CN103977772A - 环糊精修饰磁性纳米吸附剂的制备方法及其在血液透析吸附系统中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环糊精修饰磁性纳米吸附剂的制备方法及其在血液透析吸附系统中的应用，属于生物医学材料领域。本发明以FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、氨水为原料，柠檬酸钠作为分散剂、聚乙烯亚胺作为修饰基质、β-环糊精作为吸附功能基团，通过反向化学共沉淀的方法，合成了粒径小、分散好和磁性强的柠檬酸钠修饰的磁性纳米颗粒，并通过静电相互作用，在Fe3O4-TSC的表面吸附上PEI修饰层，再通过席夫碱反应，接枝上β-CD，制得环糊精修饰的磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD。由于该吸附剂具有磁性，使分离纯化过程较方便、快速，且分离纯化成本低，在血液吸附透析系统中体现了对疏水性毒素的较好吸附能力。
Description
技术领域
本发明属于生物医学材料领域，特别涉及到基于环糊精修饰的磁性纳米吸附剂的制备方法及其在血液透析吸附系统中的应用。
背景技术
胆红素是衰老红细胞血红素的正常代谢产物，由于肝脏受损，产生代谢障碍，其在体内的浓度会异常升高，成为一种内源性毒素，对大脑和神经系统产生不可逆的损害，并进一步损伤肝脏和其他脏器。目前对此类疏水性毒素的去除，采用的血液净化技术手段主要包括：血液滤过、血液灌流等以及吸附透析联合解毒系统，如分子吸附再循环系统(Molecular adsorbent recirculating system,MARS)。早期使用的常规治疗手段为血液灌流，决定其效果的关键是胆红素吸附剂，包括活性炭吸附剂、大孔树脂吸附剂、多糖类吸附剂以及以其为基质并偶联其他配体的吸附剂，这些配体包括聚赖氨酸、染料物质(如活性蓝F3GA、碱性蓝6B、刚果红)、氨基酸、叔胺、白蛋白等(文献Uzun,L.and A.Denizli,Journal of Biomaterials Science-Polymer Edition,2006.17(7):p.791-806)。其中较常用的大孔树脂吸附剂包括：日本生产的胆红素350、美国生产的XAD-16和国内生产的AB-8、AB-12、丽珠HA330以及HB-H-6等，多糖类的吸附剂包括：壳聚糖微球、琼脂糖凝胶和经修饰后的纤维素膜等，这些吸附剂主要通过与胆红素产生疏水相互作用和静电相互作用吸附胆红素，具有较高的吸附容量。但由于上述类型的吸附剂是固体填料，用于血液净化去除毒素时，需与血液直接接触，在去除毒素的同时，对血液中的蛋白质亦有大量的非特异性吸附，存在较严重的副作用。
鉴于此，在1993年，德国Rostock大学的Stange和Mitzner共同研制了新型分子吸附再循环系统，即MARS。MARS是目前治疗效果最好的非生物型人工肝支持系统，不仅能安全有效地去除多种水溶性毒素，还能去除与蛋白结合的毒素分子。它是由三个独立的循环系统组成，即血液循环系统、白蛋白循环再生系统和透析液循环系统。其中，白蛋白循环再生系统是其核心，使用人血清白蛋白(HSA)作为毒素的吸附剂，而HSA是胆红素在体内的天然受体，故对胆红素有较高的吸附去除能力，且不会产生非特异性吸附。由于MARS大量使用HSA，而HSA因其来源有限、价格较昂贵，这使其在临床上的应用受到了限制。鉴于此，寻找HSA的替代品并对胆红素有较好去除效果的吸附剂成为当前突出的问题。专利CN101322932A报道了一种替代MARS系统中HSA的偶联环糊精的水溶性阳离子多聚物吸附剂，该吸附剂用于血液透析吸附系统，对胆红素有较好的去除效果，且该吸附剂与血液分别循环于透析器的外腔和内腔，不会直接接触，因此不会产生非特异性吸附。但水溶性吸附剂在合成过程中利用超滤膜柱洗滤系统对其进行分离纯化，该过程存在耗时长、耗能高和耗材量大等问题。
综上所述，目前血液透析吸附去除胆红素的水溶性吸附剂主要存在的问题是：吸附剂分离纯化过程耗时长、耗能高、耗材量大，导致吸附剂生产成本过高。因此，开发既具有优异的吸附性能，同时还易于分离回收的、在水相中分散度高的吸附剂成为降低生产成本、推动其在临床中应用的重点和关键。
发明内容
本发明的目的和任务是要克服现有血液透析吸附去除胆红素的水溶性吸附剂存在的分离纯化成本高的不足，提供一种具有优异的胆红素吸附性能、易于分离回收并在水相中分散度高的吸附剂制备方法，特提出本发明环糊精修饰的磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD的制备及在高胆红素血症血液透析吸附系统中应用的技术解决方案。
