CN102794161A - 一种血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂及其制备方法，所制备的多孔纤维素微球的粒径在0.1~2mm，纤维素微球内部孔尺寸主要分布在5nm~40nm，比表面积为400~1000m2/g，可耐操作压力7~15bar，其制备的特征在于利用反相悬浮体系得到多孔球形微球，再经过交联得到具备可耐操作压力7~15bar的多孔纤维素微球，可用作生物医用材料的载体使用或者用作血液灌流用吸附剂材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物医用材料领域，更具体的讲，尤其涉及一种血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂及其制备方法。
背景技术
血液灌流作为血液净化中的一种方法，用在如尿毒症，慢性肝病等多种病种中。血液灌流的一个核心材料就是多孔吸附剂。血液直接触类灌流用吸附剂载体需要具备一定的血液相容性，同时具备一定的孔道结构。在材料表面的官能团、电荷等因素以及孔道结构共同作用下可以对血液中的目标物质进行选择性的吸附，同时又保证了不对血液的有形成分进行破坏。
纤维素作为生物相容性好的医用材料用作血液灌流用吸附剂包膜材料或者透析器半透膜都有很长的应用历史。纤维素的每个葡萄糖基环上含有3个具备反应活性的羟基，可以发生氧化、酯化、醚化、接枝共聚等反应，可以与不同配体进行修饰得到针对不同病种的灌流吸附剂。如CN1408442A专利中公布了一种用L-色氨酸为配体的接枝纤维素微球用于吸附血液中乙酰胆碱方法，CN101224415A专利中公布了一中以磷酸盐为配体，纤维素等多孔吸附材料为载体吸附血液中低密度脂蛋白的方法，EP0247592A2专利中公布了一种在纤维素吸附剂上接枝直链烷烃吸附血液中β2微球蛋白和免疫球蛋白的方法。
国内外已经有不少关于多孔纤维素球吸附剂的制备报道，但是很少提及制备合适孔道结构，并且适合用于血液灌流用吸附剂的制备方法。虽然纤维素具备较好的血液相容性，但是如果孔道结构不合理，比如含有过多的大孔时，在进行全血灌流时同样会吸附大量的大分子蛋白和血液有形成分造成对患者的损害，同时，过小的孔结将影响吸附剂对目标物质的吸附效果。
在早期制备纤维素吸附材料时，多采用传统的二硫化碳方法制备纤维素粘胶溶液，这本身造成许多污染并增加了后续对纤维素微球清洗的工作量，这对纤维素微球的应用增加了成本，不适合大规模的应用于血液净化产品的生产。
同时对于全血灌流时，对吸附剂的粒径有一定的要求，在保证对血细胞安全的情况下，尽量小的粒径可以增加吸附性能，粒径的均一性越好对血液的流动影响就越小。因此市面上不少粉末状和较小粒径的纤维素微球是不能直接用于全血的血液灌流。
发明内容
本发明针对上述技术的不足，提供了一种血液灌流用的多孔纤维素微球吸附剂，同时结合了新的制备工艺，提供了一种工艺简单，环保无污染的可用于血液灌流用的多孔纤维素微球的制备方法。
本发明的技术解决方案为：一种血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，制备步骤为：
a、将致孔剂、氢氧化钠、氢氧化锂、尿素和硫脲加入蒸馏水中配制成水溶液，并将该水溶液降温到零下15℃至零下8℃后，加入纤维素并搅拌配得纤维素溶液，并保持溶液的温度在零下8℃以下；
b、将分散剂在室温下均匀分散到油相中备用；
c、将步骤b中得到的混合物降低温度到步骤a所配置溶液的温度后倒入步骤a的溶液中搅拌，搅拌速度为100~1000转/分钟，在搅拌30分钟后使其恢复至室温；
d、将步骤c制得的溶液的温度缓慢升温到60℃，并反应1~3个小时；
e、将稀盐酸溶液加入到反应完全的步骤d所得的溶液中，然后静置分层，回收油相得到纤维素微球，并将纤维素微球用蒸馏水洗涤至中性；
f、将步骤e所得的纤维素微球用氢氧化钠和二甲亚砜加入蒸馏水配得的水溶液在低速搅拌下浸泡1小时后，加入一定量的交联剂在室温下反应1~3小时后，升温至80℃反应1~2小时，然后冷却过滤，回收碱液，用稀盐酸中和浸泡纤维素微球后，用蒸馏水洗至中性得到球形多孔纤维素微球；
