ａ‐ＺｎＳ、ａ‐ＺｎＳｅ、ａ‐ＺｎＴｅ、ａ‐ＣｄＯ、ａ‐ＣｄＳ、ａ‐ＣｄＳｅ、ａ‐ＣｄＴｅ、ｂ‐ＺｎＳ、ｂ‐ＺｎＳｅ、ｂ‐ＺｎＴｅ、ｂ‐ＣｄＯ、ｂ‐ＣｄＳ、ｂ‐ＣｄＳｅ及びｂ‐ＣｄＴｅ、ＧａＳ、ＧａＳｅ、ＩｎＳ、ＩｎＳｅ、ＨｆＳ2、ＨｆＳｅ2、ＨｆＴｅ2、ＭｏＳ2、ＭｏＳｅ2、ＭｏＴｅ2、ＮｂＳ2、ＮｂＳｅ2、ＮｂＴｅ2、ＮｉＳ2、ＮｉＳｅ2、ＮｉＴｅ2、ＰｄＳ2、ＰｄＳｅ2、ＰｄＴｅ2、ＰｔＳ2、ＰｔＳｅ2、ＰｔＴｅ2、ＲｅＳ2、ＲｅＳｅ2、ＲｅＴｅ2、ＴａＳ2、ＴａＳｅ2、ＴａＴｅ2、ＴｉＳ2、ＴｉＳｅ2、ＴｉＴｅ2、ＷＳ2、ＷＳｅ2、ＷＴｅ2、ＺｒＳ2、ＺｒＳｅ2、ＺｒＴｅ2、ＣｏＣｌ2、ＣｏＢｒ2、ＦｅＣｌ2、ＦｅＢｒ2、ＦｅＩ2、ＨｆＣｌ2、ＨｆＢｒ2、ＨｆＩ2、ＭｎＣｌ2、ＭｎＢｒ2、ＭｎＩ2、ＭｏＣｌ2、ＭｏＢｒ2、ＭｏＩ2、ＮｂＣｌ2、ＮｂＢｒ2、ＮｂＩ2、ＮｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、ＴａＣｌ2、ＴａＢｒ2、ＴａＩ2、ＴｉＣｌ2、ＴｉＢｒ2、ＴｉＩ2、ＶＣｌ2、ＶＢｒ2、ＶＩ2、ＷＣｌ2、ＷＢｒ2、ＷＩ2、ＺｒＣｌ2、ＺｒＢｒ2、ＺｒＩ2、ＡｓＣｌ3、ＣｒＣｌ3、ＣｒＢｒ3、ＣｒＩ3、ＦｅＣｌ3、ＦｅＢｒ3、ＭｏＣｌ3、ＭｏＢｒ3、ＳｂＣｌ3、ＳｃＣｌ3、ＳｃＢｒ3、ＴｉＣｌ3、ＴｉＢｒ3、ＶＣｌ3、ＶＢｒ3、ＹＣｌ3及びＺｒＣｌ3を含む種々の材料を記載する。本発明者らが尿素の吸着剤としてＧＭに関して見出したことから考えると、これらの材料の１種又はそれより多くは、インターカレーションにより尿素の吸着剤として働くことができると考えられる。材料の同一ではないが類似のリストは、参照により本開示に組み入れられる、Ｂｕｔｌｅｒら、「Ｐｒｏｇｒｅｓｓ、Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ、ａｎｄ  Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ  ｉｎ  Ｔｗｏ‐Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｂｅｙｏｎｄ  Ｇｒａｐｈｅｎｅ」、ＡＣＳＮａｎｏ２０１３、７、２８９８‐２９２６に記載される。
【００５６】
本発明者らは、カーバイドが、尿素インターカレーションのホストとして働くことができるとも考える。例えば、Ｍａｓｈｔａｌｉｒら（「Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌａｙｅｒｅｄ ｃａｒｂｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ２０１３、４：１７１６）は、Ｔｉ3Ｃ2（ＯＨ）xＯyＦz中への尿素のインターカレーションを示す。この材料は、２次元材料の大きな分類の１つであり、多くの他のものも類似の挙動を示すと考えられる（例えばＮａｇｕｉｂ，Ｍ．ら、「Ｔｗｏ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｉｄｅｓ」ＡＣＳＮａｎｏ．６、１３２２‐１３３１（２０１２）参照）。
【００５７】
層状材料であるクレイも尿素を結合し、放出し、又は輸送する挿入吸着剤として用いられることができる。例えば、Ｍｕｉａｍｂｏら（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｌａｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ２０１５、１０５‐１０６、１４‐２０）は、尿素拡張バーミキュライトを調製した。Ｙａｎら（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ２００５、第９３０１‐９３０５頁）は、カオリナイト‐尿素インターカレーション複合体を記載する。Ｋｉｍら（Ｊ．Ｓｏｉｌｓ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ（２０１１）１１：４１６‐４２２）は、モンモリロナイトへの尿素インターカレーションを報告する。
【００５８】
クラスレート
尿素は、他の分子とクラスレートを形成することができる。クラスレートは、分子包接化合物とも呼ばれる。尿素分子は、広域水素結合により共に保持されたヘリカル構造において、長鎖脂肪酸型分子又は他の鎖状極性炭化水素の周りに自己集合することができる。これらのクラスレートは、水性系において安定であることができ、幾つかの場合において可逆的である。クラスレートは、幾つかの理由のために、尿素の効率的な分離を提供することができる。第一に、水素結合の存在は、尿素分子が密に近接し、本質的に可能な限り密に充填していることを意味する。これは、単位表面積当たりの最大被覆率をもたらすことができる。尿素の水素結合したｎマー（ｎ＝２〜１００）を結合することができる吸着剤は、必然的に従来の吸着剤より高い収容能力を有する。
【００５９】
多くの異なる種類の水素結合があり、尿素は、３中心水素結合、及び／又は分岐水素結合に関与することができる。同様に、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ２００７、１１１、６２２０‐６２２８及びＳｐｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  Ｐａｒｔ  Ａ６１（２００５）１‐１７（その両方は参照により本開示に完全に組み入れられる）に記載されるように、尿素は水素結合した凝集体中に存在することができ、係る凝集体は、凝集体に適合するサイズの細孔において、又はインターカレーションを介して層間において、又はクラスレート型構造において、又は他の種類の構造において、尿素を含むＧＭ吸着剤内に存在することができる。係る構造は、１つの尿素分子の結合の後に形成されることができ（すなわち、自己集合構造）、又は予め形成された水素結合尿素凝集体の結合により得ることができる。水素結合尿素凝集体の親和性は、対応する尿素モノマーに関するよりも、ＧＭ上の特定の部位に関して十分に大きい場合がある。これにより、ＧＭに吸着されるか、そうでなければＧＭと結びついた尿素のモル濃度を増加させることができ、ＧＭを被覆する尿素の単層に基づいて理論的に可能であるよりも高い尿素の濃度を可能にすることができる。
