CN106758257A - 一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物工程分离领域，公开了一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维及其制备方法。本发明方法包括以下步骤：(1)聚醚砜纳米纤维的制备：将聚醚砜溶解于有机溶剂中得到纺丝液，静电纺丝得到聚醚砜纳米纤维；(2)表面分子印迹材料的制备：将聚醚砜纳米纤维加入胆红素溶液中，再加入盐酸多巴胺反应，洗脱胆红素模板分子，得到表面分子印迹材料。本发明方法具有反应条件温和、成本低廉、可重复利用等优点。制备得到的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维对于胆红素模板分子具有吸附量大、选择性高等优点，对于目标分子胆红素具有很好的选择性识别能力，能够特异性的去除胆红素，可应用于血液中胆红素的吸附中。

Description

一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维及 其制备方法
技术领域
本发明属于生物工程分离领域，特别涉及一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维及其制备方法。
背景技术
正常人体血液中胆红素的含量为0.2～1mg/dL，如果胆红素产生过多或者代谢途径受阻，会导致体内大量胆红素的积聚，产生系统毒性。近年来，随着生物材料的迅速发展，血液灌流疗法的发展也非常的迅速，逐渐得到广大患者接受，成为继药物、手术疗法后“第三疗法”。血液灌流疗法中的核心内容是血液吸附材料的研发，目前已经制备出不少吸附材料，并有部分产品应用于临床。但是现有的吸附材料一方面不具备特异性的吸附性能，生物相容性较差，另一方面就是成本较高，增加病人治疗负担。因此，开发新型的具有良好吸附性能和血液相容性的新型吸附材料，同时尽可能降低成本具有重要的科学研究意义和临床实用价值。
胆红素中含有羧基与亚胺基，吸附材料可通过非极性吸附(疏水吸附)、阴离子交换吸附(静电相互作用)或极性吸附(氢键相互作用)等对胆红素发生吸附作用。目前，用作胆红素血液灌流的吸附材料主要有两大类：活性炭和树脂。活性炭作为吸附材料，对血小板破坏严重，而且微小炭粒在血管中可造成栓塞。后来将颗粒活性炭包膜用于血液灌流，才使活性炭血液灌流进入了临床实用阶段。该技术的核心是高性能吸附材料的研发，目前也已陆续研究开发出一些高分子树脂类吸附材料用于胆红素的吸附，国外的XAD系列吸附树脂及国内NK107，NK110等吸附树脂产品都已用于血液灌流的临床。至目前为止，所用的吸附材料的临床效果不能令人满意，主要原因是现有吸附材料存在特异性吸附性能较差，血液相容性不理想，材料的成本较高等问题。因此，开发新型具有高吸附容量、高特异性和良好血液相容性的新型胆红素吸附材料，具有重要的研究意义和临床实用价值。
近年来，静电纺丝技术由于其独特的技术优势，在组织工程和药物释放领域得到很好的应用，所得到的纳米纤维具有较高的孔隙率和比表面积，这一特性非常适合制备大容量的血液吸附材料。同时，为了专一地识别特定的目标分子，分子印迹技术提供了一种引人注目的新方法，它是以目标分子作为模板分子，通过功能单体、交联剂、引发剂等的作用，从而获得结构与目标分子相匹配的印迹高分子材料。传统的块体印迹法较难洗脱模板分子、吸附速率慢、吸附量较低以及模板分子进出印迹识别位点困难，为了改善这些缺点，人们逐渐在固体基材特别是纳米材料表面进行分子印迹来制备分子印迹聚合物，即表面分子印迹。由于表面分子印迹聚合物稳定性高、低耗、模板容易洗脱、选择性高并且适合大量生产，因而在生物分离技术领域有广泛的应用前景。多巴胺(DA)含有氨基、羧基、π-π键等在内的非共价键功能基团，在弱碱性条件下容易自身发生聚合形成聚多巴胺(PDA)粘附层，该自聚合在常温下就可以进行，无需加入引发剂。聚多巴胺表面修饰是近几年生物材料领域研究的热点，其具有超高的表面粘附能力，良好的生物相容性和血液相容性，在血液灌流吸附材料方面具有非常高的应用潜力。
基于此，本发明结合了静电纺丝技术和表面分子印迹技术的优点，以静电纺丝聚醚砜纳米纤维为载体，多巴胺为功能单体，制备出一种新型具有高吸附容量、高特异性和良好血液相容性的新型用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维。该制备方法简单，反应条件温和，成本低廉，制备的聚醚砜纤维表面分子印迹聚合物对于胆红素模板分子具有吸附量大、选择性高以及吸附速率快等优点，因此，在实际应用中具有十分广阔的前景和意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法。本发明制备方法通过静电纺丝制备聚醚砜纳米纤维作为载体材料，然后以多巴胺为功能单体，胆红素为模板分子，利用多巴胺的自聚合性能及生物黏附能力在聚醚砜纤维表面覆盖一层载有胆红素模板分子的聚多巴胺层，并通过洗脱剂洗脱模板分子得到表面分子印迹材料，即分子印迹聚合物。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的静电纺丝纳米纤维，具体为表面改性的聚醚砜纳米纤维，其能够高效、快速、具有选择性的吸附血液中的胆红素。
本发明再一目的在于提供静电纺丝纳米纤维在血液中胆红素的吸附中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚醚砜纳米纤维的制备：将聚醚砜溶解于有机溶剂中得到纺丝液，静电纺丝得到聚醚砜纳米纤维；