上述纤维素为棉花，其加入量是步骤a蒸馏水质量的4~6wt%；
上述致孔剂是聚乙二醇，其加入量是步骤a蒸馏水质量的0~15wt%；
上述氢氧化钠、氢氧化锂、尿素和硫脲的加入量分别是步骤a蒸馏水质量的2~8wt%、1~3wt%、6~9wt%和5~8wt%；
上述的分散剂为吐温或油酸其加入体积是有机相体积的1~8%；
上述油相是液体石蜡或者二甲基硅油，其体积与纤维素溶液体积比例是3~8：1；
上述二甲亚砜与步骤f蒸馏水的体积比是1：7~9；所用氢氧化钠是步骤f蒸馏水的质量的5~10wt%；
上述交联剂为环氧氯丙烷，其加入量为反应微球体积的5~15%。
有益效果
所制备的多孔纤维素微球在经过交联后，得到了永久性的孔结构，可耐7~15bar的操作压力，不易溶胀，不易变形，在经过高温蒸汽灭菌后仍可以保证其外貌形状和孔结构，并且在吸附柱中液体流速和压力差几乎呈线性关系。微球对分子量较大的蛋白如白蛋白的吸附量很小，而对小分子蛋白有较快的吸附能力。
附图说明
图1多孔微球对溶菌酶和牛血清白蛋白混合溶液的吸附率对比图；
图2多孔微球的孔容和孔径分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明附图进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
（1）将80g氢氧化钠、10g氢氧化锂、80g尿素、50g硫脲、120g聚乙二醇400和1000毫升蒸馏水中加入到带搅拌的三口瓶中，室温下搅拌溶解后降低温度到-10℃，将50g干燥后的棉花加到此溶液中，轻微搅拌浸泡30分钟后，加大搅拌速度直至纤维素完全溶解呈澄清透明溶液，然后抽真空脱气泡后备用。
（2）将100毫升吐温80加入到4000毫升液体石蜡中搅拌均匀后降低温度到零下10℃后将此油相缓慢的加入制备好的纤维素溶液，同时保证搅拌速度在800转/分钟，并缓慢恢复至室温。反应30分钟后逐渐加热至60℃固化反应1.5小时，再加入稀盐酸后静置分层，回收上层油相。将纤维素微球用蒸馏水多次洗涤至中性。
（3）取300毫升纤维素微球，室温下浸泡到含有30g氢氧化钠，45毫升二甲亚砜和400毫升蒸馏水的混合溶液中。轻微搅拌浸泡1小时后，在200转/分钟的搅拌条件下加入35毫升环氧氯丙烷到含有微球的溶液中，室温下反应1.5小时后，缓慢升温至80℃反应1小时，冷却过滤，将纤维素微球用稀盐酸浸泡活化后用蒸馏水洗涤至中性，可以得到交联的多孔纤维素球。
上述制得的纤维素微球平均粒径为0.46mm，比表面积为830m2/g。
实施例2
（1）将60g氢氧化钠、20g氢氧化锂、60g尿素、60g硫脲、100g聚乙二醇400和1000毫升蒸馏水中加入到带搅拌的三口瓶中，室温下搅拌溶解后降低温度到-8℃，将50g干燥后的棉花加到此溶液中，轻微搅拌浸泡30分钟后，加大搅拌速度直至纤维素完全溶解呈澄清透明溶液，然后抽真空脱气泡后备用。
（2）将90毫升油酸加入到5000毫升液体石蜡中搅拌均匀后降低温度到零下8℃后将此油相缓慢的加入制备好的纤维素溶液，同时保证搅拌速度在800转/分钟，并缓慢恢复至室温。反应30分钟后逐渐加热至60℃固化反应1.5小时，再加入稀盐酸后静置分层，回收上层油相。将纤维素微球用蒸馏水多次洗涤至中性。
（3）取300毫升纤维素微球，室温下浸泡到含有30g氢氧化钠，50毫升二甲亚砜和400毫升蒸馏水的混合溶液中。轻微搅拌浸泡1小时后，在200转/分钟的搅拌条件下加入35毫升环氧氯丙烷到含有微球的溶液中，室温下反应1.5小时后，缓慢升温至80℃反应1小时，冷却过滤，将纤维素微球用稀盐酸浸泡活化后用蒸馏水洗涤至中性，可以得到交联的多孔纤维素球。
上述制得的纤维素微球平均粒径为0.52mm，比表面积为740m2/g。
实施例3