【００６０】
個々の炭化水素分子の周りの尿素の集合を可能にする構造又は位置又は環境において極性炭化水素を有する官能化吸着剤は、非常に高い吸着能を潜在的に有する。尿素の水素結合したｎマーは、必須ではないが、ヘリカル形状であることができることに注目することが重要である。
【００６１】
ＧＭの形態
ＧＭは、本開示に記載の応用のいずれかにおいて目的とされ、当業者に知られているデバイスの部分として組み入れられることができる。ＧＭは、他の材料と入り混じって、又は他の材料とは別個にカラム内に充填して、カラムにコーティングして、バッグ、フラスコ、タンク、又は他の流体容器に収容することができる。例えば、ＧＭは全ての中分子及び尿素の除去のための活性炭（ＡＣ）と混合されることができる。代替的に、ＧＭは、毒除去を目的とするカラムにおいて、ＡＣの上流又は下流に配置されることができる。ＧＭは、アルミナ及びシリカ等の金属酸化物、クレイ、シリケート、金属有機骨格（ＭＯＦ）、活性炭、活性チャコール、カーボンブラック、ゼオライト、ポリマー及び他の知られている吸着剤を含む他の吸着剤を含むデバイス内に配置されることができる。
【００６２】
上記のいずれかにおいて、ＧＭは、生体液又は有機体とインビボで接触した際に、又は体外のデバイス及び処置において適用された際に、任意の悪影響を低減し、又は消滅させるように、生体適合性ポリマー又は材料によりコーティングされ、官能化され、それに吸着され、そうでなければそれにより改質されることができる。
【００６３】
ＧＭを組み入れるデバイスの全て又は部分は、再使用可能であるか、再生可能であるか、又は使い捨てであることができる。使い捨てである場合、それは、１、２、４、６、８、１２、１６、２４、３６、４８、７２、９６、１２０、１４４、又は１６８時間超の間用いることができる使い捨てカートリッジ又はデバイスの部分であることができる。
【００６４】
応用
多くの実施態様において、グラフェン系材料は、体の外側（体外）で尿素を吸着するのに用いることができる。これらの体外の処理としては、例えば、血液かん流、血液透析、腹膜透析、血液ろ過、プラスマフェレーシス、限外ろ過、血液透析ろ過、及び／又はこれらの方法の組み合わせを挙げることができる。上記のプロセスにおける種の移動を支配する物理的原理は、拡散、対流、電気泳動、誘電泳動（ｄｉａｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）、層流、乱流、又はこれらの任意の組み合わせであることができる。処理は、ポータブル、セミポータブル、使い捨ての、及び／又はウェアラブルシステムを伴うことができる。ＧＭが尿素を吸着することができる生体液は、血液及び他の生体液を含む。血液としては、血液、例えば全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、及びヘマトクリットを含むか、又はこれから得られた流体が挙げられる。ＧＭ吸着剤から利益を得ることができる他の生体液としては、ろ液、限外ろ過液、透析液、細胞外液、細胞内液、間質液、リンパ液、細胞間液、尿、尿由来流体、又は以下に制限されないが、腎臓又は肝臓透析液を含む他の生体由来流体が挙げられる。グラフェン系材料の使用は、炭素系吸着剤を組み入れる既知のデバイスの機能を改善することができる。これらのデバイス及びシステムとしては、例えばＢｉｏＬｏｇｉｃ‐ＤＴ（登録商標）、Ｈｅｍｏｃｌｅａｎｓｅ、ＭＡＲＳ（登録商標）、Ｐｒｏｍｅｔｈｅｉｕｓ（登録商標）、ＲＥＤＹシステム（Ｒｅｎａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ  ＰＡＫ（ポータブル人工腎臓）、及びＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｎａｌ  Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ＴｈｅｒａｐｙシステムのためのＳｏｒｂｅｎｔ  Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔが挙げられる。ＧＭは、ポータブル及び／若しくはウェアラブル人工腎臓、又はＤｉａｌｉｓｏｒｂ（Ｒｅｎａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  Ｉｎｃ．）、及びＡＷＡＫ，Ｂｌｏｏｄ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．、及び他の会社により開発されたもの等の関連製品と共に用いることもできる。同様に、ＧＭは、参照により本開示に完全に組み入れられるＡｒｍｉｇｎａｃｃｏらによる「Ｗｅａｒａｂｌｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ：  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ」（Ｓｅｍｉｎａｒｓ  ｉｎ  Ｄｉａｌｙｓｉｓ‐２０１５、Ｗｉｌｅｙ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ．、第１〜６頁）において言及されたさらなる製品、デバイス及び設計のいずれかと併せて、又はその部分として用いることができる。
