CN101357963A - 用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法 - Google Patents
用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于胆红素吸附的聚苯乙烯－二乙烯基苯微球，直径在5μm－25μm范围内可控且呈单分散和多孔、比表面积为200－800m2/g，微球是分别以苯乙烯和二乙烯基苯为单体和交联剂，甲苯、乙苯、正庚烷、正辛烷、正庚醇或上述物质之间的混合物为致孔剂采用种子乳液溶胀聚合方法制备。微球的制备方法，将种子溶液与单体、交联剂和致孔剂所制备的乳浊液一步溶胀聚合而成，微球应用于溶液或血液中胆红素的吸附。本发明的优点：直径分散均匀，大小在一定范围可控；制备过程简单，重复性好，可规模化制备；制备的微球对于溶液中或者血液中的胆红素具有非常高效的吸附或去除作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于吸附胆红素的直径具有单分散特点的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备及其应用于对溶液或血液中胆红素的吸附。
背景技术
胆红素是血红细胞中血红素的代谢产物，是人体肝脏功能是否正常的重要指标之一。血液中高含量胆红素的去除是医学界一直关注的焦点之一。用于去除血液中胆红素的医用吸附材料的制备是此焦点的关键技术。
在重症肝病、肝硬化或新生儿高未结合胆红素血症的治疗所采用的血液净化治疗方法中，高分子微球树脂材料由于具有良好的对血液中有害成分如胆红素的去除效果，已经被用于血液净化治疗。引自文献：S.R.Ash，T.A.Sullivan，D.J.Carr；Therapeutic Apheresis and Dialysis；2006，.10，145：153 Sorbent Suspensions vs.Sorbent Columns forExtracorporeal Detoxification in Hepatic Failure；P.Krisper，R.E.Stauber；Nature Clinical Practice Nephrology；2007，3，267：276Technology Insight：artificial extracorporeal liver support-howdoes Prometheus compare with MARS？；但是现有高分子树脂材料由于其直径呈多分散特点，导致其堆积体积较大，在临床应用中要达到所需的吸附效果，需要较大体积的吸附剂，从而使治疗过程中，患者体外循环的血液量增大，容易诱发低血压等治疗副作用，不利于治疗。直径呈单分散特点的高分子微球，具有紧密堆积特点，比较之下相同质量的材料具有更小的体积，这对于减少吸附剂体积，减缓或消除治疗副作用具有积极作用，此制备方法研究及其胆红素吸附应用具有现实意义。
对于高分子微球材料的制备，其经典方法包括乳液聚合、无皂乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合、悬浮聚合、种子溶胀聚合以及膜乳化悬浮聚合等等。摘自文献：A.J.Paine，W.Luymes，J.McNulty；Macromolecules；1990，23，3104：3109 Dispersion Polymerization ofStyrene in Polar Solvents.6.Influence of Reaction Parameters onParticle Size and Molecular Weight in Poly(N-vinylpyrrolidone)-Stablized Reactions；J.Ugelstad；T.Ellingsen；A.Berge et.al.；Advances in Colloid and InterfaceSciences；1980，13，101：140 Swelling of Oligomer-Polymer Particle.NewMethod of Preparation of Emulsions and Polymer Dispersions；所得的高分子微球直径尺寸分布从纳米级到微米级甚至毫米级；其形态分为凝胶型和多孔型；其直径分散特点呈现单分散和多分散；根据单体的种类可分为聚苯乙烯类、聚丙烯酸酯类和环氧树脂类等等。
在众多高分子微球材料中，单分散多孔的交联高分子微球由于具有尺寸均一、高比表面积，紧密堆积和物理化学稳定性等优点而被广泛用作色谱分离以及各种吸附用途。但是，直径单分散、多孔且高比表面积的交联高分子微球的制备和在溶液或血液中胆红素的高效去除方面的应用尚未见报道。
发明内容
本发明目的在于制备一种直径具有单分散特点的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球及其应用于对胆红素的吸附。
