CN105311974A

CN105311974A - 一种具有高抗凝血性能血液透析膜及其制备方法

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Publication number: CN105311974A
Application number: CN201410373227.0A
Authority: CN
Inventors: 于海军; 曹义鸣; 康国栋; 刘健辉; 周美青
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: CN105311974B

Abstract

本发明涉及一种具有高抗凝血性能的血液透析膜的制备方法，以减少透析膜使用过程中的凝血现象。本发明以聚砜血液透析膜为改性目标，先通过原子转移自由基聚合制备含有聚砜或聚醚砜与丙烯酸的三嵌段共聚物，然后将共聚物与聚砜共混，纺丝，制备聚砜血液透析膜。利用透析膜表面的羧基将肝素接枝到透析膜表面，改善透析膜的亲水性和抗凝血性能。本发明操作简便，有效地缓解了血液透析膜使用过程中的凝血问题。所制得的血液透析膜表面亲水性明显改善，抗凝血能力显著提高。

Description

一种具有高抗凝血性能血液透析膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有高抗凝血性能血液透析膜的制备方法，该方法包括合成带有疏水链段和羧酸基团的三嵌段共聚物，将嵌段共聚物与制膜聚合物共混制备血液透析膜，再利用改性剂中的活性位点将肝素接枝到膜表面，得到具有抗凝血性能的血液透析器。

背景技术

慢性肾衰是全球性的挑战，截至2010年底，全球有262.1万慢性肾衰病人得到治疗，其中约202.9万人在145个国家中获得透析治疗，另有59.2万人获得肾脏移植。在接受透析治疗的200多万病人中，约有20％在美国接受治疗，16％在欧盟国家，15％在日本，其余约49％的透析病人分布在中国等其他约120个国家。2011年，全球透析人数为215.8万人，预计到2020年将增长至380万人左右。

中国有13亿多人口，2012年慢性肾衰患者约有200万人，但是由于过去医保覆盖不充分，农村医保报销比例低，大部分慢性肾衰患者无法承受长期透析治疗的高额费用，接受透析治疗的人数仅为10～15％左右。未来随着中国医保实现全覆盖，新农合大病报销比例的增多，中国晚期肾病患者接受治疗的比例将大幅上升，血液透析市场潜力巨大，透析器的使用也将有极大的增长空间。

血液透析通过弥散、对流、超滤、吸附等机制清除体内的有害物质，维持水电解质平衡，是急慢性肾功能衰竭的主要治疗措施。透析膜材料是影响血液透析治疗效果的关键因素。随着科学技术的发展，透析膜材料的生物相容性、溶质清除率、溶质吸附等方面均有了很大改进，提高了血液透析患者的生活质量，减少了并发症，降低了死亡率。透析膜是透析器的主要构成部分，透析膜的理化特性决定透析效果。理想的透析膜应具有良好的生物相容性；对溶质有高清除率，对水有适当的超滤率；不允许相对分子质量超过35000的物质通过；无特异吸附；无毒、无抗原性、无补体激活、无致热源；能耐蒸汽消毒或消毒药浸泡；透析器的封装材料不含亚甲基二苯胺、不释放环氧乙烷等。其中，生物相容性和抗凝血性能是决定血液透析器性能的关键。

血液透析是尿毒症患者维持生命的肾脏替代疗法，但却是非生理过程。不同透析膜理化性质对不同细胞因子产生的影响程度也不同，引起机体的反应程度也不同。

膜材料具有分离效率较高、能耗低、操作简便等特点。在分离、富集、纯化等领域应用广泛。作为一种异体物质，透析膜与人体血管内皮细胞存在很大的差异。血液各种成分和膜材料之间发生的相互作用将产生一系列生物反应，如材料表面出现血浆蛋白被吸附，血小板黏附、凝血以及纤溶系统被激活，最终形成血栓，将引起致命性后果。因而，对于透析膜膜材料，血液相容性起到至关重要的作用。

目前，常用的如聚砜(PSF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚砜(PES)、聚酰胺(PA)和聚丙烯腈(PAN)等合成透析膜孔径较大，对水的通透性和超滤率高，对中大分子毒素的清除率高，还具有良好的力学性能、柔韧性和一定的生物相容性，应用较多，但是它们的抗凝血性能不够理想，在血液透析过程中会引发一些并发症。这些并发症主要包括以下几个方面：过敏反应、低氧血症、凝血纤溶异常、免疫功能低下、脂质代谢紊乱、透析性骨病、营养不良及对残余肾功能的影响，因此，开发抗凝血、生物相容好的透析膜以高效、安全地完成透析过程是目前医学与膜技术领域的研究热点之一。