【００６５】
尿素吸着剤に関する別の応用は、蒸気相から尿素を捕捉することである。尿素は、大量の工業用化学品であり、世界的に製造されている。それは、固体及び液体形態の両方で販売されている。固体形態において、それは、典型的には小粒又は顆粒で販売され、一方で液体形態において、それは水溶液として提供される。全ての場合において、有限蒸気圧、例えば２５℃において１．２×１０-5ｍｍ水銀（Ｈｇ）がある。
【００６６】
尿素（固体又は水溶液）の幾つかの応用としては、肥料の成分；動物の飼料の成分；固定及び可動源（例えば自動車）からの酸化窒素の放出を低減する選択的触媒還元（ＳＣＲ）系における還元剤；でんぷん又はカゼイン系紙コーティングに関する粘度調整剤；消費財中の成分；爆発物中の安定剤；食品添加剤；防虫剤；香料添加剤；保湿剤及び脱水剤；接着剤の成分；ポリマーの成分；及び防炎剤の成分が挙げられる。
【００６７】
高性能尿素吸着剤は、例えば固体又は液体（水性）形態の尿素の製造、充填、分配、又は使用中の経口曝露、吸入曝露、及び／又は皮膚曝露を含む職場での曝露を防止する大きな価値がある。
【００６８】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）系において、尿素は、酸化窒素（ＮＯｘ）と反応する高温にて、燃焼流出物に還元剤として導入される。エンジン中のＮＯｘ還元に関する還元剤としての尿素の使用は広まっている。最小体積又は最小質量、又はその両方で尿素の最大量を保存する（そして必要に応じて放出する）ことができることは利点である。ＳＣＲに関する高性能固体尿素吸着剤は、尿素濃度が約３２％である現在の液体（水性）貯蔵の代わりとして機能することができる。固体吸着剤により、任意の要求される水蒸気を、大気から、又は他のソースから直接的に取り出すことができる。
【００６９】
例
例１：
試薬：
尿素（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、ＡＣＳ試薬グレード）、無水エタノール（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｐｕｒｅ２００ｐｒｏｏｆ）、硫酸（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、９９．９９９％純度）、４‐（ジメチルアミノ）ベンズアルデヒド（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、９９％）、１７ＭＯｈｍ脱イオン水。
【００７０】
尿素較正曲線
２０ｍＭ尿素ストック溶液が、１７ＭＯｈｍ脱イオン水を用いて製造された。濃度１ｍＭ、２ｍＭ、３ｍＭ、４ｍＭ、及び５ｍＭでの一連の尿素較正基準が、１７ＭＯｈｍにおいて作製された。４％（ｗ：ｖ）の４‐（ジメチルアミノ）ベンズアルデヒド及び４％（ｖ：ｖ）硫酸（無水エタノール中）を含むＰＡＢ試薬溶液は、試験に関する文献に従って製造されたＰＡＢ試薬は、使用されていないときは暗空間において保存された。吸光度対尿素濃度の較正曲線は、予め作製された尿素較正基準を用いて生成された。尿素捕捉容量の評価のためのサンプルは、１ｇのサンプルを収容するガラスバイアルに、２５ｍＬの２０ｍＭ尿素溶液をピペットで入れることにより調製された。バイアルを、ロータリーシェーカーで終夜振動させた。分散液は、シリンジ及び０．４５μｍのＭｉｌｌｉｐｏｒｅＰＶＤＦシリンジフィルターを用いてろ過された。サンプルろ液のアリコート（０．５ｍＬ）、ＰＡＢ試薬（０．５ｍＬ）、及び１７ＭＯｈｍ水（１．５ｍＬ）は、使い捨てのプラスチックキュベットに分配され、完全に混合された。キュベットは蓋を被せられ、溶液は、ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計で参照サンプルに対して測定する前に、放置され、遮光容器内で２０分間インキュベートされた。サンプルは２つ調製された。４２２ｎｍにおける吸光度が測定され、記録された。記録された吸光度は、規定された較正曲線に基づいて、ろ液中の尿素の濃度を決定するのに用いられた。
【００７１】
結合する尿素を測定するために、一連の炭素系材料を水中の尿素の溶液に導入し、環境温度にて終夜振動させた。上澄みが、０．４５ミクロンのＭｉｌｌｉｐｏｒｅＰＶＤＦシリンジフィルターを通してろ過され、溶液中に残っている尿素は、上記のとおりｕｖ‐ｖｉｓ分光光度計により定量された。以下の表１は、データを示す。ＧＣＮTM１２４０ｐｌｕｓ、ＲＯＸTM０．８及びＤＡＲＣＯTM２０ｘ５０は、全てＣａｂｏｔ  Ｎｏｒｉｔから入手可能な活性炭である。
【００７２】
【表１】
2018505733.tif 000003
【００７３】
例２：（グラファイト酸化物サスペンションの調製）
７０％の硝酸（１９ｍＬ）を１７℃に設定された循環冷却装置に接続された１００ｍＬジャケット型円筒フラスコ内に入れた。磁気撹拌子を用いて酸を撹拌した。９６％の硫酸（３７ｍＬ）を少量ずつ加え、混合物を３０℃未満の温度に維持した。３２５メッシュグラファイト（２ｇ、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）を酸混合物に加えた。混合物を少なくとも１０分間撹拌してグラファイトに完全に組み入れた。反応混合物上方のヘッドスペースは、０．５Ｌ／分の流速にて窒素によりパージされた。２４ｇの４２質量％塩素酸ナトリウム水溶液を６０ｍＬシリンジに入れ、０．３２ｍＬ／分にて反応フラスコに注入した。塩素酸ナトリウム溶液の添加が完了したら、冷却装置温度を２０℃に上昇させた。反応混合物の撹拌をさらに１２時間続けた。得られたサスペンションを、オーバーヘッドミキサーにより撹拌される、５℃の６００ｍＬの冷水を含むガラスビーカーに加えた。グラファイト酸化物粗生成物は、次いでＷｈａｔｍａｎグレード５４ろ紙を通して減圧ろ過により分離された。捕集されたフィルターケーキは、３００ｍＬの脱イオン水により洗浄された。洗浄された材料はフィルターろうとに残り、これを減圧下で３０分間乾燥させた。
