CN102614556A - 一种高效滤除白细胞的组合滤膜及其制法和白细胞过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效滤除白细胞的组合滤膜及其制法和白细胞过滤器，组合滤膜采用两层聚酯纤维无纺布夹一层玻璃纤维膜制成，用丙烯酸类共聚物涂覆，使两种不同纤维结合更牢固，经高温蒸汽灭菌后组合滤膜亲水性保持不变，玻纤表面涂覆的均匀态共聚物因高温灭菌溶化、收缩呈“珍珠样”分布，裸露出玻璃本体。玻璃本体表面带正电荷，白细胞带负电荷，正负电荷相互吸引，组合滤膜滤除白细胞的能力显著增高。用组合滤膜作为精滤膜，替代部分聚酯无纺布作为过滤介质装配在白细胞过滤器中，能够实现全血在线过滤，白细胞的滤除率超过99.99％。

Description

一种高效滤除白细胞的组合滤膜及其制法和白细胞过滤器

技术领域

本发明涉及白细胞过滤器的应用领域，具体地说涉及一种高效滤除白细胞的组合滤膜及其制法，以及用含有组合滤膜制成的白细胞过滤器，用于全血在线过滤。

背景技术

输血过程中去除白细胞有许多益处，现在已成为人们的共识，目前常用最有效的方法是采用白细胞过滤器。第一代白细胞过滤器(1log滤除率)，能够防止非溶血性发热反应；第二代白细胞过滤器(2log滤除率)，能够防止以白细胞为宿主的病毒传染；第三代白细胞过滤器(3log滤除率)，能够防止HLA免疫反应。随着基础医学的发展，人们发现白细胞4log滤除率(即白细胞的去除率达到99.99％)，能够稳定受血者的免疫调节，同时，4log滤除率是许多发达国家对白细胞过滤器提出的质量标准。

现代科学发现白细胞在储存过程中会释放多种细胞因子，引起病人类过敏样反应，白细胞在抗凝全血中储存72小时后会发生凋亡、产生白细胞碎片。美国FDA建议采血后72小时内滤除白细胞，称之为储存前过滤(Pre-storage Filtration)。在应用时多数血液中心是在采集全血后6小时内过滤白细胞，过滤后血液经过离心制得新鲜血液成分。

现在白细胞过滤技术发展的另一个特征为白细胞过滤器安装在塑料四联袋上，实现全血在线(in-line)过滤。但是目前我国大多数企业生产的白细胞过滤器为全血储存后过滤型，也称为床边型(Bed-side Type)，它的特点是血液先保存、后过滤，其缺陷是白细胞在贮存期会释放大量代谢产物、多种白细胞因子、会引起病人类过敏样输血反应。

随着我国医疗卫生水平逐步提高，国家强调各种医疗产品要与国际水平接轨，在国内发展和推行储存前过滤白细胞及4log去除白细胞是白细胞过滤技术研究和发展的方向。目前国内生产的白细胞过滤器的过滤介质多数用电晕法进行表面处理，电晕法处理的过滤介质随着时间的推移会发生电晕衰减，而且环境温度越高，电晕衰减越快，通常电晕法处理的聚酯纤维无纺布作为过滤介质在使用时表现为亲水性下降，血液过滤速度降低，会发生过滤性阻塞，有部分产品通过肉眼可见无纺布过滤膜上出现明显白色斑块，因此经电晕法处理的过滤膜不适用于高温灭菌，也就不能够实现全血在线过滤。

鉴于电晕法的缺陷，为了提高无纺布的亲水性、改变无纺布表面带电荷状况，有些生产企业用丙烯酸类共聚物涂覆无纺布。但是在高温灭菌条件下外涂的共聚物会发生玻璃化改变，导致共聚物所带的正电荷下降，降低了滤膜对白细胞的吸附力，最终结果使得白细胞过滤器的滤除率下降，不能达到3log去除白细胞的基本要求。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种性能稳定、适用于高温灭菌且高效滤除白细胞的组合滤膜；本发明第二个目的是提供所述组合滤膜的制备方法；本发明第三个目的是提供上述组合滤膜制成的过滤器，用于对全血中的白细胞进行在线过滤，并实现高效滤除白细胞；本发明最后一个目的是提供上述白细胞过滤器的应用。