高分子膜材料的化学稳定性好，难以进行化学修饰，对分离膜直接进行表面修饰比较困难。聚合物共混是将带有不同化学结构的聚合物混合，通过浸没沉降法制备聚合物共混膜，这种分离膜同时具有各种共混材料的性能。

肝素是一类糖胺聚糖,由糖醛酸和葡萄糖胺以1→4键连接起来的重复二糖单位组成的多糖链的混合物。含10—30个二糖单位不等，分子量4000—20000，平均分子量12000。肝素类制剂是血液透析中应用最为广泛的抗凝剂，肝素可以与抗凝血酶结合，激发抗凝血酶的活性，提高其抗凝血能力。研究表明，用肝素涂覆或修饰的医用材料表面可以使其抗凝性能和生物相容性得到显著的改善和提高。肝素的固定化方法包括表面涂覆法和化学固定化法两种，化学固定化方法中肝素的稳定性高，不易脱落，可以保证在整个透析过程(2—4小时)中稳定的抗凝血效果，具有较大的优势。肝素分子中有活性的胺基，可以利用胺基进行化学接枝。利用分离膜表面的羧基进行酰胺反应，可以将肝素接枝到透析膜表面。得到具有高度生物相容性的血液透析膜。

发明内容

发明拟解决的问题：

本发明的目的是尝试一种新型抗凝血血液透析膜及其制备方法，该方法具有过程简单，反应条件可控，成本低廉，易于工业放大的优点。

用于解决课题的方法：

为了达到上述目的，本发明自由基聚合得到聚砜或聚醚砜与聚丙烯酸的三元嵌段共聚物，将嵌段共聚物与制膜聚合物共混制备血液透析膜。利用膜表面的羧基，通过酰胺反应将肝素接枝到透析膜表面。得到具有高度生物相容性和抗凝血性能的血液透析膜。

本发明采用的技术方案为：

(1)合成三元嵌段共聚物：将聚砜或聚醚砜溶解于氯仿中，加入多聚甲醛和四氯化锡，并缓慢滴加氯硅烷，加热反应一段时间，得到氯甲基化的聚砜或聚醚砜。将一定量的氯甲基化的聚砜或聚醚砜、丙烯酸叔丁酯和催化剂溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，通入氮气后反应一定时间，将产物溶解于NMP中，加入稀盐酸搅拌一定时间，在甲醇中沉淀后真空干燥得到产物；

(2)三嵌段共聚物与聚砜共混制备血液透析膜：将三嵌段聚合物，聚砜，添加剂和溶剂混合，机械搅拌混合，得到制膜液。通过浸没沉降法得到血液透析膜；

(3)肝素在血液透析膜表面接枝：配制肝素水溶液，加入EDC。将血液透析膜浸泡于水溶液中，接枝反应，将功能性单体接枝到膜表面。用去离子水清洗血液透析膜，洗去未反应的肝素和EDC；

本发明提供一种具有高抗凝血性能的血液透析膜，以减少透析膜使用过程中的凝血现象。本发明以聚砜血液透析膜为改性目标，先通过原子转移自由基聚合制备具有含有聚砜或聚醚砜与丙烯酸的三嵌段共聚物，然后将共聚物与聚砜共混，纺丝，制备聚砜血液透析膜。利用透析膜表面的羧基将肝素接枝到透析膜表面，改善透析膜的亲水性和抗凝血性能。本发明操作简便，有效地缓解了血液透析膜使用过程中的凝血问题。所制得的血液透析膜表面亲水性明显改善，抗凝血能力显著提高。

具体实施方式

将中空纤维式血液透析膜自然晾干，利用环氧或聚氨酯封胶成血液透析器。

测试方法如下，选用牛血作为测试样品，测试条件：血流量为200mL/min，透析器流量为500mL/min，跨膜压为100mmHg，透析4h。测试血细胞残留，白细胞残留和血小板残留，同时还测试血液透析膜的超滤率，尿素、肌酐、磷酸盐和维生素B₁₂的清除率。

以下结合实施例详述本发明。

实施例1

30g聚砜，氯仿1500mL，搅拌至完全溶解，加入多聚甲醛(聚合度为20)20g和四氯化锡4.5mL，并缓慢搅拌，滴加90mL氯硅烷((CH₃)₃CCl)，升温至60℃，反应72h，冷却至室温，在乙醇与去离子水的体积比等于1:1的水溶液中沉积，真空干燥，得到氯甲基化的聚砜。取氯甲基化聚砜30g，丙烯酸叔丁酯40g和氯化铜3g溶解于300gN-甲基吡咯烷酮中，通氮气脱除氧气，在80℃下反应6h，过Al₂O₃柱除Cu后在CH₃OH中沉淀，沉淀物在30℃下真空干燥。将干燥产物50g溶解于10％的盐酸水溶液中，100℃搅拌48h，得到聚丙烯酸-聚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物。