本发明的构思是：通过反向共沉淀法并利用柠檬酸钠(TSC)作为分散剂合成Fe3O4磁性纳米颗粒，使Fe3O4表面带上大量的负电荷，具有较强的静电排斥作用，从而保持较好的分散性。而聚乙烯亚胺(PEI)具有大量的伯氨基，质子化后带有大量的正电荷，可与带负电的Fe3O4-TSC产生多点结合的静电相互作用，使PEI牢固的结合在Fe3O4-TSC的表面，得到聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米颗粒(Fe3O4-PEI)。β-环糊精(β-CD)经氧化剂氧化后得到醛基化的β-CD，通过其醛基与PEI上的伯氨基发生席夫碱反应而接枝在Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒的表面，从而制得环糊精修饰的磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD。在磁场的作用下，以Fe3O4为载体的磁性纳米颗粒具有很好的磁响应性，在分离纯化过程中，具有快速、方便且彻底的特点。因此，本发明将磁性纳米颗粒的分离纯化方便与β-CD对疏水性毒素吸附的高效结合起来，且合成材料较廉价。
本发明所提出的用于血液透析吸附系统的胶体吸附剂是通过醛基化的β-CD与PEI修饰的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒表面的伯氨基发生席夫碱反应而制得，该吸附剂分离纯化方便、快速且彻底，并可用于血液透析吸附系统对疏水性毒素的吸附去除。
制备的Fe3O4-β-CD磁性纳米吸附剂的粒度小于310nm，饱和磁化强度大于62emu/g，表面电势大于40mv。其中β-CD的醛基化是通过氧化剂的氧化来实现的，氧化剂的种类颇多，且氧化效率不同，其中2-碘酰基苯甲酸在控制条件的情况下，可得到单醛基且结构较完整的醛基化的β-CD，但其价格异常昂贵，本发明选用高碘酸钠氧化β-CD，并通过控制其用量来控制β-CD的氧化程度。高碘酸钠的用量过高，会将β-CD氧化成碎片，必然会破坏β-CD的外亲水内疏水的桶装结构。而其用量过低，会造成β-CD的接枝率下降，这些均将影响β-CD对疏水性毒素胆红素的吸附效率。醛基化的β-CD通过与PEI上的伯氨基在弱碱性条件下发生席夫碱反应而接枝在Fe3O4-PEI的表面。选用PEI作为Fe3O4-TSC的修饰基质是基于以下三方面的原因，一方面，PEI是网状大分子，其在带负电荷的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒表面的结合是多点结合，这样结合较牢固；另一方面，PEI网状大分子的末端带有大量的伯氨基，这有利于提高β-CD的接枝率；再者，其接枝β-CD后，未参与席夫碱反应的质子化的伯氨基可与胆红素上解离的羧基之间产生静电相互作用，PEI多氨基结构中的氮和氢还可与胆红素产生氢键相互作用，这些均有利于吸附剂对胆红素的吸附。吸附剂的磁核选用柠檬酸钠修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒，而Fe3O4磁性纳米颗粒的合成有很多种方法，最常见的合成方法有化学共沉淀法、微乳液合成法、水热合成法和热分解法四种，其中化学共沉淀法因其具有操作简单，反应环境条件温和，合成时间短，易于在水溶液环境中修饰，且收率高，便于大规模工业化生产等特点而被广泛采用。化学共沉淀法分为正向化学共沉淀法和反向化学共沉淀法，正向化学共沉淀法是将碱加入到铁盐混合物(二价铁盐和三价铁盐)中，反向化学共沉淀法则与其相反。根据晶体成核及增长的特点，正向化学共沉淀法易得到粒径大，且粒径分布宽的纳米颗粒，反向化学共沉淀法易得到粒径均匀，且粒径较小的纳米颗粒。本发明选择反向共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米颗粒。磁性纳米颗粒的分散剂有很多种，包括有机物和无机物。本发明选用TSC作为分散剂，是基于TSC已广泛的用作食品和饮料工业中的风味剂、稳定剂，医药工业中的抗凝血剂以及工业上的金属螯合剂，具有良好的生物相容性和较强的金属螯合作用的特点。本发明中，TSC可与Fe原子产生较强的金属螯合作用，而吸附在Fe3O4磁性纳米颗粒的表面，使其带有大量的负电荷，电势低于-40mv，使Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒之间有足够强的静电排斥作用而不易团聚。Fe3O4-β-CD磁性纳米吸附剂保持合适的粒度是基于以下考虑：在血液透析过程中，吸附剂具有刚性的核壳结构，粒度大于透析器中皮层膜的孔径，不会穿过血液透析器进入到血液中，而其粒度过大则会聚沉并对血液透析器造成堵塞而降低吸附剂对毒素的吸附透析效率。Fe3O4-β-CD磁性纳米吸附剂的饱和磁化强度大于62emu/g是为了保证吸附剂在分离纯化过程中快速、彻底，且吸附剂的质量损失小。其电势大于40mv，是为了保证吸附剂Fe3O4-β-CD磁性纳米颗粒之间具有较强的静电排斥作用，而使其不会团聚，分散性较好。
