CN107261646B - 一种白细胞和血小板的过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于细胞过滤器领域，具体涉及一种白细胞和血小板的过滤材料及其制备方法，由复合基材以及涂覆在复合基材表面上的热解碳组成，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:(0.1～0.8)的重量比制备而成。本发明过滤材料对全血中白细胞和血小板均具有高效的截留效果，对白细胞的截留率达到99.9999％，对血小板的截留率均在95％以上，显著优于国内水平。

Description

一种白细胞和血小板的过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明属于白细胞过滤器领域，具体涉及一种白细胞和血小板的过滤材料及其制备方法。
背景技术
未经去除白细胞的血制品容易引起如头痛、恶心、寒战、非溶血型发热反应等较轻副作用以及病毒感染等严重的副作用，因此，近年来已普遍采用一种“无白细胞输血”。目前从血制品中除去白细胞的方法大致分为两种，即利用血液成分间的比重差异用离心机进行分离和除去白细胞的离心法以及通过应用由纤维材料或多孔性材料除去白细胞的过滤法。由于后者具有滤除白细胞能力高、操作简便、成本低廉的优点而被广泛使用。然而，近年来，随着除白细胞输血的重要性的认识提高，需要白细胞滤除能力更高的过滤器。
中国专利申请CN104923091A公开了一种白细胞过滤膜，包括PBT非织造织物基材以及接枝在该基材上的改性物，所述改性物选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、肝素或其两种或多种的混合物。这种混合物对白细胞具有很高的亲和力，并且血小板具有较高的透过率。但是人们逐渐意识到输血时血小板也会产生抗体，为了抑制血小板抗体的生成，也希望从血液制剂中去除血小板，而该发明公开的滤膜只能滤除白细胞，对血小板并没有滤除作用。
针对上述问题，中国专利申请CN106139935A公开了一种白细胞和血小板的过滤膜及其制备方法，包括复合基材以及涂覆在所述复合基材上的聚合物，所述复合基材由聚氨酯和纳米微晶纤维素按1:0.3～2的重量比制备而成，所述聚合物由聚二乙醇和纳米羟基磷灰石按10:1～2的重量比组成。该发明能够在不降低血液滤过速度的同时能够高效滤除白细胞和血小板，其对白细胞和血小板的截留率最高能达到99.999％和92.4％，过滤400ml全血时仅需15～20min，同时该过滤膜具有较好的柔韧性，满足过滤膜包装时需要适度变形的要求，且能有效解决聚合物在后续洗涤过程中容易洗出的问题。但是其存在以下缺点：一是，在实际应用中，虽然纳米微晶纤维素和聚氨酯以一定的配比复合制得的复合基材提高了过滤膜的比表面积和亲水性，增大了血液和材料表面的接触面积，但是由于纳米微晶纤维素本身含有的大量羟基，极其容易引起血液中的补体活化，导致过滤后的血制品中过敏毒素C3a的含量显著升高；二是纳米羟基磷灰石是以涂覆的形式与基材结合，其在滤除过程中存在溶出的现象，无法高效吸附纤维蛋白原，最终导致血小板的截留率不高。
从而，有必要提供一种白细胞和血小板截留率高，同时不易引起血液中补体活化的过滤材料。
发明内容
本发明旨在提供一种白细胞和血小板的过滤材料及其制备方法，这种过滤材料不仅具有高的白细胞和血小板截留率，同时还能最大限度地降低过滤材料对血液中补体成分的影响，提高血制品的安全性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种白细胞和血小板的过滤材料，由复合基材以及涂覆在复合基材表面上的热解碳组成，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:(0.1～0.8)的重量比制备而成。
进一步地，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:(0.2～0.8)的重量比制备而成。