（1）将80g氢氧化钠、30g氢氧化锂、70g尿素、50g硫脲、130g聚乙二醇800和1000毫升蒸馏水中加入到带搅拌的三口瓶中，室温下搅拌溶解后降低温度到-10℃，将60g干燥后的棉花加到此溶液中，轻微搅拌浸泡30分钟后，加大搅拌速度直至纤维素完全溶解呈澄清透明溶液，然后抽真空脱气泡后备用。
(2)将150毫升吐温80加入到5000毫升液体石蜡中搅拌均匀后降低温度到零下10℃后将此油相缓慢的加入制备好的纤维素溶液，同时保证搅拌速度在600转/分钟，并缓慢恢复至室温。反应30分钟后逐渐加热至60℃固化反应1.5小时，再加入稀盐酸后静置分层，回收上层油相。将纤维素微球用蒸馏水多次洗涤至中性。
(3)取300毫升纤维素微球，室温下浸泡到含有40g氢氧化钠，55毫升二甲亚砜和400毫升蒸馏水的混合溶液中。轻微搅拌浸泡1小时后，在200转/分钟的搅拌条件下加入45毫升环氧氯丙烷到含有微球的溶液中，室温下反应1.5小时后，缓慢升温至80℃反应1小时，冷却过滤，将纤维素微球用稀盐酸浸泡活化后用蒸馏水洗涤至中性，可以得到交联的多孔纤维素球。
上述制得的纤维素微球平均粒径为0.65mm，比表面积为480m2/g。
实施例4
(1)将80g氢氧化钠、20g氢氧化锂、60g尿素、80g硫脲、140g聚乙二醇400和1000毫升蒸馏水中加入到带搅拌的三口瓶中，室温下搅拌溶解后降低温度到-8℃，将60g干燥后的棉花加到此溶液中，轻微搅拌浸泡30分钟后，加大搅拌速度直至纤维素完全溶解呈澄清透明溶液，然后抽真空脱气泡后备用。
(2)将180毫升吐温80加入到6000毫升液体石蜡中搅拌均匀后降低温度到零下8℃后将此油相缓慢的加入制备好的纤维素溶液，同时保证搅拌速度在800转/分钟，并缓慢恢复至室温。反应30分钟后逐渐加热至60℃固化反应1.5小时，再加入稀盐酸后静置分层，回收上层油相。将纤维素微球用蒸馏水多次洗涤至中性。
(3)取300毫升纤维素微球，室温下浸泡到含有40g氢氧化钠，55毫升二甲亚砜和400毫升蒸馏水的混合溶液中。轻微搅拌浸泡1小时后，在200转/分钟的搅拌条件下加入40毫升环氧氯丙烷到含有微球的溶液中，室温下反应1.5小时后，缓慢升温至80℃反应1小时，冷却过滤，将纤维素微球用稀盐酸浸泡活化后用蒸馏水洗涤至中性，可以得到交联的多孔纤维素球。
上述制得的纤维素微球平均粒径为0.48mm，比表面积为890m2/g。
实施例5
(1)将80g氢氧化钠、20g氢氧化锂、60g尿素、80g硫脲、150g聚乙二醇400和1000毫升蒸馏水中加入到带搅拌的三口瓶中，室温下搅拌溶解后降低温度到-8℃，将60g干燥后的棉花加到此溶液中，轻微搅拌浸泡30分钟后，加大搅拌速度直至纤维素完全溶解呈澄清透明溶液，然后抽真空脱气泡后备用。
(2)将200毫升吐温80加入到6000毫升液体石蜡中搅拌均匀后降低温度到零下8℃后将此油相缓慢的加入制备好的纤维素溶液，同时保证搅拌速度在600转/分钟，并缓慢恢复至室温。反应30分钟后逐渐加热至60℃固化反应1.5小时，再加入稀盐酸后静置分层，回收上层油相。将纤维素微球用蒸馏水多次洗涤至中性。
(3)取300毫升纤维素微球，室温下浸泡到含有40g氢氧化钠，55毫升二甲亚砜和400毫升蒸馏水的混合溶液中。轻微搅拌浸泡1小时后，在200转/分钟的搅拌条件下加入45毫升环氧氯丙烷到含有微球的溶液中，室温下反应1.5小时后，缓慢升温至80℃反应1小时，冷却过滤，将纤维素微球用稀盐酸浸泡活化后用蒸馏水洗涤至中性，可以得到交联的多孔纤维素球。
上述制得的纤维素微球平均粒径为0.4mm，比表面积为910m2/g。
配置4升含有0.9%氯化钠pH为7.4的缓冲溶液，将溶菌酶（分子量14kDa）和牛血清白蛋白（分子量66kDa）溶于此缓冲溶液中，保持溶菌酶的初始浓度为50mg/L，牛血清白蛋白的初始浓度为40g/L。这个浓度条件为模拟临床病人血浆中蛋白浓度。取所制得的纤维素微球300毫升装入到罐体中，接通灌流的管路，将所配置的蛋白溶液通过此罐体，灌流泵流速控制在200毫升/分钟，灌流的时间为4小时。用液相色谱检测吸附前和吸附后溶液中溶菌酶的浓度，利用双缩脲法检测吸附前和吸附后溶液中牛血清白蛋白的浓度，计算纤维素微球对蛋白的吸附率，其结果见图1。