本发明采用FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、氨水、TSC、PEI和β-CD为主要原料，通过反向化学共沉淀法、静电相互作用和席夫碱反应，制备了环糊精修饰的磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD。
一种环糊精修饰磁性纳米吸附剂的制备方法，步骤如下：
(1)制备Fe3O4-TSC磁性纳米粒
配制摩尔比值为1.75-2.0的Fe3+和Fe2+的前驱物铁盐溶液。在N2的保护下，将前驱物铁盐溶液加入碱液中，控制加入速度为3.5-5.5ml/min，熟化温度为15-60℃，反应时间为5-20min，保持反应过程中溶液的pH>10；再加入0.01-0.1mol的柠檬酸钠作为分散剂，搅拌反应0.5-6h，制得Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒；将Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒经离心处理，取上层液即得小粒径、分散性好和磁性强的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒。
(2)制备Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒
将步骤(1)得到的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒溶液加入到PEI溶液中，使得PEI与Fe3O4-TSC的浓度比为1:1，搅拌反应1-8h。
(3)制备醛基化的β-CD
将摩尔比为1:0.1-2的β-CD和NaIO4常温避光反应0.5-4h，再加入与NaIO4等摩尔的亚硫酸钠，在20℃以上反应大于30min。
(4)β-CD的接枝
将步骤(2)中的Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒和步骤(3)中过量醛基化的β-CD加入弱碱性的硼酸盐缓冲液中，反应14-21h，反应过程中，多次加入硼氢化钠。反应结束，磁分离，即制得环糊精修饰磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD。
所述的环糊精修饰磁性纳米吸附剂的粒径小于310nm，饱和磁化强度大于62emu/g，电势大于40mv。
所述的碱液是NaOH溶液、KOH溶液和氨水等。
将环糊精修饰磁性纳米吸附剂在血液透析吸附系统中用于疏水性毒素的吸附，将初始浓度为80-300mg/L胆红素的血浆循环于双皮层的血液透析器的内腔，控制流速为200-320ml/min；配制环糊精修饰磁性纳米吸附剂的碳酸氢盐透析液，吸附剂的浓度为0.05-1％，透析液循环于血液透析器的外腔，控制流速为40-300ml/min，37℃避光透析吸附1-6h。
本发明所选用的合成原料均较廉价，制备的Fe3O4磁性纳米颗粒，已广泛的用作核磁共振的造影剂，PEI也已广泛的用作基因载体，β-CD是一种多糖，作为去味剂，广泛的用于食品领域。因此，本发明所选用的原料均具有较好的生物相容性。本发明基于环糊精修饰的磁性纳米吸附剂具有较高的饱和磁化强度，表现出较强的磁性，在外加磁场的作用下可迅速分离纯化，降低分离纯化成本，减少吸附剂的质量损失，而且在血液透析吸附系统中，提高了对胆红素的吸附能力。
具体实施方式
以下结合技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
1.基于环糊精修饰的磁性纳米吸附剂的制备
⑴制备分散性和磁性较好的Fe3O4-TSC磁性纳米粒