一种用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，其特征在于：所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球直径在5μm-25μm范围内可控且呈单分散和多孔、比表面积为200-800m2/g，所述微球是分别以苯乙烯和二乙烯基苯为单体和交联剂，甲苯、乙苯、正庚烷、正辛烷、正庚醇或上述物质之间的混合物为致孔剂采用种子乳液溶胀聚合方法制备的。
所采用的种子微球为单分散聚苯乙烯种子微球，其尺寸分布于1μm-6μm之间，所述的种子微球具有线性不交联结构，可溶于苯乙烯、二乙烯基苯高分子单体溶液或甲苯、四氢呋喃的溶剂。
将种子溶液与单体、交联剂和致孔剂所制备的乳浊液一步溶胀聚合而成，其中种子与由单体、交联剂和致孔剂所组成的油相的质量比在为1∶10-200之间，溶胀所使用的搅拌速度为150r.p.m.-180r.p.m.之间，溶胀温度在25℃-35℃之间，溶胀时间为20小时-24小时之间，反应温度为60℃-80℃之间。
所述的种子溶液中种子的质量体积比为1∶100-1∶20之间。
所采用的单分散聚苯乙烯种子微球的制备采用分散聚合方法，分散溶剂为甲醇、乙醇，正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇或及其与水按照比例在100∶0至80∶20之间比例的混和溶剂，所使用的单体为高纯度苯乙烯。
所述的乳浊液为体积比为1∶10-1∶5之间的油相和水相在超声波作用下乳化而制备，油相由单体苯乙烯、单体二乙烯基苯交联剂和致孔剂组成，水相由高分子稳定剂和乳化剂组成，油相中单体、交联剂与致孔剂质量比为40∶60-70∶30之间，单体与交联剂的质量比为95∶5-70∶30之间，水相中使用的高分子稳定剂为聚乙烯醇，乳化剂为十二烷基硫酸钠，聚乙烯醇分子量分布于20000-100000之间，聚乙烯醇的水解度为80％-90％之间，十二烷基硫酸钠占水相的质量体积分数在0.05％-2％之间。
所述的分散聚合方法使用聚乙烯吡咯烷酮为高分子稳定剂，TritonX-100为助稳定剂，聚乙烯吡咯烷酮分子量为为30000-150000，稳定剂占整个分散聚合体系的的质量体积百分数为5％-30％w/v，助稳定剂TritonX-100占反应体系的质量体积百分数为0-20％w/v。
所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球应用于溶液或血液中胆红素的吸附。
本发明采用的技术方案为：
以种子乳液溶胀聚合方法制备直径具有单分散特点的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球。所制备微球用于对胆红素的高效吸附。
制备方案包含聚苯乙烯种子高分子微球的制备和聚苯乙烯种子微球吸收苯乙烯-二乙烯基苯单体及致孔剂乳液溶胀聚合两个阶段。
使用的种子直径具有分布均一的单分散特点。制备和使用的种子直径在0.5μm-10μm之间，最好控制在1μm-6μm之间。
使用的种子采用分散聚合方法制备。该分散聚合反应所包含的反应组分包括分散溶剂、反应单体、热引发剂、稳定剂、助稳定剂。
制备种子的分散聚合方案所使用的溶剂为极性溶剂，包括甲醇、乙醇，正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇或及其与水的混和溶剂。分散溶剂占反应体系体积百分数为60％-98％(v/v)。醇类与水的混和溶剂中水的体积百分数为0-20％(v/v)。
分散聚合所使用的反应单体为高纯度苯乙烯，纯度不低于99％，分散聚合所使用的单体不含具有交联功能单体。单体苯乙烯占反应体系的体积百分比为2％-40％(v/v)。
分散聚合所制备的聚苯乙烯种子微球是具有线性结构，不含支链和交联结构的直链高分子聚合物。分散聚合所制备的苯乙烯种子微球可溶于苯乙烯、二乙烯基苯等高分子单体溶液或甲苯、四氢呋喃等溶剂。分散聚合所制备的苯乙烯种子微球具有吸附苯乙烯、二乙烯基苯等高分子单体或结构类似物质或其它具有油溶性物质。
分散聚合所使用的引发剂为偶氮二异丁氰或过氧化苯甲酰等热引发剂。热引发剂相对于单体的质量百分数为0.5％-5％。
分散反应所使用的反应温度在50℃-90℃之间。聚合时间为10-30小时，最好为20-30小时，机械搅拌速度为50r.p.m.-200r.p.m.之间。
分散聚合反应所使用的稳定剂为高分子稳定剂，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、羟丙基纤维素等，最好为聚乙烯吡咯烷酮。聚乙烯吡咯烷酮分子量为10000-200000。所使用的稳定剂占整个分散聚合体系的的质量体积百分数为2％-50％(w/v)。
分散聚合反应所使用的助稳定剂为Triton X-35、Triton X-100、Aerosol OT-100等，所使用的助稳定剂占反应体系的质量体积百分数为0-30％(w/v)。
