CN102258946A - 一种低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于膜表面工程和生物分离工程领域，旨在提供一种低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法。该方法包括：血液透析膜材料预清洗处理；置于等离子体处理机腔内，先通入惰性气体再通入活化气体至气氛组成恒定，进行等离子体处理；浸入肝素溶液中，加入偶联剂振荡反应，用PBS缓冲溶液振荡清洗、清水反复清洗并滤干，即得低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。本发明通过特常压低温等离子活化改性处理方法引入活性反应基团，反应仅涉及材料表面，不影响材料的本体性能，同时又具有高效、低成本、低能耗、环保等特点；可以极大的改善高分子分离膜材料表面的亲水性和血液相容性，可以有效减小透析过程中的因膜污染引起堵塞效应。
Description
技术领域
本发明属于膜表面工程和生物分离工程领域，特别涉及到一种用于实现血液透析过程中低密度脂蛋白同步高效吸附净化的改性分离膜材料的制备方法。
背景技术
据国际肾脏病学会(ISN)和国际肾脏基金联盟(IFKF)联合发布公告，目前世界上超过5亿人患有不同类型的肾脏疾病；其中终末期肾脏病患者死于心脑血管疾病并发症的人数每年高达数百万。心血管疾病是肾功能衰竭的常见并发症，高达50％的尿毒症患者死于此并发症。事实上，尿毒症与心脑血管疾病互相影响，互为帮凶，只要对其中一种治疗和控制不利，都可造成恶性循环。因此，在治疗尿毒症过程中，对心血管疾病的控制也格外重要。发生心脑血管疾病的主要原因之一是动脉粥样硬化，流行病学研究和临床实践已证明，血液中低密度脂蛋白浓度病态过高时，会加速胆固醇在血管壁上沉积继而导致动脉粥样硬化。降低血液中低密度脂蛋白含量能明显改善血液流变性，是预防与治疗心脑血管疾病的有效途径。因此，近年来发展了多种血液净化技术以降低血液中低密度脂蛋白含量水平，其中体外循环法应用广泛，对于药物治疗及膳食控制无效的遗传性高胆固醇血症患者尤为适用。例如，CN200720071230.2、CN2005201180934、CN200620045686.7、CN200420021636.6、CN200320126896.5、CN02218667.0、CN01253799.3中公开了分离膜多重过滤的分离技术；CN200520072053.0中公开了血液灌流吸附分离技术；除此之外，临床使用的治疗方案还包括血浆置换、和体外肝素诱导沉淀等技术。
低密度脂蛋白亲和吸附血液净化技术的核心是低密度脂蛋白吸附材料，已有大量产品问世，例如，CN200710061324.6公开了以壳聚糖、纤维素或聚乙烯醇微球为载体，固定磷酸盐配基制得低密度脂蛋白吸附材料；CN200610095179.9公开了以肝素及其衍生物或类肝素固定于高分子载体表面的吸附材料，CN200610200095.7公开了以牛磺酸及吲哚乙酸两种吸附功能基的吸附材料，CN200610039132.0公开了以活化硫酸右旋糖苷钠盐、聚丙烯酸、聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)或氯磺酸带有负电荷的吸附剂；CN200480000567.3公开了以色氨酸衍生物和聚阴离子化合物的吸附剂。这些吸附材料主要为带负电荷的高分子材料，并且均具有生物相容性好，选择性高，价格低廉等特点。其中肝素作为聚阴离子酸性粘多糖，其分子链上的丰富羟基、羧基、磺酸基等负电性基团能与低密度脂蛋白发生特异性结合作用；此外，肝素还具有生物相容性好、抗凝血等特点，符合配体要求。目前，临床上采用肝素诱导的体外低密度脂蛋白沉淀治疗方法中，由于肝素是游离的，在治疗循环过程中，不可避免因肝素过量使用而部分残留随血液进入人体内，可能会引起出血、不凝血等副作用。另外，对于患有心脑血管疾病的尿毒症患者所采取的血液透析和血液净化联合治疗方法，仍存在诸如治疗过程繁琐冗长、操作复杂、价格昂贵以及患者蛋白质流失严重等一系列现实问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，制备一种可实现血液透析过程中低密度脂蛋白同步高效吸附净化的改性分离膜材料。为了解决技术问题，本发明以血液透析膜为载体，采用表面等离子体法对聚砜非对称膜进行表面处理后，通过共价键直接将具有优异生物相容性的肝素构筑于膜表面，该法极大地简化了低密度脂蛋白吸附材料的制备过程，所制备血液透析蛋白亲和膜对非目标蛋白具有高阻抗性、对低密度脂蛋白具有高选择性的智能仿生表面，并且能够实现在透析过程中利用膜表面选择性吸附实现低密度脂蛋白高效分离净化。
本发明中低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将血液透析膜材料用溶剂进行预清洗，除去吸附在膜表面的杂质后，自然晾干；所述溶剂为丙酮、乙醇中的一种或任意比例的混合物；
(2)将经过预清洗处理的血液透析膜材料置于等离子体处理机腔内，先通入惰性气体1～5分钟，然后通入活化气体至气氛组成恒定，再开启电源进行等离子体处理30～300秒；所述的活化气体为氨气、二氧化碳中的一种或任意比例的混合物；
(3)将经过等离子体处理的血液透析膜材料浸入肝素溶液中，加入偶联剂在25～30℃下振荡反应12～24h；反应结束后取出，用pH 7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗并滤干，即得低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料；
所述肝素溶液为肝素溶于pH＝4.0～5.0的柠檬酸缓冲溶液，其中肝素溶液浓度为0.1～1克/升；所述偶联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺组成的偶联体系，其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素1～5倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1～5∶1。
本发明步骤(1)中所述溶剂为丙酮、乙醇中的一种或任意比例的混合物。
本发明步骤(1)中，所述的血液透析膜材料为：聚砜中空纤维超滤膜、聚醚砜中空纤维超滤膜或聚丙烯腈中空纤维超滤膜其中的任意一种。
本发明步骤(2)中，所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或任意比例的混合物。
本发明步骤(2)中，进行等离子体处理时，将预清洗的血液透析膜材料置于常压介质等子体处理机腔内的上下极板之间，先向常压介质等子体处理机腔内通入惰性气体1～5分钟，再通入活化气体至常压介质等子体处理机腔内气氛组成恒定，开启等离子体处理机电源，调整电压10～30V，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理；处理30～300秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从常压介质等子体处理机反应腔内取出。本发明此处的常压是指1atm/大气压(76cmHg)，低温是指室温。
本发明的有益效果是：
(1)通过特常压低温等离子活化改性处理方法引入活性反应基团，反应仅涉及材料表面，不影响材料的本体性能，同时又具有高效、低成本、低能耗、环保等特点；