分别称取FeCl3·6H2O1.3515g和FeCl2·4H2O0.5681g，在N2的保护下，配置Fe3+和Fe2+混合溶液(前驱物铁盐溶液)20ml。称取1.4705g的二水合柠檬酸钠，将其溶解在50ml的去离子水中。将5ml的浓氨水加入到50ml的三口瓶中，并用去离子水稀释至30ml，通N2。在N2的保护下，用蠕动泵将前驱物铁盐泵入三口瓶中，控制泵入时间为270s和搅拌器的转速为1400rpm，熟化温度为25℃，反应10min，磁分离，倒掉上层碱液，加入50ml的柠檬酸钠溶液，在N2的保护下和相同的反应温度及转速的条件下，反应2h。反应结束后，磁分离，用去离子水清洗三遍，并用10000rpm离心2min，取上层液即制得Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒，在N2的保护下于4℃保存备用。
⑵制备Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒
称取质量分数为33.74％的PEI液体2.7593g，加入896ml的去离水溶解，调节溶液的pH为11.00，并加入35ml的Fe3O4-TSC水溶液，使得PEI的终浓度为1.0mg/ml，Fe3O4-TSC的浓度为1.0mg/ml。在常温、搅拌转速为815rpm的条件下反应2h。反应结束后，磁分离，用去离子水清洗三遍，并加去离子水保存，即制得Fe3O4-PEI的磁性纳米粒，在N2的保护下于4℃保存备用。
⑶醛基化β-CD的制备
氧化反应式如下：
采用高碘酸钠氧化法，称取25gβ-CD，溶解于1600ml的去离子水中，加热溶解，待其冷却至室温后，调节pH为5.00，称取0.4711g的NaIO4，并加25ml的去离子水溶解，将NaIO4溶液加入到β-CD溶液中，使β-CD与NaIO4的摩尔比为1:0.1，总体积为1625ml，在搅拌速度为815rpm的条件下，常温避光反应1h，之后，向体系中加入0.2776g的亚硫酸钠，在40℃的条件下还原30min。即制得醛基化的β-CD。
⑷β-CD的接枝
合成反应式：
向醛基化的β-CD溶液中加入12.9825g的四硼酸钠和21.0751g的硼酸，溶解后调节溶液的pH为8.20，在不断的搅拌下加入80ml的Fe3O4-PEI液体，使Fe3O4-PEI的浓度为0.6mg/ml，反应17h。少量多次加入硼氢化钠还原碳氮双键，直至溶液颜色接近无色。反应结束后，磁分离，用去离子水清洗三遍，加入200ml的去离子水，超声分散，并向其中加入0.5ml的乙醇胺，常温以815rpm的转速搅拌反应4h，反映过程中少量多次加入硼氢化钠还原碳氮双键，直至溶液颜色接近无色。反应结束后，磁分离，用去离子水清洗三遍，并加去离子水保存，即制得基于环糊精修饰的磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD，在N2的保护下于4℃保存备用。
对照例1.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于Fe3+和Fe2+的摩尔比值为1.65。
对照例2.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于前驱物铁盐的滴加时间为210s。
对照例3.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于前驱物铁盐的滴加时间为360s。
对照例4.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于熟化温度为4℃。
对照例5.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于熟化温度为80℃。
对照例6.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于反应时间为3min。
对照例7.Fe3O4-TSC磁性纳米粒的合成，方法同实施例1中的⑴，不同之处在于反应时间为40min。
采用反向化学共沉淀法合成的Fe3O4-TSC磁性纳米粒的粒度分布范围较宽，要得到粒度较小的纳米颗粒就需进行离心处理，因此，获得较多小粒径的磁性纳米颗粒就是评价上述方法的一个重要指标，此处定义小粒径磁性纳米颗粒的质量回收率，质量回收率是指Fe3O4-TSC水溶液经10000rpm离心2min处理后，取一定体积的上层液和相同体积的未经离心处理Fe3O4-TSC水溶液，烘干后，上层液中纳米颗粒的质量占相同体积的原溶液中纳米颗粒质量的百分数。反应时间是指滴加完前驱物铁盐后到磁分离的这段时间。其结果如表1所示。
表1不同反应条件对小粒径Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒的质量回收率的影响