分散聚合制备的直径单分散聚苯乙烯种子经无水乙醇洗涤数次后真空40℃干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备是通过聚苯乙烯种子微球吸收由苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热引发剂、高分子稳定剂、乳化剂构成的乳液溶胀后在一定温度下热引发聚合而成。
苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热引发剂、高分子稳定剂、乳化剂构成的乳液(一下简成为乳液)为由苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热引发剂构成的油相与一定体积比的水相在一定功率超声波作用下超声乳化制备。
乳液由体积比为1∶20-1∶4之间的油相和水相在超声波作用下乳化而成。水相由高分子稳定剂和乳化剂溶于水制备，其中高分子稳定剂为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，最好为聚乙烯醇。聚乙烯醇分子量分布于10000-200000之间。聚乙烯醇的水解度为75％-95％之间。乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯基磺酸钠或十二烷基磺酸钠。高分子稳定剂占水相溶液的质量体积百分数在0.2％-5％之间。乳化剂占水相溶液的质量体积分数在0.05％-2％之间。
乳液制备过程所使用的超声波功率为50W-400W之间，超声时间为2秒-20秒之间，超声次数为20次-80次之间。
油相由苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热引发剂组成。其中苯乙烯和二乙烯基苯单体与致孔剂的质量比为30∶70-80∶20之间。所使用的单体为高纯度苯乙烯，纯度不低于99％；所使用的二乙烯基苯单体是含量为80％异构体混合物。致孔剂通常为甲苯、乙苯、正己烷、正庚烷、正辛烷、正庚醇或上述致孔剂之间不同体积比的混合物等。单体中苯乙烯与二乙烯基苯的质量比为98∶2-90∶10之间。热引发剂为偶氮二异丁氰或过氧化苯甲酰，热引发剂占单体的质量百分数为0.5％-5％之间。
所使用的种子由一定质量的种子分散于一定体积的水相制备，所使用的种子由前述方法所制备，所使用的水相与前面所述水相相同，使用的种子质量由种子与前面所述油相的质量比决定，通常质量比在1∶5-1∶500之间。种子与油相的质量比不同将导致最后制备的单分散苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球的直径的大小不同。种子溶液中种子的质量体积比通常为1∶400-1∶10之间。
溶胀微球是在一定的机械搅拌和一定的温度下将乳液加入到种子溶液中溶胀一定的时间而制备。搅拌速度通常为100r.p.m.-200r.p.m.之间，最好为150r.p.m.-180r.p.m.之间。溶胀温度为20℃-40℃，最好为25℃-35℃之间。溶胀时间通常为10小时-30小时之间，最好为20小时-24小时之间。
溶胀微球在一定温度下热引发聚合一定时间得到产物高分子微球，聚合反应温度在50℃-90℃之间。聚合时间通常为10-30小时之间。所制备微球依次用乙醇、丙酮和四氢呋喃和热水洗涤，然后用无水乙醇索氏提取20小时-24小时，最后在40℃真空干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球(以下简称高分子微球)对溶液中胆红素的吸附过程是通过将高分子微球装填到一定体积的固相萃取装置中，然后将胆红素溶液在压力作用下通过高分子微球。通过紫外光谱法测定吸附后溶液吸光值，比较胆红素溶液吸附前后吸光值变化情况评价吸附效果。所有操作在红光灯下进行或蔽光进行。
本发明的优点：
直径分散均匀，大小在一定范围可控；制备过程简单，重复性好，可规模化制备；制备的微球对于溶液中或者血液中的胆红素具有非常高效的吸附或去除作用。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为聚苯乙烯种子微球扫描电镜图片；
图2为单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔微球扫描电镜图；
图3为胆红素吸附效果示意图。
具体实施方案
实施例1
聚苯乙烯种子高分子微球的制备：
0.624g聚乙烯吡咯烷酮、290mg偶氮二异丁氰溶于32mL 95％(v/v)乙醇水溶液中，加入8mL苯乙烯单体，在0℃-20℃温度下超声溶解，得到透明溶液，该溶液用高纯氮气鼓泡吹扫30min，置换氧气。在70℃和机械搅拌下(搅拌速度为150r.p.m.)反应24小时，得到直径约为4.8μm(如图1所示)的单分散聚苯乙烯微球。数次乙醇洗涤除去残留反应物，得到纯净聚苯乙烯微球，在40℃真空干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备：
