CN1059354C - 一种纤维素微孔滤膜及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

一种纤维素微孔滤膜，其中含有交联纤维素和交联共价结合的间隔臂基团组成，可分别用分子式Ⅰ、Ⅱ表示：

Cellulose-O-CH₂-CH-CH₂-O-Cellulose

Cellulose-O-CH₂-CH-CH₂-R

其中R为带有极性基团-NH₂的C₂～C₈有机物的基团。

该膜的制备包括纤维素成膜，环氧氯丙烷交联和引入可作为间隔臂的有机物交联反应三个步骤。利用这种膜，采用戊二醛交联法将亲和配基组氨酸固载化到该膜上制成亲和纤维素膜，可用于溶液(自来水、大输液、白蛋白溶液等)净化清除内毒素，其去除率可达98%以上。

Description

一种纤维素微孔滤膜及其制备和应用

本发明涉及一种膜分离技术，具体地说是提供一种纤维素微孔滤膜及其制备方法。同时又提供了利用该滤膜交联组氨酸制成亲和滤膜用于对溶液中的内毒素进行清除。

亲和分离由于具有很高的特异性，良好的选择性，极高的纯化倍数，因此该技术发展十分迅速，已制成了多种亲和分离色谱填料，广泛应用于生物二程目标产品的纯化分离和生命科学的研究。近来，随着膜分离科学的迅速发展已出现了把亲和配基共价结合到微孔滤膜或超滤膜上，制成亲和膜，应用到一些生物大分子如酶、蛋白质等的纯化分离上，所用的膜材料大部分为纤维素膜或纤维素共混膜。因在这种纤维素膜的分子上含有大极性的官能团-羟基，所以这种膜具有良好的亲水性和能透量，可对这些羟基进行活化，接上所需的间隔臂和配位基，制成具有生物特异性的亲和膜。与本发明的技术相近，如S.Minobe等人(J.Chromatogr，1982，248：401-408)用琼脂糖作为基质原料，用溴化氰在强碱溶液中对琼脂糖分子上的羟基进行活化，共价结合1，4-丁二胺作间隔臂，所制成的中间物Sepharose 4B-丁二胺，再用戊二醛溶液使其与亲和配基组胺进行交联，制成琼脂糖亲和介质配基。用此亲和介质来净化除去溶液中内毒素。但是这种纤维素微孔滤膜在未交联前，机械强度和化学稳定性都较差，承受不了强酸强碱的攻击。而对于亲和纯化分离技术，不仅在活化，接间隔臂和亲和配位基时要在强碱条件下进行，而且在解离、复性、再生阶段也常常要用强碱来实现。因此改善这种纤维素膜的机械强度和化学稳定性是该分离技术实用化前必需解决的关键问题。

本发明的目的是提供一种纤维素微孔滤膜及制备方法。利用该方法制备的纤维素滤膜机械强度高，化学稳定性好，且易于同带有咪唑基的分子产生特异性的亲和相互作用，可制备出实用性强的亲和滤膜。本发明的另一目的就是利用上述纤维素膜，使组氨酸固载化到交联纤维素膜上制成亲和滤膜，并用于对溶液(自来水、大输液、生理盐水、白蛋白溶液等)中的内毒素进行清除。

为实现本发明的第一个目的，本发明选用一种由β-1，4连接的D-葡萄糖甘组成的线性聚合物为原料，制备成膜，再控制反应条件对该纤维素膜进行交联和引入间隔臂反应，制备出一种机械强度好，能耐酸、碱和有机溶剂，且易于与亲和配基进行共价结合的纤维素微孔滤膜。本发明滤膜的特征在于1)该纤维素膜含有用环氧氯丙烷进行交联反应的产物，可用分子式I表示：且交联度(参加交联反应分子与总纤维素分子百分比)为10-45％；2)该纤维索膜含有共价结合的间隔臂产物，可用分子式II表示：

R为带有极性基团-NH₂的C₂～C₈有机物的基团，如-NH-(CH₂)₂-NH₂，-NH-(CH₂)₄-NH₂，-NH-(CH₂)₈-NH₂或 NH₂，且共价结合的间隔臂产物的量为纤维素分子的10-45％。