由表1可知，经离心处理后，实施例1可得到质量最多的磁性强、分散性好且粒径小的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒。这是因为Fe3+和Fe2+的摩尔比值，前驱物铁盐的滴加时间，熟化温度，反应时间等从不同的方面影响Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒的晶体结构的完整性和粒径的增长速度，从而影响纳米颗粒的饱和磁化强度和粒径。Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒的磁性弱且粒径大，在磁分离和离心时，得到的磁性强、分散性好且粒径小的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒就会少。
用FTIR、XRD、TEM、VSM(振动样品磁强计)、Zeta sizer等仪器对Fe3O4-β-CD的结构、粒径、磁性和电势进行分析，结果表明：Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒的表面包埋上一层多氨基的PEI，且β-CD成功的接枝在Fe3O4-PEI表面；Fe3O4-TSC、Fe3O4-PEI和Fe3O4-β-CD的粒径分别为54.8nm、304.6nm、313.3nm，其饱和磁化强度分别为63.29、62.62和61.99emu/g，且均具有顺磁性，说明三种磁性纳米颗粒的粒度合适且磁性较强。其电势分别为-43.0mv、50.2mv、39.6mv，说明粒子之间的静电排斥作用较强，分散性较好。
本发明Fe3O4-β-CD吸附剂的饱和磁化强度为62emu/g，在用磁铁从溶液中分离纯化时，用时小于30s，且溶液变澄清。实验过程中还以对照例2中制备的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒作为磁核，在相同的条件下，制备Fe3O4-β-CD吸附剂，其粒径为318.5nm，电势为38.9mv，发现在同一磁场下作用8min，溶液依旧呈混浊，说明后者的饱和磁化强度小于62emu/g。因此，当饱和磁化强度大于62emu/g时，磁分离较迅速且彻底，吸附剂的质量损失亦较小。
2.环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对自由胆红素的吸附
取实施例1制备的Fe3O4-β-CD吸附剂2.5mg，加入到5ml胆红素的PBS(0.01mol/L)和NaCl(0.9％)溶液中，补齐体积为7ml，使胆红素的浓度为200mg/L，向上述溶液中通N2，在37℃、175rpm的转速下避光震荡4h。吸附结束后，磁铁分离，取0.3ml上清液，测其在波长为440nm处的吸光值。
3～6.不同高碘酸钠用量制备的Fe3O4-β-CD吸附剂对自由胆红素的吸附
采用相同的反应方法，实施例1中β-CD的氧化同样适合较高用量的高碘酸钠的氧化，其中，固定β-CD的用量，高碘酸钠的用量以β-CD与NaIO4的摩尔比来表示，实施例3～6，β-CD与NaIO4的摩尔比为1:0.5、1:0.75、1:1.5、1:2。吸附剂的其他制备条件及操作方法同实施例1，对自由胆红素的吸附同实施例2。不同高碘酸钠的用量制备的吸附剂的粒径及电势如表2，对自由胆红素的吸附效果如表3。其中醛基数目的测定，采用盐酸羟胺法，具体操作方法参见文献(ZhaoH,Heindel N D.Pharmaceutical Research,1991,8(3):400-402)
表2不同高碘酸钠的用量制备的吸附剂的聚沉时间
| 实施例 | 粒径(nm) | 电势(mv) | 聚沉时间 |
| 1 | 313.3 | 39.6 | >3天 |
| 3 | 407.6 | 28.2 | <6小时 |
| 4 | 495.2 | 25.3 | <5小时 |
| 5 | 688.5 | 22.5 | <2小时 |
| 6 | 1542.7 | 20.8 | <10秒 |
由表2可知，Fe3O4-β-CD吸附剂的粒径越小，电势越高，则其分散性越好，Fe3O4-β-CD吸附剂在溶液中也越稳定，而粒径大、电势小的Fe3O4-β-CD易聚沉，因而，无法在血液透析吸附系统中应用。
表3不同高碘酸钠用量制备的Fe3O4-β-CD吸附剂对自由胆红素的吸附