取聚丙烯酸-聚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物15g，聚砜25g，聚乙烯吡咯烷酮15g溶解于145g二甲基乙酰胺中，加热搅拌。采用浸没沉降法得到血液透析膜，将得到的血液透析膜用乙醇和去离子水清洗。

取肝素3g溶解于去离子水500g中，加入1gEDC，将血液透析膜浸泡于溶液中，加热到40℃反应24h，取出，先后用乙醇和去离子水进行清洗，除去未反应的物质和溶剂。

测试性能如下：

改性血液透析器的有效膜面积为1.4m²。血细胞残留为0.71‰，白细胞残留为2.07‰，血小板残留为0.19‰。血液透析膜的超滤率为41mL/mmHg·h，尿素清除率为190mL/min，肌酐清除率为178mL/min，磷酸盐清除率为169mL/min，维生素B₁₂清除率为115mL/min。

实施例2

30g聚醚砜,氯仿1500mL，搅拌至完全溶解，加入多聚甲醛(聚合度为40)20g和四氯化锡4.5mL，并缓慢搅拌，滴加90mL氯硅烷((CH₃)₃CCl)，升温至60℃，反应72h，冷却至室温，在乙醇与去离子水的体积比等于1:1的水溶液中沉积，真空干燥，得到氯甲基化的聚醚砜。取氯甲基化聚醚砜30g，丙烯酸叔丁酯40g和氯化铜3g溶解于300gN-甲基吡咯烷酮中，通氮气脱除氧气，在80℃下反应6h，过Al₂O₃柱除Cu后在CH₃OH中沉淀，沉淀物在30℃下真空干燥。将干燥产物50g溶解于10％的盐酸水溶液中，100℃搅拌48h，得到聚丙烯酸-聚醚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物。

取聚丙烯酸-聚醚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物15g，聚砜25g，聚乙烯吡咯烷酮15g溶解于145g二甲基乙酰胺中，加热搅拌。采用浸没沉降法得到血液透析膜，将得到的血液透析膜用乙醇和去离子水清洗。

取肝素5g溶解于去500g离子水中，加入1gEDC，将血液透析膜浸泡于溶液中，加热到40℃反应24h，取出，先后用乙醇和去离子水进行清洗，除去未反应的物质和溶剂。得到改性的血液透析器2。

测试性能如下：

改性血液透析器的有效膜面积为1.4m²。血细胞残留为0.61‰，白细胞残留为1.76‰，血小板残留为0.16‰。血液透析膜的超滤率为42mL/mmHg·h，尿素清除率为194mL/min，肌酐清除率为182mL/min，磷酸盐清除率为172mL/min，维生素B₁₂清除率为118mL/min。

实施例3

35g聚砜,氯仿1500mL，搅拌至完全溶解，加入多聚甲醛(聚合度为30)20g和四氯化锡6.5mL，并缓慢搅拌，滴加90mL氯硅烷，升温至60℃，反应72h，冷却至室温，在乙醇与去离子水的体积比等于1:1的水溶液中沉积，真空干燥，得到氯甲基化的聚砜。取氯甲基化聚砜40g，丙烯酸叔丁酯50g和氯化铜3g溶解于300gN-甲基吡咯烷酮中，通氮气脱除氧气，在80℃下反应8h，过Al₂O₃柱除Cu后在CH₃OH中沉淀，沉淀物在30℃下真空干燥。将干燥产物50g溶解于10％的盐酸水溶液中，100℃搅拌48h，得到聚丙烯酸-聚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物。

取聚丙烯酸-聚砜-聚丙烯酸三嵌段聚合物20g，聚丙烯腈20g，聚乙二醇15g溶解于145g二甲基乙酰胺中，加热搅拌。采用浸没沉降法得到血液透析膜，将得到的血液透析膜用乙醇和去离子水清洗。

取肝素5g溶解于去500g离子水中，加入2gEDC，将血液透析膜浸泡于溶液中，加热到50℃反应4h，取出，先后用乙醇和去离子水进行清洗，除去未反应的物质和溶剂。得到改性的血液透析器3。

测试性能如下：

改性血液透析器的有效膜面积为1.4m²。血细胞残留为0.56‰，白细胞残留为1.64‰，血小板残留为0.15‰。血液透析膜的超滤率为44ml/mmHg·h，尿素清除率为201mL/min，肌酐清除率为189mL/min，磷酸盐清除率为179mL/min，维生素B₁₂清除率为121mL/min。