对于一种高效滤除白细胞的组合滤膜，包括两层无纺布、以及夹在两层无纺布之间的玻璃纤维膜，所述无纺布外涂覆丙烯酸类共聚物。

本发明所述的无纺布为聚酯纤维无纺布，本发明所述的丙烯酸类共聚物配成合适的浓度，浸润无纺布和玻璃纤维膜，涂覆在纤维膜表面。所述丙烯酸类共聚物为若干丙烯酸单体或丙烯酸酯单体及其衍生物构成，通过共聚、交联、等方式合成共聚物。所述丙烯酸类共聚物通过共聚合成，它具有医用高分子材料必备的一般特性，又突出表现为亲水性和带正电性，可以吸附带负电荷的白细胞。作为本发明的优选方案，所述丙烯酸类共聚物包括甲基丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸胺乙酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体。

本发明利用两层无纺布和一层玻璃纤维膜制成“夹心”式组合滤膜，所述玻璃纤维膜和无纺布的质量比为0.54～2.80∶1。

作为本发明的优选方案，所述玻璃纤维膜采用无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维制成；作为本发明的最优方案，所述玻璃纤维膜采用无碱玻璃纤维制成。

所述玻璃纤维的直径为0.5～5μm。作为本发明的优选方案，所述玻璃纤维的直径为0.5～3μm。

所述组合滤膜的平均孔径为10～15μm。

对于本发明一种高效滤除白细胞的组合滤膜的制备方法，在一层无纺布上均匀浇洒玻璃纤维浆液，负压抽吸，再覆盖上另一层无纺布，经热辊碾压、烘干，然后浸润在丙烯酸类共聚物的溶液中，浸润一段时间后取出烘干制得。

所述丙烯酸类共聚物溶液是丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸氨乙酯共聚合成的醇溶液，过滤介质经过浸润，负压抽吸，烘干，使共聚物以固态形式保留在纤维表面。

本发明所述丙烯酸类共聚物溶液浓度为1～9mg/ml，浸润时间为25～40分钟。作为本发明的优选方案，所述共聚物溶液的浓度为3～5mg/ml，浸润时间为30分钟。

对于本发明的白细胞过滤器，包括设有入口和出口的密封壳体，该壳体是由上下两半组合焊接密封而成，所述壳体内靠近出口处设有如前文所述组合滤膜制成的若干层精滤膜。

本发明可将组合滤膜制成的精滤膜单独使用，也可从成本和效果综合考虑，配合以粗滤膜组合使用。所述壳体内靠近入口处设有若干层粗滤膜；所述粗滤膜是将无纺布浸润在丙烯酸类共聚物的溶液中取出烘干制得；所述粗滤膜的平均孔径为25～35μm，精滤膜平均孔径为10～15μm。

作为本发明的优选方案，所述过滤器含有3～5层精滤膜和15～17层粗滤膜。每副过滤器中，以固态形式保留在精滤膜和粗滤膜表面的共聚物质重为40～50mg。

本发明所述的白细胞过滤器安装在塑料四联袋系统中，以实现全血在线过滤。所述塑料四联袋：包括A袋、B袋、C袋和D袋，A袋中含抗凝剂、B袋、C袋为塑料转移袋、D袋中含红细胞保存液，过滤器装配在A袋与B袋之间管道中。本发明的白细胞过滤器安装在含液体的塑料四联袋中，并在使用前进行高温灭菌，所述高温灭菌是在115℃灭菌30分钟，或在121℃灭菌20分钟。