由上表3可知，环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对自由胆红素有较强的吸附能力，且当β-CD与NaIO4的摩尔比为1:0.1时，Fe3O4-β-CD吸附剂对自由胆红素的吸附能力最强。这是由于Fe3O4-β-CD吸附剂既可通过表面功能基团β-CD与胆红素的疏水相互作用来吸附胆红素，还可通过修饰基质PEI与胆红素的静电相互作用和氢键相互作用来吸附胆红素。当β-CD与NaIO4的摩尔比为1:0.05时，接枝后利用茚三酮法测Fe3O4-β-CD吸附剂表面的伯氨基含量，为0.72umol/mg，与β-CD接枝前Fe3O4-PEI表面的伯氨基含量(为0.78umol/mg)接近，说明β-CD接枝率较低，即β-CD的氧化程度不够。
7.环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对蛋白的吸附
配制BSA(牛血清白蛋白)的PBS(0.01mol/L)和NaCl(0.9％)溶液(pH为7.4)，向其中加入2ml(质量为4mg)的Fe3O4-β-CD吸附剂，总体积为7ml，BSA的浓度分别为10、20、30、40mg/ml。在37℃、175rpm的转速下震荡4h，磁铁分离，取上清，测其在波长为280nm处的吸光值。对照组为无Fe3O4-β-CD吸附剂的相同浓度的BSA溶液。
实验结果表明，环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对不同浓度的BSA均无吸附，这是由于Fe3O4-PEI的表面均被多糖结构的β-CD所覆盖，而β-CD与蛋白质之间的相互作用较弱，故不会吸附BSA，也说明该Fe3O4-β-CD吸附剂具有良好的生物相容性。
8.用于血液透析吸附系统的环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对BSA结合胆红素的吸附
选用Lengthen LST140聚醚砜透析器组建吸附透析实验模型，250ml BSA结合的胆红素溶液(pH为7.4)循环于透析器内腔，BSA浓度为30mg/ml，胆红素的浓度为300mg/L，控制流速为300ml/min。250ml含有550mg Fe3O4-β-CD吸附剂(浓度为0.22％)的PBS(0.01mol/L)和NaCl(0.9％)溶液(pH为7.4)循环与透析器外腔，控制流速为50ml/min，无超滤。BSA结合的胆红素溶液及吸附剂透析液均保持在37℃水浴中。避光吸附透析6h，检测吸附透析前后BSA结合的胆红素溶液中胆红素浓度的变化。内腔与外腔以及外腔入口与外腔出口处之间的U型水银压力计用来在线监测压力的变化，检测Fe3O4-β-CD吸附剂对透析器的堵塞情况。
实验结果表明，6h内吸附剂对BSA结合的胆红素的去除率为66.3％，并且投入1g的吸附剂，该吸附透析系统对BSA结合的胆红素的去除量约为75mg；吸附4h，对胆红素的去除量占6h去除总量的98.1％，基本达到吸附平衡，这对缩短临床透析时间，减轻病人痛苦有重要意义；就Fe3O4-β-CD吸附剂而言，其对BSA结合的胆红素的净吸附量约为50mg/g，并且在20min内对胆红素的吸附已达到吸附饱和。说明在吸附透析过程中，Fe3O4-β-CD吸附剂具有高效、快速的特点。在整个透析吸附的过程中，透析器内腔与外腔以及外腔入口与外腔出口处之间的压力较小，压力差值均为4mm汞柱，差值较小，说明Fe3O4-β-CD吸附剂在透析器外腔中的循环流动较通常，不会对透析器造成严重堵塞。
9.环糊精修饰的磁性纳米吸附剂对血浆中疏水性毒素的吸附
选用Lengthen LST140聚醚砜透析器组建吸附透析实验模型。取250ml的病人血浆循环于透析器内腔，控制流速为300ml/min。250ml含有浓度为0.22％的Fe3O4-β-CD吸附剂的碳酸氢盐透析液循环与透析器外腔，控制流速为50ml/min，无超滤。将血浆及吸附剂透析液置于37℃的水浴中，避光透析吸附6h。检测吸附透析前后血浆中的直接胆红素(DB)、间接胆红素(IB)、总胆红素(TB)和总胆汁酸(TBA)的浓度变化。血浆中总蛋白、白蛋白和球蛋白的浓度分别为65.00、42.07和22.93g/L。得到如表4的实验结果。
表4Fe3O4-β-CD吸附剂对血浆中疏水性毒素的吸附
由表4结果可知，Fe3O4-β-CD吸附剂对体内多种疏水性毒素有较明显的吸附去除效果，在透析吸附允许的时间内，对血浆胆红素的去除率达到31.23％，说明其可用于高胆红素血症患者的治疗，并为改善病人身体环境、肝细胞再生和肝功能的恢复创造有利的条件。
大连理工大学的王智研发了偶联环糊精的PEI分子吸附剂(β-CD-PEI)，该吸附材料可代替MARS系统中的HSA，具有廉价和对血浆胆红素吸附能力强的特点。本发明从多方面与β-CD-PEI进行比较，结果如表5所示。β-CD-PEI制备过程及对血浆胆红素的吸附能力参见文献(王智.胆红素水溶性分子吸附剂的制备及性能研究[D].大连理工大学,2012.)