【００７４】
（洗浄し、乾燥させた）グラファイト酸化物を、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）と組み合わされた熱重量分析（ＴＧＡ）により分析した。組み合わされたスキャンは図３に示され、グラファイト酸化物が＞３０質量％の揮発性物質を含むことを示し、それが激しく酸化されたことを示す。
【００７５】
例３：（ｐＨ３グラフェン酸化物サスペンションの調製）。
【００７６】
例２のフィルターケーキをろ紙からこすり落とし、脱イオン水と混合して１２５ｇのサスペンションを調製した。サスペンションを、次いでチップ超音波処理して、グラファイト酸化物をグラフェン酸化物に剥離した。ｐＨ３剥離ＧＯサスペンションのＴＥＭ像は、図４に示される。剥離ＧＯプレートレットにおいて厚さの分布があり、プレートレットの平均横方向サイズは約１０ミクロンである。
【００７７】
例４：（ｐＨ９グラフェン酸化物サスペンションの調製）
例２のフィルターケーキをろ紙からこすり落とし、脱イオン水と混合して６４０ｇのサスペンションを調製した。１Ｍ水酸化ナトリウム溶液を加えて、ｐＨを９に上昇させた。サスペンションを、次いでチップ超音波処理して、グラファイト酸化物をグラフェン酸化物に剥離した。ｐＨ９グラフェン酸化物サスペンションのＴＥＭ像（図５）は、プレートレットがほとんど剥離され、１０ミクロン未満の横方向サイズを有することを示す。
【００７８】
例５：
以下の表２及び３は、既知の活性炭及び本開示に開示されたグラフェン系材料を用いて水性サンプルから除去された尿素の量に関するデータを与える。ＧＭよりはるかに多い量のコントロール材料（活性炭）が、尿素除去の記録可能な量を記録するために要求されたことに留意されたい。
【００７９】
【表２】
2018505733.tif 000004
【００８０】
【表３】
2018505733.tif 000005
【００８１】
例６：
任意の人工物が除去プロセスに関連したかどうかを観察するために、追加の実験がブランクサンプルで実行された。結果は、任意の関与する人工物が存在しないことを示す。グラフェン系材料が、実際に尿素を分離し、かつ、それを別の種に変換しないことを示すために、1Ｈ及び13Ｃ実験が、例３で用いられた材料の上澄みで実施された。可能な分解生成物としては、（酸化により形成された）ヒドロキシウレア及び縮合生成物ビウレット及びイソシアン酸が挙げられる。ＮＭＲの結果は図６及び７に与えられる。ヒドロキシウレア（約７ｐｐｍ）、ビウレット（約８．３ｐｐｍ）、及びイソシアン酸（約９．１ｐｐｍ）の1Ｈ化学シフトのＮＭＲピークは観察されず、観察された唯一のピークは尿素（約５．９ｐｐｍ）のものと大きな水のピークであった。高磁場での共鳴は観察されなかった。矛盾しない結果が13ＣＮＲスペクトルから得られ、そこでは尿素のもの以外のピークは得られなかった。結果は、各方法による尿素以外の溶液中の任意の測定可能な種がないことを示す。溶液の結果から尿素の消失は、炭素材料への吸着によることが結論である。
【００８２】
例７：（還元グラファイト酸化物の調製）
上記のグラフェン酸化物フィルターケーキをろ紙からこすり落とし、６０℃にて終夜減圧乾燥させた。乾燥ＧＯ粉末を次いで粉砕し、（窒素によりパージされた）１０００℃の炉に通して熱的にＧＯを還元し、それを還元ＧＯ（ｒＧＯ）プレートレットに変換した。熱的還元プロセスは、ワーム様モルフォロジーを有する約２ｇ／ｌのバルク密度の材料を製造する。
【００８３】
ＩＣＰによる得られた還元ＧＯの元素分析は、以下の表４にまとめられる。
【００８４】
【表４】
2018505733.tif 000006
【００８５】
例８：
グラフェン凝集体は分析され、Ｎ2ＢＥＴ、横方向ドメイン、及び厚さの特性により表面積（ＳＡ）が決定された。結果は、以下の表５に列記される。グラフェンＡは、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから得られるグラフェン凝集体であった。
【００８６】
【表５】
2018505733.tif 000007
【００８７】
グラフェン凝集体の元素組成は、ＩＣＰにより分析された。グラフェンＡに関する結果は、以下の表６に示される。
【００８８】
【表６】
2018505733.tif 000008
【００８９】
例９：
追加の分離試験が、還元グラフェン酸化物（ＲＧＯ）、ろ過されたグラフェン酸化物、及び遠心分離されたグラフェン酸化物を用いて実行された。また、試験はろ過され、遠心分離された活性炭（ＲＯＸTMＣａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ）及び活性炭とグラフェン酸化物との混合物を用いて実行された。遠心分離に関するサンプル調製は、ろ過方法において記載されたものと同じである。しかし、ろ液の代わりに分散液が５０ｍＬの遠心バイアルに移送され、環境温度において、８０００ＲＰＭにて４５分間、及び１００００ＲＰＭにて１時間遠心分離された。次に、上澄みの部分が、シリンジ及び０．４５μｍのＭｉｌｌｉｐｏｒｅＰＶＤＦシリンジフィルターを用いてろ過された。サンプルろ液のアリコート（０．５ｍＬ）、ＰＡＢ試薬（０．５ｍＬ）、及び１７ＭＯｈｍ水（１．５ｍＬ）は、使い捨てのプラスチックキュベットに分配され、完全に混合された。キュベットは蓋を被せられ、溶液は、ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計で参照サンプルに対して測定する前に、放置され、遮光容器内で２０分間インキュベートされた。サンプルは２つ調製された。４２２ｎｍにおける吸光度が測定され、記録された。記録された吸光度は、規定された較正曲線に基づいて、ろ液中の尿素の濃度を決定するのに用いられた。