进一步地，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:0.7的重量比制备而成。
进一步地，所述热解碳在所述过滤膜材料中的质量百分数为0.1～5％，所述热解碳在所述复合基材的表面覆盖率为80～95％。
进一步地，所述聚氨酯由以下步骤制备得到：
取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得。
进一步地，所述复合基材的平均孔径为2～10μm。
进一步地，所述复合基材由以下步骤制备得到：
S1、聚氨酯的制备：取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得；
S2、聚氨酯热处理：将上述制备得到的聚氨酯进行热处理，处理温度为86～140℃，处理时间为10～30min；
S3、往上述热处理后的聚氨酯加入纳米羟基磷灰石粉末，反应3～6h，得到纳米羟基磷灰石/聚氨酯液体，采用流延法，将其滴入玻板上，流延成膜，30～50℃真空烘干10～12h；取出后用无水乙醇浸泡1～2h，切成符合规格的薄膜，即得。
相应地，本发明还提供了一种制备上述过滤材料的方法，包括以下步骤：
A)复合基材的制备：由S1～S3步骤组成：
S1、聚氨酯的制备：取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得；
S2、聚氨酯热处理：将上述制备得到的聚氨酯进行热处理，处理温度为86～140℃，处理时间为10～30min；
S3、往上述热处理后的聚氨酯加入纳米羟基磷灰石粉末，反应3～6h，得到纳米羟基磷灰石/聚氨酯液体，采用流延法，将其滴入玻板上，流延成膜，30～50℃真空烘干10～12h；取出后用无水乙醇浸泡1～2h，切成符合规格的薄膜，即得；
B)取所述热解碳溶于蒸馏水配制成3～5wt％的热解碳溶液，将上述薄膜放入所述热解碳溶液中浸润2～4h，取出，洗涤，60～80℃烘干，即得。
针对纳米微晶纤维素容易引起血液中补体活化的问题，发明人在试验过程中意外发现了如下现象：即创造性地将纳米羟基磷灰石与聚氨酯复合得到基材，不仅仅解决了纳米微晶纤维素含有的大量羟基引起的补体活化的现象，并且，发现，当HA和聚氨酯复合后，由于HA的空间位阻效应，阻碍了PU结构的完整性，使制备得到的复合膜不用加入聚乙二醇，也能够具备理想的亲水和疏水平衡，同时力学强度也满足要求。另外，发明人发现采用不同原料得到的聚氨酯对过滤材料的性能也有一定的影响，而由采用蓖麻油为原料合成的聚氨酯制备得到的过滤材料，对细胞的黏附和生长具有良好的促进作用。
热解碳能够吸附纤维蛋白原，并能使其发生构象变化，暴露出与血小板的结合位点，使血小板活化。活化的血小板均匀散布在材料表面，白细胞黏附在这些活化的血小板上而被截留。
另外，为了进一步提高过滤材料对纤维蛋白原的吸附率，发明人发现，将以蓖麻油为原料制备的到的聚氨酯经过热处理后再与纳米羟基磷灰石混合制备得到的复合基材，能够吸附更多的纤维蛋白原。
虽然尚不明白为什么热处理能使本发明的过滤材料表现出上述的优异特性，但推测它们可能表现以下机制：热处理使得聚氨酯中的氢键解离，使微相分离结构发生变化，使其能够吸附更多的纤维蛋白原。
本发明具有以下优点：
1)本发明过滤材料对全血中白细胞和血小板均具有高效的截留效果，对白细胞的截留率达到99.9999％，对血小板的截留率均在95％以上，显著优于国内水平。
2)本发明提供的过滤材料对血液中的补体没有激活作用，过滤后的血制品具有更高的安全性。
3)本发明创造性地将纳米羟基磷灰石与聚氨酯复合得到基材，不仅仅解决了纳米微晶纤维素含有的大量羟基引起的补体活化的现象，同时不用加入聚乙二醇，也能够具备理想的亲水和疏水平衡和力学强度要求，取得了显著的进步。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。
本发明实施例1～3所述过滤材料制备原料及用量
制备方法：