(2)表面分子印迹材料的制备：将聚醚砜纳米纤维加入胆红素溶液中，再加入盐酸多巴胺反应，洗脱胆红素模板分子，得到表面分子印迹材料。
步骤(1)中所述纺丝液中聚醚砜的质量百分数为15～30％。
步骤(1)中所述静电纺丝的参数为：电压为10～20kV，接收距离为10～20cm，纺丝液流速为0.5～2mL/h，纺丝温度为20～30℃，湿度为30～50％。
步骤(1)中所述静电纺丝采用的针头为21-23号针头。
步骤(1)中所述有机溶剂优选为四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂。
步骤(1)中所述有机溶剂中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为0:4～4:0。
步骤(1)中所述静电纺丝得到的聚醚砜纳米纤维置于40～60℃真空干燥箱中干燥12～48h。
步骤(2)中所用聚醚砜纳米纤维、胆红素和盐酸多巴胺的质量比优选为(50～200):(5～20):(25～200)。
步骤(2)中所述胆红素溶液的浓度优选为0.1～0.4g/L。
步骤(2)中所述胆红素溶液优选为胆红素的Tris缓冲溶液。
步骤(2)中所述反应的时间为4～24h。
步骤(2)中所述将聚醚砜纳米纤维加入胆红素溶液后优选在室温摇床震荡2～4h。
步骤(2)中所述洗脱胆红素模板分子优选先用水洗脱，然后用甲醇和醋酸的混合溶剂洗脱，再用水洗脱。更优选为先用水洗脱3～5次，然后用体积比为9:1～20:1的甲醇和醋酸的混合溶剂洗脱10～24h至没有胆红素模板分子洗脱出来，再用水洗脱3～5次除去洗脱剂甲醇和醋酸，再置于40～60℃真空干燥箱中干燥12～48h。
本发明的静电纺丝纳米纤维(表面分子印迹材料)对于胆红素模板分子具有吸附量大、选择性高等优点，可应用于血液中胆红素的吸附中。具体可为：称取10mg表面分子印迹材料，加入到10mL浓度20mg/dL的胆红素溶液中，或加入10mL浓度为20mg/dL的胆红素/胆固醇或胆红素/睾丸素混合溶液中，室温下避光震荡，吸附一定时间后，用紫外分光光度计检测溶液在441nm处的吸光度，并计算出表面分子印迹材料对胆红素的吸附量Q(mg/g)。
式中，C0是胆红素溶液的初始浓度(mg/L)，Ct是吸附一定时间后胆红素溶液的浓度(mg/L)，V是胆红素溶液的体积(L)，m是表面分子印迹材料的质量(g)。
本发明将生物医药与分子印迹聚合物技术相结合，通过静电纺丝制备聚醚砜纤维作为载体，胆红素为模板分子，多巴胺为功能单体，利用多巴胺的自聚合性能和生物粘附能力，在聚醚砜纤维表面自聚合形成聚多巴胺层，然后洗脱胆红素模板分子，得到聚醚砜纤维表面分子印迹聚合物并用于胆红素的吸附。该方法具有反应条件温和、成本低廉、可重复利用等优点。同时，制备的聚醚砜纤维表面分子印迹聚合物对于胆红素模板分子具有吸附量大、选择性高等优点。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1.本发明利用静电纺丝技术，能够制得高孔隙率和高比表面积的纳米纤维，从而实现对胆红素的高性能吸附；
2.本发明纤维表面分子印迹技术中，选择以多巴胺为功能单体，利用多巴胺的生物粘附作用和自聚合性能，不需要引发剂，反应条件温和，操作简便。
3.本发明制备得到的表面分子印迹材料对于目标分子胆红素具有很好的选择性识别能力，能够特异性的去除胆红素。
附图说明
图1为聚醚砜纳米纤维扫描电镜(SEM)。
图2为表面分子印迹聚醚砜纳米纤维扫描电镜(SEM)。
图3为胆红素动力学吸附。
图4为胆红素选择性吸附。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中的试剂均可从商业渠道获得。
实施例1：聚醚砜纳米纤维的制备
按一定配比将聚醚砜溶解在四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，其中四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例为3:1，聚醚砜纺丝液质量百分比为24％。实验采用静电纺丝机，将制备的聚醚砜纺丝液加入到20mL注射器中，实验采用23号针头，电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝液流速为1mL/h，纺丝温度为25℃，湿度为45％±2％。最后将制得的聚醚砜纳米纤维置于40℃真空干燥箱中干燥24h，见附图1。
实施例2：聚醚砜纳米纤维的制备
按一定配比将聚醚砜溶解在四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，其中四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例为4:0，聚醚砜纺丝液质量百分比为15％。实验采用静电纺丝机，将制备的聚醚砜纺丝液加入到20mL注射器中，实验采用23号针头，电压为12kV，接收距离为15cm，纺丝液流速为1mL/h，纺丝温度为25℃，湿度为45％±2％。最后将制得的聚醚砜纳米纤维置于40℃真空干燥箱中干燥24h。
实施例3：聚醚砜纳米纤维的制备