有益效果：

本发明制备的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，采用聚酯无纺布和超细玻璃纤维膜做成的“三明治”结构组合滤膜，无纺布在此主要作用是对玻璃纤维膜进行物理保护；涂覆丙烯酸类共聚物在此主要作用是黏连和固定无纺布、玻纤膜，防止玻纤膜中的纤维发生断裂、脱落；同时涂覆丙烯酸类共聚物还有一个重要作用是提高过滤介质聚酯无纺布的亲水性，使血液接触滤膜立即浸润。高温灭菌是保证在线过滤的必要手段，但高温会减少丙烯酸类共聚物所带的正电荷，降低了对白细胞的吸附力。而组合滤膜中的玻纤膜恰好相反，经过高温灭菌，包裹在玻纤表面的丙烯酸类共聚物发生熔化、收缩、呈“珍珠样”分布，使玻璃纤维本体裸露，裸露的玻璃纤维带正电荷，对带负电荷的白细胞有很强的吸附能力，弥补了聚酯无纺布外涂丙烯酸类共聚物因高温引起的所带正电荷下降的缺陷。白细胞过滤器过滤介质中用聚酯无纺布作为粗滤膜，用组合滤膜作为精滤膜，能够4log去除白细胞，达到欧盟的质量标准。

附图说明

图1是本发明的白细胞过滤器装配在塑料四联袋上位置的示意图，1：A袋(含有抗凝剂)、2：B袋(空袋)、3：C袋(空袋)、4：D袋(含有红细胞保存液)、5：白细胞过滤器。

图2是本发明组合滤膜中玻纤膜高温处理前的电镜图，a：丙烯酸类共聚物涂层厚度(70nm)，b：丙烯酸类共聚物均匀地涂覆在玻璃纤维表面；c：玻璃纤维横截面；

图3是本发明组合滤膜中玻纤膜高温处理后的电镜图，a：高温灭菌使共聚物收缩，产生珍珠状分布；b：裸露的玻璃纤维；c：玻璃纤维横截面；

图4为共聚物涂覆在聚酯纤维表面，电镜下可见水纹样涂层；

图5经过高温灭菌后聚酯纤维表面“水纹样”涂层与聚酯纤维融为一体。

具体实施方式

实施例1

1.制备组合滤膜

将直径在0.5～5μm的无碱超细玻璃纤维浆液均匀喷洒在平放的聚酯纤维无纺布上，每平方米无纺布的喷涂量为25～30克/平方米，负压抽吸多余的玻璃纤维浆液，上面再覆盖一层聚酯纤维无纺布，上下两层无纺布的重量为25～30克/平方米，用热辊碾压、烘干得到半成品。聚酯纤维无纺布在喷洒玻璃纤维前可预先涂覆聚乙烯或聚丙烯热熔胶，使组合滤膜紧密粘贴。

2.合成丙烯酸类共聚物

以乙醇为溶剂，采用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸氨乙酯为共聚单体。引发剂为偶氮二异丁腈，聚合反应后得到的共聚物为无色、透明、粘稠状物，经过纯化、溶解在无水乙醇中备用。

3.共聚物的涂覆

将洁净的聚酯无纺布、组合滤膜半成品分别浸润于上述丙烯酸类共聚物的醇溶液中，共聚物浓度为5mg/ml，浸润30分钟，负压抽吸多余的共聚物溶液，分别铺开滤膜，在78～85℃下烘干1～4小时，得到涂覆好的滤膜。

4.白细胞过滤器的制备

上述经涂覆、烘干后的聚酯纤维无纺布、组合滤膜半成品经裁剪得到与白细胞过滤器形状相适应的粗滤膜和精滤膜。白细胞过滤器包括设有入口和出口的密封壳体，该壳体采用聚丙烯或聚碳材料或其他高分子材料等制成。在靠近壳体出口处设有5层精滤膜，在靠近壳体入口处设有15层粗滤膜，采用O型环将20层滤膜固定在壳体内，再用超声波焊接密封。

5.白细胞过滤器的使用

如图1所示，将上述白细胞过滤器安装在塑料四联袋上，塑料四联袋包括A袋、B袋、C袋和D袋，A袋中含抗凝剂、B袋、C袋为塑料转移袋、D袋中含红细胞保存液，白细胞过滤器装配在A袋与B袋之间的管道中。在使用前于115℃下高温灭菌30分钟，或在121℃下高温灭菌20分钟。