A)复合基材的制备：由S1～S3步骤组成：
S1、聚氨酯的制备：取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至60℃，反应0.5h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得；
S2、聚氨酯热处理：将上述制备得到的聚氨酯进行热处理，处理温度为120℃，处理时间为20min；
S3、往上述热处理后的聚氨酯加入纳米羟基磷灰石粉末，反应5h，得到纳米羟基磷灰石/聚氨酯液体，采用流延法，将其滴入玻板上，流延成膜，40℃真空烘干12h；取出后用无水乙醇浸泡1.5h，切成符合规格的薄膜，即得；
B)取所述热解碳溶于蒸馏水配制成4wt％的热解碳溶液，将上述薄膜放入所述热解碳溶液中浸润3h，取出，洗涤，70℃烘干，即得。
对比例1、一种白细胞和血小板的过滤材料
对比例1与实施例1的区别在于，所述聚氨酯的合成原料为聚丙二醇，其余参数及操作如实施例1所示。
对比例2、一种白细胞和血小板的过滤材料
对比例2与实施例1的区别在于，去掉聚氨酯热处理步骤，其余参数及操作如实施例1所示。
试验例一、性能测试
研究1、物理性能测试
取本发明实施例1～3和对比例1所述过滤材料，对其平均孔径、接触角、表面张力、厚度以及柔韧性进行测定，测定结果如表1所示。
表1 物理性能测试结果
注：柔韧性的测定、形变回复率的测定参考中国专利性能专利申请CN106139935A中的测定方法。
从表1可看出，本发明实施例1～3过滤材料的平均孔径在5.2～5.6μm之间，接触角在45～48°，形变回复率均在85％以上，柔韧性均符合要求。
对比例1为采用以聚丙二醇为原料制备得到的聚氨酯与HA复合得到的过滤材料，与实施例1相比，其接触角无明显变化，但是材料的形变回复率以及柔韧性有明显降低。
研究2、白细胞和血小板截留能力试验
(1)滤除速度测定：
将本发明实施例1～3以及对比例2和中国专利申请CN106139935A的过滤膜(对照组)装入到过滤器中，在线过滤400ml全血，记录全血过滤所需时间，并测定其对白细胞和血小板的滤除效果，采用血细胞计数仪测定过滤前、后血浆中的白细胞数量；测得400ml全血过滤前白细胞和血小板的数量分别为2.5×109个和5.2×1010个。
(2)剩余白细胞数的测定：将过滤后的血浆采样至聚乙烯制的试管中，以吖啶橙液将漏出的白细胞染色后，用荧光显微镜进行测定。将测定的白细胞浓度乘以回收的血浆的液量，测得回收袋中所含的剩余白细胞数。另外，若剩余白细胞数为106/回收袋以下，则可认为该过滤装置发挥了充分高的白细胞除去性能。测定结果如表2、3。
白细胞(血小板)截留率(％)＝L0-L1/L0×100，其中L0为过滤前单位体积血浆中含有的白细胞(血小板)数量，L1为过滤后单位体积血浆中含有的白细胞(血小板)数量。
表2 全血过滤速度试验结果
表2结果表明，采用本发明实施例1～3所述过滤材料在线过滤400ml全血只需要5～16min，与对照组无明显差异，而对比例2所述过滤材料则需要20min，这说明，对聚氨酯进行热处理提高了纤维蛋白原的吸附量，因此也明显提高了全血的过滤速度。
表3 本发明过滤材料对白细胞和血小板的截留能力测试结果
表3结果表明，本发明实施例1～3所述过滤材料对全血中白细胞和血小板均具有高效的截留效果，对白细胞的截留率达到99.9999％，对血小板的截留率均在95％以上，显著优于国内水平。
对照组所述过滤膜对白细胞和血小板的截留效果均明显低于本发明，特别是对血小板的截留率，本发明高出约4％的水平。
对比例2组对两者的截留效果与实施例1相比有显著下降，这说明，对聚氨酯热处理有利于提供其对纤维蛋白原的吸附能力，进一步提高其截留白细胞和血小板的能力。
研究3、本发明过滤材料和中国专利申请CN106139935A的过滤膜对过敏毒素C3a含 量的影响
1.1材料 采集每例健康献血员全血200ml于含CPDA保存液的三联袋中，共20例，5000g离心7min，分成上层血浆，再以5000g离心5min分出上层血浆备用，将血浆分为2组。