0.15g种子(直径约4.8μm)均匀分散于5mL含聚乙烯醇(分子量：13000-23000，水解度87％-89％)为1％(w/w)，含十二烷基硫酸钠为0.2％的水溶液中，制备得到种子溶液。
140mg偶氮二异丁氰溶于3.5g致孔剂甲苯中，加入2.0g苯乙烯单体和1.5g二乙烯基苯单体，混和均匀后，加入70mL含聚乙烯醇(分子量：13000-23000，水解度87％-89％)为1％，含十二烷基苯硫钠为0.2％的水溶液，得到油水分离的两相溶液，并在超声乳化(超声5秒，间隔5秒，重复30次)得乳浊液。
将制备的乳浊液在机械搅拌(搅拌速度为100r.p.m.)下，一次性加入种子溶液中，于30℃溶胀24小时。得到溶胀微球，升温至70℃，反应24小时，得到直径约为15μm(如图2所示)的单分散苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球，将得到的高分子微球用无水乙醇、丙酮和水洗涤除去未反应物质和杂质，最后用乙醇索氏提取24小时，在40℃真空干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球用于胆红素的吸附：
胆红素溶液配制及吸光值测定：
10mg胆红素，溶于2mL二甲基亚砜和1mL 0.1M碳酸钠(经氮气鼓泡吹扫除氧气)溶液中，向得到的溶液中加入浓度为50mM，pH为7.84的磷酸纳缓冲溶液定容于50mL，得到浓度为200mg/L的胆红素溶液，该溶液吸光值在438nm处为3.7146。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球对胆红素的吸附：
75mg单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球装填于2.5mL固相萃取装置中，取15mL(1)中所配制的浓度为200mg/L的胆红素溶液，在压力下通过高分子微球柱床，胆红素被高分子微球吸附后，得到的滤过溶液在438nm处测定其吸收值为0.0121，结果如图3所示。经计算，所制备的微球对15mL浓度为200mg/L的胆红素溶液中胆红素去除率高达99.92％。
实施例2
聚苯乙烯种子高分子微球的制备：
0.624g聚乙烯吡咯烷酮、290mg偶氮二异丁氰溶于32mL 95％(v/v)乙醇水溶液中，加入8mL苯乙烯单体，在0℃-20℃温度下超声溶解，得到透明溶液，该溶液用高纯氮气鼓泡吹扫30min，置换氧气。在70℃和机械搅拌下(搅拌速度为150r.p.m.)反应24小时，得到直径约为4.8μm(如图1所示)的单分散聚苯乙烯微球。数次乙醇洗涤除去残留反应物，得到纯净聚苯乙烯微球，在40℃真空干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备：
0.1g种子微球(直径约4.8μm)均匀分散于5mL含15％(w/v)聚乙烯吡咯烷酮(分子量：40000)和0.25％十二烷基硫酸钠的水溶液中，制备得到种子溶液。
140mg偶氮二异丁氰溶于3.5g致孔剂中，加入1.75g苯乙烯单体和1.75g二乙烯基苯单体，混和均匀后，加入70mL含聚乙烯吡咯烷酮(分子量：40000)为15％(w/v)，含十二烷基硫酸钠为0.25％的水溶液，所得两相溶液经超声乳(超声5秒，间隔5秒，重复30次)得乳浊液。
将制备的乳浊液在机械搅拌下(搅拌速度为100r.p.m.)一次性加入种子溶液中，于30℃溶胀24小时。得到溶胀微球，升温至70℃，反应24小时，得到直径约为20μm的单分散苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球，所得微球经无水乙醇、丙酮和水洗涤去除未反应物和杂质，最后用乙醇索氏提取24小时，在40℃真空干燥24小时后备用。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球用于胆红素的吸附：
胆红素溶液配制及吸光值测定：
10mg胆红素，溶于2mL二甲基亚砜和1mL 0.1M碳酸钠(经氮气鼓泡吹扫除氧气)溶液中，向得到的溶液中加入浓度为50mM，pH为7.84的磷酸纳缓冲溶液定容于50mL，得到浓度为200mg/L的胆红素溶液，该溶液吸光值在438nm处为3.7146。
单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球对胆红素的吸附：
75mg单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯交联多孔高分子微球装填于2.5mL固相萃取装置中，取15mL(1)中所配制的浓度为200mg/L的胆红素溶液，在压力下通过高分子微球柱床，胆红素被高分子微球吸附后，得到的滤过溶液在438nm处测定其吸收值为0.0121，结果如图3所示。经计算，所制备的微球对15mL浓度为200mg/L的胆红素溶液中胆红素去除率高达99.92％。