表5不同吸附剂的比较
由表5可知，对比对血浆胆红素的去除，二者去除率相当，均有较好的去除效果。而Fe3O4-β-CD吸附剂的分离纯化快速、方便，且成本极低，只需一块磁铁提供磁场，便可实现吸附剂的多次重复分离纯化。而β-CD-PEI吸附剂需要采用超滤膜柱洗滤系统实现分离纯化，超滤膜柱属于耗材，单次分离纯化成本高于400元，且其透析纯化时间长，该过程需要消耗大量的蒸馏水和电能。因此，本发明环糊精修饰的磁性纳米吸附剂用于血液透析吸附系统，在对高胆红素血症患者的治疗中将更有优势。
Claims (6)
1.一种环糊精修饰磁性纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备Fe3O4-TSC磁性纳米粒
配制摩尔比为1.75-2.0的Fe3+和Fe2+前驱物铁盐溶液；在N2的保护下，将前驱物铁盐溶液加入碱液中，控制加入速度为3.5-5.5ml/min，熟化温度为15-60℃，反应时间为5-20min，保持反应过程中溶液的pH>10；再加入0.01-0.1mol的柠檬酸钠作为分散剂，搅拌反应0.5-6h，制得Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒；
(2)制备Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒
将步骤(1)得到的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒溶液加入到PEI溶液中，使得PEI与Fe3O4-TSC的浓度比为1:1，搅拌反应1-8h；
(3)制备醛基化的β-CD
将摩尔比为1:0.1-2的β-CD和NaIO4常温避光反应0.5-4h，再加入与NaIO4等摩尔的亚硫酸钠，在大于20℃的条件下，反应不少于30min；
(4)β-CD的接枝
将步骤(2)中的Fe3O4-PEI磁性纳米颗粒和过量的步骤(3)中醛基化的β-CD加入弱碱性的硼酸盐缓冲液中，反应14-21h，反应过程中，多次加入硼氢化钠；反应结束，磁分离，即制得环糊精修饰磁性纳米吸附剂Fe3O4-β-CD。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒经离心处理，取上层液即得小粒径、分散性好和磁性强的Fe3O4-TSC磁性纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的环糊精修饰磁性纳米吸附剂的粒径小于310nm，饱和磁化强度大于62emu/g，电势大于40mv。
4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的碱液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
5.权利要求1、2或3制备的环糊精修饰磁性纳米吸附剂在血液透析吸附系统中的应用，其特征在于，将初始浓度为80-300mg/L胆红素的血浆循环于双皮层的血液透析器的内腔，控制流速为200-320ml/min；配制环糊精修饰磁性纳米吸附剂的碳酸氢盐透析液，吸附剂的浓度为0.05-1％，透析液循环于血液透析器的外腔，控制流速为40-300ml/min，37℃避光透析吸附1-6h，用于疏水性毒素的吸附。
6.权利要求4制备的环糊精修饰磁性纳米吸附剂在血液透析吸附系统中的应用，其特征在于，将初始浓度为80-300mg/L胆红素的血浆循环于双皮层的血液透析器的内腔，控制流速为200-320ml/min；配制环糊精修饰磁性纳米吸附剂的碳酸氢盐透析液，吸附剂的浓度为0.05-1％，透析液循环于血液透析器的外腔，控制流速为40-300ml/min，37℃避光透析吸附1-6h，用于疏水性毒素的吸附。
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