【００９０】
【表７】
2018505733.tif 000009
【００９１】
例１０：
追加の分離実験が、グラフェン凝集体を用いて実施された。結果は表８に示される。
【００９２】
【表８】
2018505733.tif 000010
【００９３】
例１１：
２５ｍｌの２０ｍＭ尿素溶液に終夜曝露されたグラフェン凝集体のサンプル（２５ｍｇ）を用いて、脱着を実証した。サンプルバイアルの底における材料の破壊なく、尿素溶液は約１ｍｌの溶液を残しつつ取り出され、材料を破壊することなく約３ｍｌの１７ＭＯｈｍＤＩ水と交換された。この溶液が取り出され、約５ｍｌの１７ＭＯｈｍＤＩ水と交換された。１ｍｌの溶液を抜き出して取っておき、残りの溶液を手で振動させて、次いで環境温度にて終夜静置した。翌日、サンプルを抜き出し、２つのサンプルを上記のように分析した。図８は、２つのサンプルに関して得られたＵＶ‐Ｖｉｓスペクトルを示す。グラフェンサンプルが、初期の尿素溶液から完全に分離されなかったため、初期のサンプル（比色分析試薬の添加後）は、尿素の存在を示すゼロでない吸光度を有していた。重要なことに、曝露の２０時間後に試験されたサンプルは、溶液中の増加した尿素の濃度に対応する、より大きい吸光度を示す。この増加は、吸着剤からの脱着にのみ起因する可能性があり、制御された尿素放出、及び１回、２回、３回、４回、又は４回より多くのＧＭ吸着剤の再使用に対するこれらの炭素材料の有用性を示す。
【００９４】
図９は、表９におけるデータから取得された結合する尿素（ｍｇ／グラム吸着剤）対測定されたＢＥＴ表面積（ｍ2／ｇ）のプロットを示す。データは、表面積が、結合能と相関しないことを示す：最も小さいＢＥＴ表面積を有するサンプル（Ｃａｂｏｔグラフェン凝集体）は、性能対他の多孔質材料において１５倍の改善を示す。さらに、性能は、粒子サイズと相関しない。ＹＰ‐１７Ｄ活性炭の粒子サイズは、Ｃａｂｏｔグラフェン凝集体のように、０．３〜３ｍｍの範囲の表中の他の材料とは異なり、ミクロン範囲である。ＹＰ‐１７Ｄはまた、Ｃａｂｏｔグラフェン凝集体より十分に大きい表面積（４ｘ）を有し、さらにそれは環境温度にてｇ吸着剤当たり１０ｍｇ未満の尿素を結合する。これらのデータは、尿素結合に関する層状の２‐Ｄ炭素材料に関連した独特で、予期せぬ特別な特性を明確に示す。
【００９５】
【表９】
2018505733.tif 000011
【００９６】
本発明の幾つかの実施態様が記載され、本開示に示される一方、当業者は、種々の他の手段、並びに／又は機能を実行し、及び／若しくは結果を得る構造、並びに／又は本開示に記載の利点の１つ若しくはそれより多くを容易に想定し、係る変形及び／又は改変の各々は本発明の範囲内であると考えられる。より一般的には、当業者は、本開示に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、及び構造が実験的なものを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構造は、本発明の方法が用いられる特定の応用に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、ありふれたものを超える実験によることなく、本開示に記載の発明の特定の実施態様に対する多くの等価物を認識し、又は突き止めることができるであろう。したがって、前述の実施態様が単なる例として表され、添付の特許請求の範囲とその等価物内で、本発明が特定の記載及び請求がない限り実行されることができることが理解されるであろう。本発明は、本開示に記載の各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法に関する。加えて、２つ又はそれより多くの係る特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせは、係る特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法が互いに矛盾しない場合には、本発明の範囲内に含まれる。
【００９７】
本開示で定義され、用いられる全ての定義は、辞書の定義、参照により組み入れられる文献における定義、及び／又は定義された用語の本来の意味を超えて制御するように理解されるべきである。
【００９８】
本明細書及び特許請求の範囲で用いられる不定冠詞（「ａ」及び「ａｎ」）は、明確な反対の示唆がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００９９】
本明細書及び特許請求の範囲で用いられる「及び／又は」は、そのように結合された要素の「いずれか又は両方」、すなわち、幾つかの場合において、結合的に存在し、他の場合において非結合的に存在する要素を意味すると理解されるべきである。他の要素は、「及び／又は」節により具体的に特定された要素以外が、明確に反対の示唆がない限り、その具体的に特定された要素と関連するかしないかに関わらず、任意選択的に存在することができる。
【０１００】