(2)将具有优异生物相容性和良好抗凝血功能的肝素固定于血液透析膜表面，可以极大的改善高分子分离膜材料表面的亲水性和血液相容性，可以有效减小透析过程中的因膜污染引起堵塞效应，从而提高透析效率；同时还可以显著减少血液蛋白因在膜表面非特异性吸附而造成的流失；
(3)所制得得血液透析膜能在血液透析的过程中实现低密度脂蛋白的高效选择性分离，为具有血液中低密度脂蛋白净化功能与血液透析功能的多功能膜材料；
(4)所选用的膜基材具有优良的抗氧化性、热稳定性和机械性能，是优异的血液透析膜基材。
具体实施方式
以下实施实例对本发明做更详细的描述，但所述实例不构成对本发明的限制。
实施例1
聚砜膜用丙酮浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去丙酮。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氩气并维持1分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压30伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理30秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝4.0、肝素浓度为0.1克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素1倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.17微克/平方厘米、膜表面水接触角为66℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例2
聚砜膜用乙醇浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去乙醇。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氩气并维持3分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压20伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理60秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝4.5、肝素浓度为0.5克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素2倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为2∶1；在25℃下振荡反应16小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.45微克/平方厘米、膜表面水接触角为54℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例3
聚砜膜用乙醇浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去乙醇。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氦气并维持5分钟，再通入二氧化碳并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压20伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理120秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝5.0、肝素浓度为0.6克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素4倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为4∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.66微克/平方厘米、膜表面水接触角为47℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例4
聚醚砜膜用丙酮浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去丙酮。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氦气并维持1分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压10伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理90秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝4.0、肝素浓度为04克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素3倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为3∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.38微克/平方厘米、膜表面水接触角为56℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例5
聚醚砜膜用乙醇浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去乙醇。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氮气并维持3分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压20伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理120秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝5.0、肝素浓度为0.8克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素4倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为4∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.49微克/平方厘米、膜表面水接触角为52°的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例6
聚醚砜膜用乙醇浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去乙醇。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氩气并维持5分钟，再通入二氧化碳并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压20伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理180秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝4.0、肝素浓度为1.0克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素5倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为5∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.77微克/平方厘米、膜表面水接触角为43°的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料
