CN107921376B - 具有改善性能的基于丙烯腈的膜 - Google Patents

Abstract

本公开涉及改善的用于血液的体外治疗以及血液透析、血液滤过或血液透析滤过的透析器的基于丙烯腈共聚物的半透膜。本公开还涉及生产这种膜的方法。

Description

具有改善性能的基于丙烯腈的膜

技术领域

本公开涉及改善的用于血液的体外治疗以及血液透析、血液滤过或血液透析滤过的透析器的基于丙烯腈共聚物的半透膜。本公开还涉及生产这种膜的方法。

背景技术

基于丙烯腈共聚物的用于血液处理的半透膜是已知的。例如，由丙烯腈-甲代烯丙基磺酸钠共聚物制成的膜(称为AN69)是可商购的。关于AN69膜的现有技术综述可以在以下文献中找到：Thomas等人,Contrib Nephrol.2011；173:119-29。也在例如US 5,145,583A中描述了包括支撑层和限定分离层的至少一个致密的，中孔或微孔表面层的不对称半透膜，其中所述膜含有至少一种疏水性聚合物和至少一种水不溶性共聚物。该共聚物包含丙烯腈和至少一种磺酸单体，其中所述分离层外表面的共聚物浓度高于膜整体中的平均共聚物浓度，并且其中所述膜在干态下是水可润湿的。

纤维是通过降低从模具挤出的聚合物溶液的温度直到获得均匀的凝胶结构，随后进行洗涤操作，然后进行拉伸操作而获得的。所得的膜例如描述于Cohen-Addad等人(2003),Biomaterials 24,173-179。

欧洲专利申请EP 0 925 626 A1中公开的主题旨在减少与带负电的半透膜接触的血液或血浆的接触相活化，通过体外循环来处理血液或血浆的交换器，包括携带结合负电荷的基于聚丙烯腈的半透膜。本发明涉及一种用于通过体外循环来处理血液或血浆的装置，该装置包括带有结合的负电荷的基于聚丙烯腈的半透膜，其中在形成膜之前或之后，将至少一种中性或阳离子聚合物以合适的量掺入膜中，从而以合适的方式调节膜的整体离子容量和电动指数(electrokinetic index)。聚合物可以是阳离子的并且选自多胺，优选选自聚乙烯亚胺。

US2003/0021826A1提出将抗凝剂以稳定的方式结合至基本上由丙烯腈和至少一种阴离子和可阴离子化单体的共聚物构成的半透膜表面，抗凝剂可在通过体外循环的处理期间发挥其抗凝血活性而不被浸出至血液或血浆中，并在体外血液处理期间降低患者全身使用的抗凝剂的量。本发明涉及一种半渗透性复合膜，其包括适于通过体外循环处理血液或血浆的半渗透性支持膜和抗凝剂，所述半渗透性支持膜基本上由携带阴离子或可阴离子化的基团的聚丙烯腈组成，意欲与血液或血浆接触的半透性支持膜的表面连续地用阳离子聚合物涂覆，所述阳离子聚合物带有阳离子基团并可以与聚丙烯腈的阴离子或可阴离子化基团形成离子键，阳离子聚合物(例如聚乙烯亚胺，PEI)包含足以不能穿过所述半渗透性支持膜的尺寸的链，以及抗凝剂携带有能够与所述阳离子聚合物(例如肝素)的阳离子基团形成离子键的阴离子基团。

WO 2007/148147 A1描述了胶态形式的带有阴离子或可阴离子化基团的聚合物在酸性介质中的溶液(特别是通过混合例如带有阴离子或可阴离子化基团的聚合物的溶液与相对于所述聚合物具有特定比例的有机多元酸溶液)在优选基于丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物的膜上使用，其导致接枝到膜表面的聚合物的量增加和该膜包衣的表面上游离阳离子或可阳离子化基团的可用性提高。所描述的膜因此允许与携带阴离子或可阴离子化基团的大量化合物结合。建议用于治疗败血症综合症，特别是通过吸附生物体液中含有的内毒素，通过体外循环来净化血液或血浆中含有的某些分子，并在体外血液或血浆处理期间减少患者的全身抗凝。WO 2007/148147A1中也描述了制备膜的方法。US 5,626,760 A中也公开了制备基于丙烯腈的膜的方法。用于生产包含丙烯腈和甲代烯丙基磺酸盐的水凝胶共聚物的方法公开于例如DE 689 13 822 T2中。