按一定配比将聚醚砜溶解在四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，其中四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例为0:4，聚醚砜纺丝液质量百分比为30％。实验采用静电纺丝机，将制备的聚醚砜纺丝液加入到20mL注射器中，实验采用23号针头，电压为18kV，接收距离为15cm，纺丝液流速为1mL/h，纺丝温度为25℃，湿度为45％±2％。最后将制得的聚醚砜纳米纤维置于40℃真空干燥箱中干燥24h。
实施例4：表面分子印迹材料的制备
将100mg聚醚砜纳米纤维加入50mL含有胆红素10mg的Tris缓冲溶液中，摇床震荡2h，然后加入0.1g盐酸多巴胺，反应4h之后再洗脱模板分子。洗脱中先用去离子水洗脱3～5次，然后用5％甲醇和醋酸的混合溶剂洗脱10～24h，直至没有胆红素模板分子洗脱出来为止，再用去离子水洗脱3～5次去除材料表面的洗脱剂甲醇和醋酸。最后将制得的表面分子印迹聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h，见附图2。
实施例5：表面分子印迹材料的制备
将100mg聚醚砜纳米纤维加入50mL含有胆红素20mg的Tris缓冲溶液中，摇床震荡2h，然后加入0.1g盐酸多巴胺，反应4h之后再洗脱模板分子。洗脱中先用去离子水洗脱3～5次，然后用5％甲醇和醋酸的混合溶剂洗脱10～24h，直至没有胆红素模板分子洗脱出来为止，再用去离子水洗脱3～5次去除材料表面的洗脱剂甲醇和醋酸。最后将制得的表面分子印迹聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h。
实施例6：表面分子印迹材料的制备
将100mg聚醚砜纳米纤维加入50mL含有胆红素10mg的Tris缓冲溶液中，摇床震荡2h，然后加入0.1g盐酸多巴胺，反应4h之后再洗脱模板分子。洗脱中先用去离子水洗脱3～5次，然后用10％甲醇和醋酸的混合溶剂洗脱10～24h，直至没有胆红素模板分子洗脱出来为止，再用去离子水洗脱3～5次去除材料表面的洗脱剂甲醇和醋酸。最后将制得的表面分子印迹聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h。
实施例7：胆红素动态吸附实验
准确称取10mg实施例4制备得到的表面分子印迹材料，加入到10mL浓度为20mg/dL的胆红素溶液中，室温下避光震荡，吸附一定时间后，用紫外分光光度计检测溶液在441nm处的吸光度，并利用公式计算表面分子印迹材料对胆红素的吸附量Q(mg/g)，考察表面分子印迹材料与胆红素的吸附速率以及平衡时间，见附图3。
实施例8：胆红素选择性吸附实验
准确称取10mg实施例4制备得到的表面分子印迹材料，分别加入到10mL浓度为20mg/dL的胆红素/胆固醇和胆红素/睾丸素混合溶液中，室温下避光震荡，吸附达平衡后，用紫外分光光度计检测溶液在441nm处的吸光度，并用公式计算表面分子印迹材料对胆红素的吸附量Q(mg/g)，见附图4。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)聚醚砜纳米纤维的制备：将聚醚砜溶解于有机溶剂中得到纺丝液，静电纺丝得到聚醚砜纳米纤维；
(2)表面分子印迹材料的制备：将聚醚砜纳米纤维加入胆红素溶液中，再加入盐酸多巴胺反应，洗脱胆红素模板分子，得到表面分子印迹材料。
2.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纺丝液中聚醚砜的质量百分数为15～30％。
3.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述静电纺丝的参数为：电压为10～20kV，接收距离为10～20cm，纺丝液流速为0.5～2mL/h，纺丝温度为20～30℃，湿度为30～50％。
4.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所用聚醚砜纳米纤维、胆红素和盐酸多巴胺的质量比为(50～200):(5～20):(25～200)。
5.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述有机溶剂为四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂。
6.根据权利要求5所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述有机溶剂中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为0:4～4:0。
7.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述胆红素溶液的浓度为0.1～0.4g/L。
8.根据权利要求1所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述反应的时间为4～24h。
9.一种用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维其特征在于根据权利要求1～8任一项所述的制备方法得到。
10.权利要求9所述的用于胆红素吸附的表面分子印迹的静电纺丝纳米纤维在血液中胆红素的吸附中的应用。
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