本发明的纤维素微孔滤膜的制各方法，按下述步骤：1)以β-1，4连接的D-葡萄糖

为原料，采用传统工艺制成平均孔径为0.1～1.2μm，厚度为150～250μm的微孔滤膜。

2)采用环氧法用环氧氯丙烷对上述纤维素膜进行交联，其特征在于反应在催化剂(KBH₄)和有机介质二甲基亚砜存在的碱溶液中(PH10～12)，于50～70℃下进行交联反应，其反应过程可用反应式(1)表示：

反应(1)中，催化剂用量为纤维素重量的1～6％，有机介质与碱溶液按1～5∶1重量比，碱溶液的用量为纤维素重量的2～5倍，反应物环氧氯丙烷的用量与纤维素重量比为2～6∶1，反应时间为1～6小时，反应结束后，将产物洗涤到中性，纤维素的交联度为10～45％(参加反应分子与总纤维素分子百分比)，制成交联纤维素膜。

3)再采用环氧法引入间隔臂，其特征在于在30～50℃下，碱性溶液中(PH10～12)使环氧氯丙烷先与交联纤维素膜进行共价结合，按下反应式(2)进行：反应(2)中，环氧氯丙烷的用量为纤维素重量的2～6倍，反应时为1～4小时，反应结束后，将产物洗涤到中性，其交联度可达10～45％。上述产物浸入到碱性溶液中(PH值7～9)，反应温度50～70℃下，加入可作为间隔臂的有机物(为纤维素重的1～4倍)反应时间为1～6小时，进行下反应(3)：R为带极性基团-NH₂的C₂～C₈有机物的基团，如-NH-(CH₂)₂-NH₂，-NH-(CH₂)₄-NH₂，-NH-(CH₂)₆-NH₂，

等。经上述反应，共价结合的间隔臂间物可占纤维素分子的10～45％，即制成本发明的纤维素微孔滤膜。

上述本发明提供的滤膜，由于其带有活性官能团(-NH₂)，可采用重氮化法或戊二醛交联法，将生物大分子固载化在膜上，制成亲和滤膜用于生物大分子的纯化和分离，本发明的第二个目的即是利用本发明的纤维素膜制成亲和滤膜，用于对溶液中的内毒素进行清除，为此，上述交联间隔臂的纤维素微孔滤膜与亲和配基组氨酸进行固载化反应，反应在弱碱性条件下(PH7.5～9.0)，反应温度20～75℃，于磷酸盐缓冲液中进行，如反应式(4)：戊二醛的加入量为滤膜重1～6倍，组氨酸的加入量为滤膜重的1～5倍，碱溶液量为滤膜重的1～5倍，反应时间为2～8小时。反应结束后，用含5％的乙醇胺溶液对纤维素膜上残留的羟基进行封尾处理，以减少非特异性吸附的可能性，即制成可用于除去溶液中内毒素的亲合滤膜。

反应式(4)中，R为带极性基团-NH₂的C₂～C₈的有机物基团，R′为R去掉官能团-NH₂中2个氢原子后基团。下面通过实例对本发明的技术给予进一步地说明。

实例1，交联纤维素微孔滤膜的制备

交联纤维素微孔滤膜按下述步骤制备：

1)选用由β-1，4连接的D-葡萄糖甘组成的聚合度为300～500左右的线性聚合物为原料，按常规制成厚约205μm，平均孔径为0.1～1.2μm的滤膜。

2)将上述滤膜加入到为滤膜3倍重量的有机介质二甲基亚砜存在下(为碱溶液的4倍)的碱性溶液中(PH值为10～11)，与环氧氯丙烷(加入量为滤膜3倍重)进行反应，催化剂KBH₄的用量为滤膜重的4％，反应时间为3小时，即可完成上述反应(1)，反应后滤膜经0.2N NaOH溶液，乙醇溶液和水分别依次洗涤成中性，即制得交联纤维素膜，其交联度为30％。

3)将上述得到的交联纤维膜，于3倍重量的碱性溶液中(PH值为10～12)，反应温度为30～50℃下，加入环氧氯丙烷(用量为滤膜的4倍)进行交联反应，反应2小时后，洗涤滤膜到中性。该滤膜加入到3倍重的碱性溶液中(PH值为7～8)，加入已二胺(按滤膜重的2倍)，于50～70℃下继续反应4小时，可使己二胺共价结合到纤维素膜上，洗涤产物至中性。其交联度为40％，每克交联纤维素膜上可共价结合上120μmol的已二胺，完成膜的制备。