上述已知的包括某些纺丝后处理的膜是高效的。不过，现在科学界越来越多地认识到，患者将从透析器和膜中受益，这不仅会消除常见的尿毒症毒素，而且还会吸收所谓的中间分子。本领域中使用的表述“中间分子”通常是指主要由分子量在500-60,000Da范围内的肽和小蛋白组成的分子，其在肾衰竭中累积并且助长了尿毒症的有毒状态。尤其是这组较高分子量的化合物不能被低通量透析清除，并且只能通过高通量透析在一定程度上清除。在健康患者的肾脏中，肾小球过滤分子的尺寸为高达约65kDa。相比之下，目前的高通量透析膜的截留分子量为不大于约20kDa。过去几年的许多观察研究都支持这样的假设，即较高分子量的毒素造成许多透析共病，包括例如慢性炎症和相关的心血管疾病、免疫功能障碍、贫血等，还影响到慢性血液透析患者的死亡风险。因此，希望以使得还能够通过对流和/或吸附提高这种分子的去除的方式进一步改进现有的膜。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种基于丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物并用于体外血液处理中的膜，其中所述膜具有提高的从患有肾损伤或肾衰竭的患者的血液中除去较高分子量的中间分子的能力。与现有技术的类似膜相比，该膜的特征在于具有更高的含水量。这种增加的含水量，在ATPS条件下优选为70-73重量％，是通过制备膜的新方法来实现的。新方法允许通过具体调节纺丝参数，在一定的期望范围内选择性地调节含水量。由于所述基于丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的膜具有水凝胶结构，因此增加的含水量可能导致膜的结构改变，从而导致较高分子量分子对于膜具有较高的渗透性。所述分子属于具有约15kDa至约40kDa的分子量的分子组。含水量增加的新膜表现出提高的对流性能，就改善的去除动力学而言改善毒素吸附特性，以及在膜表面上的整体增加的吸附容量，其例如允许增加可固定到膜表面的肝素的量。本发明的目的还在于提供用于制造血液体外净化装置的中空纤维膜。

附图简要说明

图1A是用于制备根据本发明的膜的相转化纺丝工艺的示意图。容器(1)含有起始组分，例如DMF、甘油和浸渍颗粒形式的丙烯腈-甲代烯丙基磺酸钠(AN69)共聚物。混合物通过加热挤出螺杆(2)，然后进入纺丝头(3)。图1B描绘了纺丝喷嘴(3)的示意性特写横截面图。两个同心环(7)包围聚合物溶液。氮气(4)形成吹入纺丝喷嘴的中心(8)的中心介质或芯流体。“预形成的”中空纤维离开喷嘴并进入包含高温水的纺丝浴(5)(还可参见图3)。纤维(6)被辊子(9)以比纤维离开喷嘴的速度略高的速度取出。纤维因此在热水浴中被拉伸，导致膜中的非晶区(10)部分转变成所谓的“假晶”区(11)。图1C示意性地描绘了这种转变。在热水浴中的最后拉伸是本申请中公开的方法的重要步骤，并且除了其它参数之外其还决定了最终的中空纤维的尺寸和性能。

图2A根据Lp增加示出了液体渗透性和拉伸比的关系。本文中使用的表述“拉伸比”是指中空纤维膜的卷绕速度与当聚合物溶液从孔中管型的双纺丝喷嘴的狭缝喷嘴挤出时的线性挤出速度之间的比率，并且其是通过将卷绕速度除以聚合物溶液的线性挤出速度而得到的值。“拉伸比”有时也被称为“牵伸比(draft ratio)”。从其他材料例如PTFE也知道，拉伸比率对膜的渗透性有影响(Xi等人(2008),Polymers for advanced Technologies19:1616-1622)。因此，图2A说明，对于给定的水凝胶组合物(这里是69％H₂O，参见实施例1)，可通过改变拉伸比来调节膜的水渗透性。