实施例7
聚丙烯腈膜用丙酮浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去丙酮。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氩气并维持3分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压30伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理180秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝5.0、肝素浓度为0.8克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素5倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为5∶1；在25℃下振荡反应16小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.84微克/平方厘米、膜表面水接触角为37℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例8
聚丙烯腈膜用乙醇浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去乙醇。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氮气并维持5分钟，再通入氨气并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压30伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理300秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝5.0、肝素浓度为1.0克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素5倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为5∶1；在25℃下振荡反应12小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.93微克/平方厘米、膜表面水接触角为32℃的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
实施例9
聚丙烯腈膜用丙酮浸泡清洗，以除去吸附在膜表面的杂质，真空干燥除去丙酮。将预处理后的膜样品置于等离子体处理机腔内的上下极板之间，先通入氦气并维持5分钟，再通入二氧化碳并维持机腔内气氛组成恒定，其后开启等离子体处理机电源，调整电压30伏，待电流稳定后进行常压低温等离子体处理120秒后，关闭电源与气体阀门，将膜样品从反应腔内取出。用丙酮清洗三次，真空干燥，然后置于干燥器中备用。将经过等离子体处理的膜样品浸入pH＝5.0、肝素浓度为0.8克/升的柠檬酸缓冲溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺偶联；其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素4倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为4∶1；在25℃下振荡反应16小时。反应结束后，取出用pH＝7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗，滤干，即得肝素固定化密度为0.72微克/平方厘米、膜表面水接触角为41°的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料。
表1不同改性膜材料表面性能数据
| 实施例序号 | 聚合物膜材料 | 肝素固定化密度(微克/平方厘米) | 水接触角(°) |
| 1 | 聚砜 | 0.17 | 66 |
| 2 | 聚砜 | 0.45 | 54 |
| 3 | 聚砜 | 0.66 | 47 |
| 4 | 聚醚砜 | 0.38 | 56 |
| 5 | 聚醚砜 | 0.49 | 52 |
| 6 | 聚醚砜 | 0.77 | 43 |
| 7 | 聚丙烯腈 | 0.84 | 37 |
| 8 | 聚丙烯腈 | 0.93 | 32 |
| 9 | 聚丙烯腈 | 0.72 | 41 |
Claims (5)
1.一种低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将血液透析膜材料用溶剂进行预清洗，除去吸附在膜表面的杂质后，自然晾干；
(2)将经过预清洗处理的血液透析膜材料置于等离子体处理机腔内，先通入惰性气体1～5分钟，然后通入活化气体至气氛组成恒定，再开启电源进行等离子体处理30～300秒；所述的活化气体为氨气、二氧化碳中的一种或任意比例的混合物；
(3)将经过等离子体处理的血液透析膜材料浸入肝素溶液中，加入偶联剂在25～30℃下振荡反应12～24h；反应结束后取出，用pH 7.0的PBS缓冲溶液振荡清洗三遍，清水反复清洗并滤干，即得低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料；
所述肝素溶液为肝素溶于pH＝4.0～5.0的柠檬酸缓冲溶液，其中肝素溶液浓度为0.1～1克/升；所述偶联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺组成的偶联体系，其中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐的用量为肝素1～5倍摩尔当量，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1～5∶1。
2.根据权利要求1所述的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为丙酮、乙醇中的一种或任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的血液透析膜材料为：聚砜中空纤维超滤膜、聚醚砜中空纤维超滤膜或聚丙烯腈中空纤维超滤膜其中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的低密度脂蛋白亲和吸附血液透析膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中进行等离子体处理时，控制电压为10～30V，待电流稳定后进行等离子体处理。
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