图2是依据多孔纤维素微球对氮气吸附的等温曲线得到的孔体积与孔径的分布图，这个图显示了孔体积在不同空间范围内的分布。从吸附实验和孔体积分布的结果可以看出具备合适孔结构的吸附剂可以有效地减小对大分子蛋白的吸附，而对小分子蛋白仍有很好的吸附效果。
Claims (10)
1.一种血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂，其特征在于：多孔纤维素微球的粒径在0.1~2mm，纤维素微球内部孔直径分布在5nm~40nm，比表面积为400~1000m2/g，可耐操作压力7~15bar。
2.一种权利要求1所述的血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：利用反相悬浮体系得到多孔球形微球，再经过交联得到可耐7~15bar的操作压力的多孔纤维素微球。
3.根据权利要求2所述的血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
a、将致孔剂、氢氧化钠、氢氧化锂、尿素和硫脲加入蒸馏水中配制成水溶液，并将该水溶液降温到零下15℃至零下8℃后，加入纤维素并搅拌配得纤维素溶液，并保持溶液的温度在零下8℃以下；
b、将分散剂在室温下均匀分散到油相中备用；
c、将步骤b中得到的混合物降低温度到步骤a所配置溶液的温度后倒入步骤a的溶液中搅拌，搅拌速度为100~1000转/分钟，在搅拌30分钟后使其恢复至室温；
d、将步骤c制得的溶液的温度缓慢升温到60℃，并反应1~3个小时；
e、将稀盐酸溶液加入到反应完全的步骤d所得的溶液中，然后静置分层，回收油相得到纤维素微球，并将纤维素微球用蒸馏水洗涤至中性；
f、将步骤e所得的纤维素微球用氢氧化钠和二甲亚砜加入蒸馏水配得的水溶液在低速搅拌下浸泡1小时后，加入一定量的交联剂在室温下反应1~3小时后，升温至80℃反应1~2小时，然后冷却过滤，回收碱液，用稀盐酸中和浸泡纤维素微球后，用蒸馏水洗至中性得到球形多孔纤维素微球。
4.根据权利要求2或3所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的纤维素为棉花，其加入量是步骤a蒸馏水质量的4~6wt%。
5.根据权利要求4所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的致孔剂是聚乙二醇其加入量是步骤a蒸馏水质量的0~15wt%，其平均分子量可以为300、600、800或1000。
6.根据权利要求2或3或5所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠、氢氧化锂、尿素和硫脲的加入量分别是步骤a蒸馏水质量的2~8wt%、1~3wt%、6~9wt%和5~8wt%。
7.根据权利要求6所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为吐温或油酸其加入体积是有机相体积的1~8%。
8.根据权利要求2、3、5或7所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的油相是液体石蜡或者二甲基硅油，其体积与纤维素溶液体积比例是3~8：1。
9.根据权利要求8所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的二甲亚砜与步骤f蒸馏水的体积比是1：7~9；所用氢氧化钠是步骤f蒸馏水的质量的5~10wt%。
10.根据权利要求2或3或5或7或9所述血液灌流用多孔纤维素微球吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为环氧氯丙烷，其加入量为反应微球体积的5~15%。
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