图2B描述了液体渗透性、纺丝浴温度和含水量之间的相关性。使用胶凝方法获得中空纤维，所述胶凝方法包括通过用加热至约140℃的纺丝喷嘴来处理由丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠(35重量％)、DMF(52重量％)和甘油(13重量％)构成的胶棉。纤维内腔使用惰性气体(氮气)获得。在10℃的固定纺丝浴温度下，施加的拉伸比为2，参见数据点(A)；和4，参见数据点(B)。以与数据点(B)相同的拉伸比获得了数据点(C)和(D)。但是，纺丝浴温度分别升高到30℃(C)和40℃(D)。在进一步提高的45℃的纺丝浴温度和进一步增加的4.4的拉伸比下获得数据点(E)，导致液体渗透性进一步增加。根据实施例2进行液体渗透性测量。图2B显示，通过增加和相互平衡纺丝浴温度和增加拉伸比，可以实现更高的含水量。含水量的增加伴随着Lp的增加。

图3A示出了通过气相色谱法测定的溶剂DMF的浓度量(重量百分比)，发现其在纺丝浴中与纺丝浴温度相关。在本发明中发现，纺丝浴温度影响纺丝过程中的胶凝。作为温度升高的结果，假定膜溶剂和纺丝浴水之间的转移动力更快，最终导致纺丝浴中DMF含量更高，并且反之亦然，膜中的结构含水量更高。

图3B描绘了拉伸比和纺丝浴温度对膜的液体渗透性的组合影响。如实施例1所述制备中空纤维膜，其中纺丝浴温度选择为10℃(如实施例1所述)和40℃。以4的拉伸比得到以-▲-描绘的Lp的数据点。在45℃的纺丝浴温度下，用5的拉伸比获得了用-■-表示的Lp的数据点。如实施例2所述测定Lp。在本发明中发现，较高纺丝浴温度和一定拉伸比的确定组合将导致较高的Lp值。

图4示出根据本发明的根据Lp的膜含水量(重量％)与膜渗透性之间的关系。从现有技术的膜中早已知晓69重量％的膜含水量。已经发现，随着含水量的增加，可以实现膜的液体渗透性(Lp)的显著增加，这与基于丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的膜的改进的去除能力有关(也可参见图5)。

图5示出在Q_B＝300ml/min，UF＝60ml/min的条件下，具有不同含水量的膜在闭环回路中从人血浆去除肌红蛋白的能力的比较。根据本发明的具有73重量％的含水量的膜显示出比现有技术的膜更好的肌红蛋白清除率。

图6示出在Q_B＝300ml/min，UF＝60ml/min的条件下，用人血浆进行240分钟循环的超滤物的各自电泳模式(也可参见图4)。图6A是具有69重量％的含水量的膜的电泳模式。图6B是具有75重量％的含水量的膜的电泳模式。

图7示出如图5所述的在Q_B＝300ml/min，UF＝60ml/min的闭环回路中人血浆中TNF-α的减少。TNF-α的分子量约为51kDa。含水量为73重量％的膜比含水量为69重量％的膜在一定时间内可更快地去除TNF-α。

图8A分别反映了具有69重量％、70重量％、71重量％和72重量％的含水量的膜在其表面上固定PEI的不同效率。

图8B分别示出了根据标准程序，具有69重量％、70重量％和71重量％的含水量的膜在其表面上固定肝素的不同能力(参见例如WO2007/148147A1)。

图9示出了与现有技术的膜“Evodial”(含水量为69重量％)相比，根据本发明的膜C、D和E(参见图2B，含水量为大于70重量％)在稀释后血液透析滤过(HDF)模式中在两种不同的交换体积8和20升下对于α-淀粉酶(57kDa)的不同去除率。去除率随着含水量的增加而增加。

图10示出了与现有技术的膜“Evodial”(含水量为69重量％)相比，根据本发明的膜C、D和E(还可参见图2B，含水量为70重量％或更多)在稀释后血液透析滤过(HDF)模式中在20升的交换体积下对于因子D(24kD)的不同去除率。在t＝10分钟时计算的去除率随着含水量的增加而增加。应该指出的是，对这种相对较小的分子(与图9的α-淀粉酶相比)的效果反映了吸附能力的增加，而不是膜的对流能力(Lp)的变化。