本件において引用され、又は参照された全ての参考文献、特許、並びに特許出願及び公報は、参照によりその全体が本開示に組み入れられる。
【図１】
2018505733.tif 000012
【図２】
2018505733.tif 000013
【図３】
2018505733.tif 000014
【図４】
2018505733.tif 000015
【図５】
2018505733.tif 000016
【図６】
2018505733.tif 000017
【図７】
2018505733.tif 000018
【図８】
2018505733.tif 000019
【図９】
2018505733.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月28日(2017.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
本件において引用され、又は参照された全ての参考文献、特許、並びに特許出願及び公報は、参照によりその全体が本開示に組み入れられる。
本開示は以下も包含する。
［１］
尿素を含む流体をグラフェン系材料粒子の塊と接触させること；
尿素の少なくとも一部をグラフェン系材料粒子中又はその上に吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体中の尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり２５ｍｇ超である、方法。
［２］
流体が、水性流体、水、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、生物学的ろ液、限外ろ過液、透析液、細胞外液、細胞内液、間質液、リンパ液、細胞間液、尿、尿由来の流体、農業排水、及び下水の少なくとも１種から選択される、上記態様１に記載の方法。
［３］
グラフェン系材料／尿素複合体と結び付いた尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり５０超、１００超、２５０超、５００超、又は７００ｍｇ超である、上記態様１又は２に記載の方法。
［４］
流体中の尿素の濃度が、１０、２５、５０、７５、９０、９９、９９．９、９９．９９、９９．９９９、９９．９９９９又は９９．９９９９９質量パーセント超低減される、上記態様１〜３のいずれかに記載の方法。
［５］
流体中のグラフェン系材料粒子のサスペンションを撹拌すること（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）、撹拌すること（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）、振動させること、超音波処理すること、流すこと、冷却すること、及び／又は加熱することを含む、上記態様１〜４のいずれかに記載の方法。
［６］
グラフェン系材料粒子を含むベッドを通して流体を流すことを含む、上記態様１〜５のいずれかに記載の方法。
［７］
グラフェン系材料が、２０：１〜１．５：１、１０：１〜１．５：１、５：１〜１．５：１、３：１〜１．５：１、２：１〜１．５：１、１０：１〜２：１、又は５：１〜２：１の炭素：酸素の原子比を有するグラフェン酸化物である、上記態様１〜６のいずれかに記載の方法。
［８］
グラフェン系材料がグラフェン凝集体である、上記態様１〜６のいずれかに記載の方法。
［９］
グラフェン系材料、活性炭、及び／又は改質活性炭により、流体の少なくとも１種の非尿素成分を除去することを含む、上記態様１〜８のいずれかに記載の方法。
［１０］
グラフェン系材料粒子と、グラフェン系材料に吸着した尿素とを含み、尿素：グラフェン系材料の質量比が１：１０より大きい、組成物。
［１１］
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体又はグラフェン系材料酸化物である、上記態様１０に記載の組成物。
［１２］
組成物中の窒素含有量の９０％超が尿素の形態である、上記態様１０又は１１に記載の組成物。
［１３］
活性炭又は改質活性炭をさらに含む、上記態様１０に記載の組成物。
［１４］
尿素が、ダイマー、トリマー、又はｎマー（ｎは４〜５０である。）の形態の水素結合した尿素凝集体を含む、上記態様１０〜１３のいずれかに記載の組成物。
［１５］
尿素を含む透析液をグラフェン系材料と接触させること；
グラフェン系材料上又はグラフェン系材料中に尿素の少なくとも一部を吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を形成すること；
透析液中の尿素の濃度を２５％超低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体が、少なくとも１０質量％の尿素を含む、方法。
［１６］
透析液を活性炭と接触させることをさらに含む、上記態様１５に記載の方法。
［１７］
透析液をグラフェン系材料と接触させることが、透析液中にグラフェン系材料粒子を分散させること、グラフェン系材料粒子を含むベッドに透析液を通すこと、グラフェン系材料を含むメンブレンに透析液を通すこと、及びグラフェン系材料を含むカラムに透析液を通すことから選択される、上記態様１５又は１６に記載の方法。
［１８］
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体又はグラフェン酸化物である、上記態様１５〜１７のいずれかに記載の方法。
［１９］
グラフェン系材料／尿素複合体の少なくとも一部が、インターカレーションにより形成される、上記態様１〜９、及び１５〜１８のいずれかに記載の方法。
［２０］