比较例1

取血液透析膜进行测试，测试结果如下：

未改性血液透析器的有效膜面积为1.4m²。血细胞残留为1.02‰，白细胞残留为3.21‰，血小板残留为0.35‰。血液透析膜的超滤率为40ml/mmHg·h，尿素清除率为186mL/min，肌酐清除率为174mL/min，磷酸盐清除率为165mL/min，维生素B₁₂清除率为112mL/min。

经过对比可见，经过表面改性后，血液透析器的血细胞、白细胞和血小板的残留量明显降低，透水性，尿素清除率，磷酸盐清除率和维生素B₁₂清除率的清除率都有显著提高。结果显示，血液透析器的抗凝血性能得到明显改善，透析效果得到显著提高。

Claims

1.一种具有高抗凝血性能血液透析膜，其特征在于：采用原子转移自由基聚合，得到聚砜或聚醚砜与丙烯酸的三嵌段共聚物；将共聚物与制膜聚合物共混，采用浸没沉降法纺丝，得到具有羧基的活性表面；充分置换溶剂后，将血液透析膜浸泡于肝素的溶液中，将肝素接枝到透析膜表面，得到具有高度生物相容性的血液透析器。

2.按照权利要求1所述具有高抗凝血性能血液透析膜的制备方法，其特征在于：具体操作步骤如下，

(1)丙烯酸-聚砜-丙烯酸三嵌段共聚物或丙烯酸-聚醚砜-丙烯酸三嵌段共聚物的制备：取聚砜或聚醚砜溶解于氯仿中，加入多聚甲醛和四氯化锡，并缓慢滴加氯硅烷反应，反应温度从10到200℃，反应时间从0.05到100h，得到氯甲基化的聚砜或聚醚砜；氯仿与聚砜或聚醚砜的质量比为5—100:1，多聚甲醛与聚砜或聚醚砜的质量比为0.005—0.1:1，四氯化锡与聚砜或聚醚砜的质量比为0.0001—0.01:1，氯硅烷与聚砜或聚醚砜的质量比为0.01—10:1；

将氯甲基化的聚砜或氯甲基化的聚醚砜、丙烯酸叔丁酯和催化剂溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，通入氮气后反应1—50h，将产物溶解于NMP中，加入质量浓度为8—12％的稀盐酸搅拌1—50h，在甲醇中沉淀后真空干燥得到产物，加入稀盐酸与NMP的质量比为0.1—10:1；三嵌段共聚物合成中使用的催化剂为氯化铜、氯化锂或氯化铝中的一种或二种以上；NMP中氯甲基化的聚砜或氯甲基化的聚醚砜的质量百分含量为1—45％之间，丙烯酸叔丁酯与氯甲基化聚砜或氯甲基化聚醚砜的质量比为0.001—0.1:1之间，催化剂与氯甲基化聚砜或氯甲基化聚醚砜的质量比为0.0001—0.01:1之间；盐酸量与氯甲基化聚砜或氯甲基化聚醚砜的质量比为5—500:1之间；

(2)嵌段共聚物与聚合物共混制备血液透析膜

将制备的三元嵌段共聚物与制膜聚合物共混，加入添加剂和溶剂，加热到10—170℃之间；搅拌配制制膜液，通过纺丝制成中空纤维式的血液透析膜；所用的制膜聚合物包括聚砜、聚醚砜或聚丙烯腈中的一种或二种以上；所用的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂中的一种或二种以上；所用的三元嵌段共聚物、添加剂与溶剂、以及制膜聚合物的质量比为0.1—10：0.01—5：2—20:1之间；

(3)肝素在血液透析膜表面接枝聚合

配制肝素和酰胺反应催化剂(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)的水溶液，所述的肝素:酰胺反应催化剂:水按质量比为0.001—100:0.01—10:1000；在20—100℃温度下，反应0.1—500h；所得的血液透析膜用去离子水清洗，洗去膜表面未反应的肝素和催化剂。

3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

所用多聚甲醛的聚合度为8—100，优选20—40；

所述肝素分子量为5,000—100,000，优选分子量为5,000—40,000之间。

4.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：制备嵌段共聚物与聚合物共混制备血液透析膜时，所用的溶剂包括而不仅限于二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃或氯仿中的一种或二种以上。

5.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的中空纤维血液透析膜纺丝方法中制膜液配方中三嵌段共聚物与制膜聚合物的质量含量比例优选为0.1—2:1之间；纺丝速度从300m/h到1800m/h，干纺距离从0到15cm；芯液为去离子水或多种试剂的混合物；在芯液中所需要添加的试剂包括而不仅限于二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃或氯仿、甘油，吐温80、吐温20、乙醇中的一种或二种以上；所用试剂与去离子水的质量比为0—9.5:1。