实施例2

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：丙烯酸类共聚物溶液浓度为1mg/ml。

实施例3

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：丙烯酸类共聚物溶液浓度为9mg/ml。

实施例4

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：白细胞过滤器包含精滤膜1层，粗滤膜为19层。

实施例5

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：白细胞过滤器包含精滤膜3层，粗滤膜为17层。

实施例6

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：白细胞过滤器包含精滤膜7层，粗滤膜为13层。

实施例7

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：白细胞过滤器包含精滤膜9层，粗滤膜为11层。

实施例8

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述丙烯酸类共聚物采用丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯酸单体聚合而成。

实施例9

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述丙烯酸类共聚物采用甲基丙烯酸甲酯单体和甲基丙烯酸羟乙酯单体聚合而成。

实施例10

该实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述丙烯酸类共聚物采用甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸单体、甲基丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸胺乙酯单体聚合而成。

试验例1

本发明共聚物的涂覆浓度直接影响组合滤膜对白细胞的吸附能力，取50ml抗凝全血，用红细胞保存液稀释全血，调至白细胞的浓度为1000/μl。将五个塑料培养皿中各加入一张材质相同、大小相同、直径均为90mm的精滤膜，精滤膜的制造方法参照实施例1的1～3步骤，不同之处是涂覆的丙烯酸类共聚物的浓度分别为1mg/ml，3mg/ml，5mg/ml，7mg/ml，9mg/ml。然后向每个培养皿容器中加入10ml稀释全血，室温浸润振荡10分钟取出精滤膜，精滤膜吸附白细胞越多，培养皿中残留的白细胞就越少，结果如表1所示。

表1  不同浓度共聚物涂覆对白细胞吸附能力的影响

从以上结果可以证明：外涂丙烯酸类共聚物的浓度由1mg～5mg/ml时，精滤膜吸附白细胞能力逐渐上升，当浓度达7mg/ml以上时，精滤膜吸附白细胞能力趋于饱和，而在3～5mg/ml浓度时精滤膜的白细胞吸附率达到最高水平。

试验例2

如图1所示，分别按实施例1、实施例4～7的方案组装白细胞过滤器，在115℃高温灭菌30分钟备用。采集400ml全血进入A袋，与A袋中56ml CPD抗凝剂混匀。然后放置4℃冰箱保存4～5小时，在线过滤，同时记录抗凝全血过滤所需时间，结果如表2所示。

表2  精滤膜/粗滤膜层数对全血过滤速度

上述试验结果表明，随着精滤膜的层数增多，抗凝全血通过过滤器的流速变慢，过滤所需时间更多，优选方案精滤膜3～5层，粗滤膜在15～17层时，在线过滤的时间最佳。

试验例3

对照组：按实施例1制备粗滤膜的方法制备浸涂过共聚物并烘干的聚酯无纺布，然后将20层浸涂后的无纺布组装在白细胞过滤器。采用环氧乙烷灭菌(56℃)，然后用无菌接驳机把过滤器接到A袋与B袋之间。

试验组1：与对照组基本相同，不同之处是用115℃高温蒸汽灭菌30分钟取代环氧乙烷灭菌。

试验组2：与实施例1相同，以5层精滤膜和15层粗滤膜的组合组装在白细胞过滤器中，用115℃高温蒸汽灭菌30分钟。

分别取过滤前/后血样，用血细胞分析仪计数红细胞回收率、白细胞去除率，过滤后白细胞残留数用流式细胞仪计数(美国BD公司专用试剂盒)，结果如表3所示。

表3  不同灭菌方式对白细胞去除能力的影响

以上三组红细胞回收率均超过90％。由表3可以看出，对于纯粹采用丙烯酸类共聚物涂覆的无纺布制成的粗滤膜而言，对照组用环氧乙烷灭菌，能3log去除白细胞；试验组1用高温蒸汽灭菌，只能2log去除白细胞，其原因是共聚物在高温下发生玻璃化改变，特别是甲基丙烯酸氨乙基中带有正电荷的氮元素下降，直接导致对白细胞吸附能力下降。因此常规涂覆丙烯酸类共聚物的滤膜是不宜采用高温灭菌的。而通过试验组2可以看出，尽管是在高温蒸汽下进行灭菌，试验组2白细胞去除率能够达到4log滤除，明显优于对照组和试验组1。