グラフェン系材料／尿素複合体から尿素を除去することをさらに含む、上記態様１〜９及び１５〜１９のいずれかに記載の方法。
［２１］
方法が、腎機能障害を示す患者の１つ又はそれより多くの組織由来の流体を精製するのに用いられる、上記態様１〜９及び１５〜２０のいずれかに記載の方法。
［２２］
組織が血液である、上記態様２１に記載の方法。
［２３］
吸着させることが、０℃〜５０℃、２３℃〜３７℃、及び／又は４〜８のｐＨにて起こる、上記態様１〜９及び１５〜２２のいずれかに記載の方法。
［２４］
グラフェン系材料を殺菌することを含む、上記態様１〜９及び１５〜２３のいずれかに記載の方法。
［２５］
グラフェン系材料を含む透析カートリッジ。
［２６］
活性炭を含む、上記態様２５に記載の透析カートリッジ。
［２７］
グラフェン系材料／尿素複合体を含む、上記態様２５又は２６に記載の透析カートリッジ。
［２８］
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体、及び／又はグラフェン酸化物である、上記態様２５〜２７のいずれかに記載の透析カートリッジ。
［２９］
カートリッジが、流体からの高分子量成分をろ過することができるフィルターを含み、該フィルターがグラフェン系材料を含む、上記態様２５〜２８のいずれかに記載の透析カートリッジ。
［３０］
尿素を含む流体を２〜１５Åの層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させること；
インターカレーションホスト中、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて、挿入複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、
挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００又は７００ｍｇ超である、方法。
［３１］
尿素を含む流体を尿素分子のサイズと等しい（±２０％）層間間隔を有するインターカレーションホストの塊と接触させること；
インターカレーションホスト中、又はその上に尿素の少なくとも一部を吸着させて、挿入複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、挿入複合体中の尿素の量が、インターカレーションホストのグラム当たり２５、５０、１００、５００、又は７００ｍｇ超である、方法。
［３２］
インターカレーションホストが、２〜６Åの層間間隔を有する、上記態様３０又は３１に記載の方法。
［３３］
インターカレーションホストが、グラフェン、グラフェン酸化物、グラファイト酸化物、又はこれらの混合物から選択される、上記態様３０〜３２のいずれかに記載の方法。
［３４］
インターカレーションホストが、２６００ｍ2／ｇ超、１３００ｍ2／ｇ超、８５０ｍ2／ｇ超、６５０ｍ2／ｇ超、５３０ｍ2／ｇ超、又は４４０ｍ2／ｇ超の窒素ＢＥＴ表面積、及び水銀ポロシメトリー若しくは窒素脱着を用いて測定される、０．０１ｃｍ3／ｇ未満、０．１ｃｍ3／ｇ未満、０．５ｃｍ3／ｇ未満、１．０ｃｍ3／ｇ未満、又は２．０ｃｍ3／ｇ未満の１ｎｍ超の細孔の全細孔体積を有する、上記態様３０〜３３のいずれかに記載の方法。
［３５］
インターカレーションホストが、２〜１５Å、４〜１２Å、７〜１１Å、８〜１１Å、８〜１０Å、６〜９Å、５〜８Å、４〜８Å、２〜８Å、２〜６Å、３〜６Å、８〜１２Å、９〜１２Å、又は１０〜１４Åの層間間隔を有する、上記態様３０〜３４のいずれかに記載の方法。
［３６］
インターカレーションホストが、ｓｐ2混成炭素原子を含むか、又は本質的にこれからなる、１つ又はそれより多くの平坦な層である、上記態様３０〜３５のいずれかに記載の方法。
［３７］
尿素が、ＧＭ又はインターカレーションホストの剥離を生じさせる、上記態様１〜３６のいずれかに記載の方法。
［３８］
グラフェン系材料を含み、尿素を含む流体を受容するように構成されたデバイス。
［３９］
吸着中の流体の温度が、０℃〜５０℃、１０℃〜４０℃、２０℃〜４０℃、３０℃〜４０℃、４０℃未満、３０℃未満、２０℃未満、１０℃未満、０℃超、１０℃超、２０℃超、又は３０℃超である、上記態様１〜３８のいずれかに記載の方法。
［４０］
吸着中の流体のｐＨが、３〜１０、４〜１０、５〜１０、５〜９、６〜９、６〜８、７〜８、９未満、８未満、７未満、６未満、３超、５超、７超、又は８超である、上記態様１〜３９のいずれかに記載の方法。
［４１］
流体が、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、透析液、透析由来流体、血液透析液、腹膜透析液、プラスマフェレーシス由来流体、透析ろ過由来流体、限外ろ過由来流体、ろ過由来流体、拡散系プロセスにより生じた流体、対流系プロセスにより生じた流体、層流下のプロセスにより生じた流体、乱流下のプロセスにより生じた流体、又はこれらの任意の組み合わせの少なくとも１種、又はその混合物を含む、上記態様１〜４０のいずれかに記載の方法。
［４２］
ＧＭ又はインターカレーションホストが尿素を吸着し、水を通過させつつ、より大きい材料を物理的に排除する、上記態様１〜４１のいずれかに記載の方法。
［４３］
流体が患者に戻される、上記態様１〜４２のいずれかに記載の方法。
［４４］
プロセスが、透析が必要な患者の血液を処理することを含む、上記態様１〜４３のいずれかに記載の方法。
［４５］
プロセスが、腎疾患又は腎不全の症状を示す患者と関連した流体を処理することを含む、上記態様１〜４４のいずれかに記載の方法。
［４６］
方法が、腎疾患又は腎不全の兆候を示す患者の血液中の尿素の濃度を低減する、上記態様１〜４５のいずれかに記載の方法。
［４７］