实例2用于除去溶液中内毒素的纤维素微孔亲和滤膜的制备

利用实例2制得交联纤维素滤膜，在弱碱性条件下(PH7.5～9.0)，用戊二醛作交联试剂，在20～35℃下，于磷酸盐缓冲液中，加入组氨酸进行固载化反应。戊二醛的用量为纤维素滤膜重的5倍，组氨酸的用量为滤膜重量的3倍。反应5小时后，用5％的乙醇胺溶液对产物进行封尾处理。得到的亲和滤膜组氨酸亲和配基的容量为75μmol/g。

实例3，亲和滤膜的应用

使用实例2制得的亲和滤膜制成直径为40mm膜片，25张膜叠加在一起组装在滤膜分离器中，(膜片的大小，形状及叠加厚度可依选用分离器改变)，并对分离器进行予处理，即可用于溶液的净化。

将待处理含内毒素的液体(自来水，大输液，白蛋白溶液等含内毒素量超过10ng/ml以上)，在流速2ml/min下用蠕动泵打入膜分离器中，收集流出液，其内毒素的含量小于0.1ng/ml。

该滤膜可以按常规方法进行再生复性反复多次使用达20次以上，滤膜可耐1MPa压力，耐酸碱可对PH2～14的溶液进行净化处理。

Claims (6)

1.一种纤维素微孔滤膜，其特征在于

1)该滤膜中含有用环氧氯丙烷进行交联反应的交联纤维素膜，用分子式I表示：

且交联度为10～45％：

2)该滤膜中含有交联共价结合的间隔臂产物，用分子式II表示：R为带有极性基团-NH₂的C₂～C₈有机物的基团，且共价结合的间隔臂产物占纤维素膜分子的10～45％。

2.按照权利要求1所述的滤膜，其特征在于作为共价结合的间隔臂基团为：-NH-(CH₂)₂-NH₂，-NH-(CH₂)₄-NH₂，-NH-(CH₂)₆-NH₂或

3.一种按照权利要求1所述的纤维素微孔滤膜的制备方法，包括纤维素成膜，对纤维素膜进行交联和引入间隔臂基团反应，其特征在于：

1)纤维素膜的交联反应，采用环氧法，在KBH₄作催化剂和有机介质二甲基亚砜存在时的碱性溶液中PH10～12，使环氧氯丙烷与纤维素进行交联反应；

2)引入间隔臂基团反应，首先是采用环氧法，在30～50℃下，碱性溶液PH10～12使环氧氯丙烷与交联纤维素膜进行交联反应，然后在于50～70℃下，碱性溶液中PH7～9，使经处理后的纤维素膜与作为间隔臂的有机物进行共价结合反应，制得由分子式II表示的含间隔臂基团的交联纤维素膜。

4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于1)纤维素膜的交联反应中，催化剂的用量为滤膜重的1～6％，有机介质与碱溶液按1～5∶1重量比配制，碱溶液的用量为滤膜重的2～5倍，反应物环氧氯丙烷的用量为滤膜重量的2～6倍，反应时间为1～6小时。

5.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于2)引入间隔臂基团反应，作为间隔臂的有机物为己二胺，反应物环氧氯丙烷及己二胺的用量分别为纤维素滤膜的2～6倍和2～4倍，环氧氯丙烷的交联反应时间为1～6小时，引入间隔臂反应时间为1～4小时。

6.一种按照权利要求1所述的纤维素微孔滤膜用于溶液中消除内毒素的方法，其特征在于首先利用戊二醛交联法，将作为亲和配基的组氨酸固载化到纤维素膜上，交联反应条件为：弱碱性条件下PH7.5～9.0，反应温度50～75℃，于磷酸盐缓冲液中进行，戊二醛的用量为滤膜重的1～6倍，组氨酸用量为滤膜的1～5倍，反应时间为2～8小时，制成亲和滤膜，利用该膜按常规技术用于溶液中消除内毒素。