Claims (8)
1、一种用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，其特征在于：所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球直径在5μm-25μm范围内可控且呈单分散和多孔、比表面积为200-800m2/g，所述微球是分别以苯乙烯和二乙烯基苯为单体和交联剂，甲苯、乙苯、正庚烷、正辛烷、正庚醇或上述物质之间的混合物为致孔剂采用种子乳液溶胀聚合方法制备的。
2、按照权利要求1所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，其特征在于：所采用的种子微球为单分散聚苯乙烯种子微球，其尺寸分布于1μm-6μm之间，所述的种子微球具有线性不交联结构，可溶于苯乙烯、二乙烯基苯高分子单体溶液或甲苯、四氢呋喃的溶剂。
3、一种权利要求1所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于：将种子溶液与单体、交联剂和致孔剂所制备的乳浊液一步溶胀聚合而成，其中种子与由单体、交联剂和致孔剂所组成的油相的质量比在为1∶10-200之间，溶胀所使用的搅拌速度为150r.p.m.-180r.p.m.之间，溶胀温度在25℃-35℃之间，溶胀时间为20小时-24小时之间，反应温度为60℃-80℃之间。
4、按照权利要求3所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于：所述的种子溶液中种子的质量体积比为1∶100-1∶20之间。
5、按照权利要求3所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于：所采用的单分散聚苯乙烯种子微球的制备采用分散聚合方法，分散溶剂为甲醇、乙醇，正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇或及其与水按照比例在100∶0至80∶20之间比例的混和溶剂，所使用的单体为高纯度苯乙烯。
6、按照权利要求3所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于：所述的乳浊液为体积比为1∶10-1∶5之间的油相和水相在超声波作用下乳化而制备，油相由单体苯乙烯、单体二乙烯基苯交联剂和致孔剂组成，水相由高分子稳定剂和乳化剂组成，油相中单体、交联剂与致孔剂质量比为40∶60-70∶30之间，单体与交联剂的质量比为95∶5-70∶30之间，水相中使用的高分子稳定剂为聚乙烯醇，乳化剂为十二烷基硫酸钠，聚乙烯醇分子量分布于20000-100000之间，聚乙烯醇的水解度为80％-90％之间，十二烷基硫酸钠占水相的质量体积分数在0.05％-2％之间。
7、按照权利要求5所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于：所述的分散聚合方法使用聚乙烯吡咯烷酮为高分子稳定剂，Triton X-100为助稳定剂，聚乙烯吡咯烷酮分子量为为30000-150000，稳定剂占整个分散聚合体系的的质量体积百分数为5％-30％w/v，助稳定剂Triton X-100占反应体系的质量体积百分数为0-20％w/v。
8、一种权利要求1所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，其特征在于：所述的用于胆红素吸附的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球应用于溶液或血液中胆红素的吸附。
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Assignee: Weihai Weigao Blood Purification Product Co., Ltd. Assignor: Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2011370000313 Denomination of invention: Preparation method of polystyrene-divinylbenzene microspheres for bilirubin adsorption License type: Exclusive License Open date: 20090204 Record date: 20110707 |
|
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090204 |