流体が、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、及びヘマトクリットの少なくとも１種又はその混合物を含む、上記態様１〜４６のいずれかに記載の方法。
［４８］
流体が透析液を含む、上記態様１〜４７のいずれかに記載の方法。
［４９］
尿素を含む雰囲気にグラフェン系材料吸着剤を曝露すること；
ＧＭ吸着剤中又はその上に尿素を吸着させること；及び
雰囲気中の尿素の濃度を低減することを含む、方法。
［５０］
少なくとも１０質量％の尿素を含む、グラフェン系材料／尿素複合体。
［５１］
上記態様５０に記載の複合体に尿素を吸着させること、及び／又はそれから尿素を脱着することを含む、尿素の保存方法。
［５２］
多層グラフェン系材料を尿素と接触させること；
グラフェン系材料中の隣接する層の間に尿素を挿入すること；及び
グラフェン系材料を剥離することを含む、グラフェン系材料を剥離する方法。
［５３］
剥離することが、尿素以外の任意の剥離剤なしで起こる、上記態様５２に記載の方法。
［５４］
グラフェン系材料を、水性系において尿素と接触させる、上記態様５２又は５３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素を含む流体をグラフェン系材料粒子の塊と接触させること；
尿素の少なくとも一部をグラフェン系材料粒子中又はその上に吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を製造すること；及び
流体中の尿素の濃度を低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体中の尿素の量が、グラフェン系材料のグラム当たり２５ｍｇ超である、方法。
【請求項２】
流体が、水性流体、水、全血、血漿、処理された血液、保存血液、血清、プラスマ、凝固血液、坑凝固血液、遠心分離された血液、ヘマトクリット、生物学的ろ液、限外ろ過液、透析液、細胞外液、細胞内液、間質液、リンパ液、細胞間液、尿、尿由来の流体、農業排水、及び下水の少なくとも１種から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
流体中の尿素の濃度が、１０質量パーセント超低減される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
流体中のグラフェン系材料粒子のサスペンションを撹拌すること（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）、撹拌すること（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）、振動させること、超音波処理すること、流すこと、冷却すること、及び／又は加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
グラフェン系材料粒子を含むベッドを通して流体を流すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
グラフェン系材料が、２０：１〜１．５：１の炭素：酸素の原子比を有するグラフェン酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
グラフェン系材料がグラフェン凝集体である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
グラフェン系材料、活性炭、及び／又は改質活性炭により、流体の少なくとも１種の非尿素成分を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
尿素を含む透析液をグラフェン系材料と接触させること；
グラフェン系材料上又はグラフェン系材料中に尿素の少なくとも一部を吸着させて、グラフェン系材料／尿素複合体を形成すること；
透析液中の尿素の濃度を２５％超低減することを含み、
グラフェン系材料／尿素複合体が、少なくとも１０質量％の尿素を含む、方法。
【請求項１０】
透析液を活性炭と接触させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
透析液をグラフェン系材料と接触させることが、透析液中にグラフェン系材料粒子を分散させること、グラフェン系材料粒子を含むベッドに透析液を通すこと、グラフェン系材料を含むメンブレンに透析液を通すこと、及びグラフェン系材料を含むカラムに透析液を通すことから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
グラフェン系材料が、グラフェン凝集体又はグラフェン酸化物である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
グラフェン系材料／尿素複合体の少なくとも一部が、インターカレーションにより形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
グラフェン系材料／尿素複合体から尿素を除去することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
方法が、腎機能障害を示す患者の１つ又はそれより多くの組織由来の流体を精製するのに用いられる、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2018505733.tif 000021
2018505733.tif 000022
2018505733.tif 000023
2018505733.tif 000024
2018505733.tif 000025