1.2方法 分离的2组血浆分别经过滤器A(装有本发明实施例1过滤材料)和过滤器B(装有中国专利申请CN106139935A的过滤膜)过滤。过滤前后C3a的含量测定采用ELISA法(试剂盒由美国R&D公司提供)，操作按说明书进行。
1.3统计学处理，结果见表4。
表4 过滤前后血浆中补体C3a的含量(x±s，n＝10)
由表4可以看出，使用本发明提供的过滤材料过滤并不会激活血液中的补体，而采用中国专利申请CN106139935A的过滤膜进行过滤，过滤后的血液中C3a的含量明显上升，这说明，该过滤膜对血液中的补体有激活的作用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种白细胞和血小板的过滤材料，其特征在于，由复合基材以及涂覆在复合基材表面上的热解碳组成，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:(0.1～0.8)的重量比制备而成，所述复合基材的平均孔径为2～10μm。
2.如权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:(0.2～0.8)的重量比制备而成。
3.如权利要求2所述的过滤材料，其特征在于，所述复合基材由聚氨酯和纳米羟基磷灰石按1:0.7的重量比制备而成。
4.如权利要求1～3任一所述的过滤材料，其特征在于，所述热解碳在所述过滤材料中的质量百分数为0.1～5％，所述热解碳在所述复合基材的表面覆盖率为80～95％。
5.如权利要求1～3任一所述的过滤材料，其特征在于，所述聚氨酯由以下步骤制备得到：
取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得。
6.如权利要求1～3任一所述的过滤材料，其特征在于，所述复合基材由以下步骤制备得到：
S1、聚氨酯的制备：取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得；
S2、聚氨酯热处理：将上述制备得到的聚氨酯进行热处理，处理温度为86～140℃，处理时间为10～30min；
S3、往上述热处理后的聚氨酯加入纳米羟基磷灰石粉末，反应3～6h，得到纳米羟基磷灰石/聚氨酯液体，采用流延法，将其滴入玻板上，流延成膜，30～50℃真空烘干10～12h；取出后用无水乙醇浸泡1～2h，切成符合规格的薄膜，即得。
7.一种制备如权利要求1～6任一所述的过滤材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)复合基材的制备：由S1～S3步骤组成：
S1、聚氨酯的制备：取蓖麻油加入到装有电动搅拌器、氮气保护的三颈瓶中，滴加甲苯-2,4二异氰酸酯，并逐渐升温至50～70℃，反应0.3～1h；再按NCO/OH＝4:3，滴加计量的扩链剂1,4-丁二醇，并用丙酮分散，反应0.5h，即得；
S2、聚氨酯热处理：将上述制备得到的聚氨酯进行热处理，处理温度为86～140℃，处理时间为10～30min；
S3、往上述热处理后的聚氨酯加入纳米羟基磷灰石粉末，反应3～6h，得到纳米羟基磷灰石/聚氨酯液体，采用流延法，将其滴入玻板上，流延成膜，30～50℃真空烘干10～12h；取出后用无水乙醇浸泡1～2h，切成符合规格的薄膜，即得；
B)取所述热解碳溶于蒸馏水配制成3～5wt％的热解碳溶液，将上述薄膜放入所述热解碳溶液中浸润2～4h，取出，洗涤，60～80℃烘干，即得。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯和纳米羟基磷灰石的重量比为1:(0.1～0.8)。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯和纳米羟基磷灰石的重量比为1:(0.2～0.8)。
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