试验例4

为了进一步探究含有玻璃纤维层的组合滤膜在高温蒸汽灭菌下，白细胞去除率达到4log的机理，采用扫描电镜观察组合滤膜高温灭菌前/后纤维表面变化。聚酯无纺布临界湿润表面张力(CWST)仅有45mNm^-1，表现疏水性，用丙烯酸类共聚物外涂后，在扫描电镜下能见到“水纹样”涂层(见图4)，CWST上升到76mNm^-1呈现为亲水性，血液接触滤膜可立即浸润。高压蒸汽灭菌后“水纹样”涂层与聚酯纤维融为一体，表面张力未发生变化，仍然是76mNm^-1(见图5)。如图2所示，玻璃纤维膜夹在两层聚酯无纺布之间，未经高温处理的玻璃纤维表面均匀地覆盖了一层丙烯酸类共聚物(见图2箭头b所示)，厚度约在70nm(见图2箭头a所示)，此时玻璃纤维本体没有裸露，表现的是共聚物的特性；经过高温灭菌后(见图3)，原先均匀态包裹在玻纤表面的共聚物熔化、收缩，呈“珍珠状”分布(见图3箭头a)，玻璃纤维本体裸露(见图3箭头b)，由于玻璃纤维表面带有大量正电荷，而血液中白细胞带负电荷，正负电荷相互吸引，使组合滤膜对白细胞的吸附能力明显上升。

以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出：本技术领域在不脱离本发明原理的前提下，可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述组合滤膜包括两层无纺布，以及夹在两层无纺布之间的玻璃纤维膜，所述无纺布外涂覆丙烯酸类共聚物。

2.根据权利要求1所述的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述丙烯酸类共聚物包括丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸羟乙酯单体、丙烯酸单体、丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸氨乙酯单体中任意两种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述玻璃纤维膜和无纺布的质量比为0.54～2.80∶1。

4.根据权利要求1所述的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述玻璃纤维膜是无碱玻璃纤维。

5.根据权利要求1、3或4中任意一项所述的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述玻璃纤维的直径为0.5～5μm。

6.根据权利要求1所述的一种高效滤除白细胞的组合滤膜，其特征在于：所述组合滤膜的平均孔径为10～15μm。

7.如权利要求1所述高效滤除白细胞的组合滤膜的制备方法，其特征在于：

在一层无纺布上均匀浇洒玻璃纤维浆液，负压抽吸，再覆盖上另一层无纺布，经热辊碾压、烘干，然后浸润在丙烯酸类共聚物的溶液中，浸润一段时间后取出烘干制得。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸类共聚物溶液浓度为1～9mg/ml，浸润时间为25～40分钟。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸类共聚物溶液浓度为3～5mg/ml。

10.一种白细胞过滤器，包括设有入口和出口的密封壳体，其特征在于：所述壳体内靠近出口处设有若干层精滤膜；

所述精滤膜包括两层无纺布，以及夹在两层无纺布之间的玻璃纤维膜，所述无纺布外涂覆丙烯酸类共聚物。

11.根据权利要求10所述的一种白细胞过滤器，其特征在于：所述丙烯酸类共聚物包括丙烯酸丁酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸羟乙酯单体、丙烯酸单体、丙烯酸羟乙酯单体、甲基丙烯酸氨乙酯单体中任意两种或两种以上的组合。

12.根据权利要求10所述的一种白细胞过滤器，其特征在于：所述壳体内靠近入口处设有若干层粗滤膜；

所述粗滤膜是将无纺布浸润在丙烯酸类共聚物溶液中取出烘干制得。

13.根据权利要求11所述的一种白细胞过滤器，其特征在于：该过滤器含有3～5层精滤膜和15～17层粗滤膜。

14.如权利要求10所述的一种白细胞过滤器的应用，其特征在于：所述白细胞过滤器装配在含有抗凝剂、红细胞保存液的塑料四联袋上，经过高温灭菌后使用；所述高温灭菌是在115℃灭菌30分钟，或在121℃灭菌20分钟。

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