图11描绘了根据本发明的膜(具有约70重量％的含水量的膜C)和可用于HDF的现有技术的膜对于β2-微球蛋白、肌红蛋白、κ-FLC和IL-6在高容量HDF模式(Q_B＝400ml/min，Q_D＝700ml/min，UF＝100ml/min)下各自的血浆清除率(参见实施例5)。

发明详述

基于丙烯腈共聚物的膜早已为本领域所知，并且目前仍在市场上可买到，例如通常统称为“AN69”的膜。在本发明的上下文中，术语“AN69膜”或“AN69型膜”是指基于甲代烯丙基磺酸钠和丙烯腈的共聚物的膜。已知AN69膜的含水量高，高达69％。

包含AN69型膜的现有产品的一个实例是Evodial透析器，其为诸如上述WO 2007/148147 A1中所述的配备有基于肝素接枝的丙烯腈的膜(所谓的HeprAN膜)的血液透析器。Evodial膜的特征还在于，源自阴离子磺酸盐基团的带电表面被聚阳离子生物聚合物聚乙烯亚胺中和(Thomas等人(2011),Contrib Nephrol.Basel,Karger,vol 173,119-129)。表面处理还允许通过肝素的负电荷和阳离子聚合物的游离正电荷之间的非常强的离子结合而使所述肝素几乎不可逆地固定。具有固定肝素能力的膜是非常期望的，因为它进一步降低了对肝素全身剂量的需要，特别是对于出血高风险的患者甚至可以允许无肝素透析(Thomas等人,Contrib Nephrol.2011；173:119-29)。

基于由甲代烯丙基磺酸钠和丙烯腈制备的共聚物形成AN69膜。可以使用其他共聚单体代替甲代烯丙基磺酸钠。然而，虽然在整个本公开内容中使用甲代烯丙基磺酸钠作为任何此类共聚单体的具体的众所周知的实例，但是不希望将本发明仅限于所述甲代烯丙基磺酸盐。丙烯腈与甲基烯丙基磺酸钠在AN69共聚物中的摩尔比为90:10至99:1。根据本发明的一个实施方案，该摩尔比为90:10至95:5。AN69膜是亲水性的，因为多个磺酸盐基团吸引水并产生提供高扩散和透水性(hydraulic permeability)的水凝胶结构。在AN69膜中，微观结构和化学组成为小蛋白质的大量吸附提供了前提。水凝胶的相对较高的含水量通常使得聚合物链易于接近。现有技术的基于丙烯腈的水凝胶膜的所述含水量和相关结构，特别是基于甲代烯丙基磺酸钠和丙烯腈的那些，受到膜生产方式的强烈影响。

AN69膜通常通过使用衍生自丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物的水凝胶的相转化法来生产。AN69中空纤维膜的制造过程是基于高温纺丝和当制备中空纤维时使用氮气作为中心介质(图1)。中空纤维是通过制备丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甘油的组合物，并在组合物进入纺丝喷嘴之前将其加热至110℃至150℃的温度(例如通过加热挤出螺杆)而获得的。根据本发明的一个实施方案，温度为130℃至145℃。对于实施例中使用的膜，选择140℃的温度。通常将共聚物的量调节至34至36重量％。对于实施例中使用的膜，选择共聚物的量为35重量％。DMF或可以使用的任何其它溶剂例如二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)以约50至58重量％的量存在于组合物中，并且甘油的存在量为6至16重量％。当然，组合物的所有组分总计为100％。根据本发明的一个实施方案，共聚物以35重量％的量存在于组合物中，DMF以52重量％的量存在于组合物中，并且甘油以13重量％的量存在。然而，应该指出的是，初始组成对于获得本发明的膜而言不是决定性的，并且因此可以在给定的范围内变化或甚至超出。本发明的膜从患有肾损伤或肾衰竭的患者的血液中除去较高分子量的中间分子的能力的提高与膜的确定组成无关，而是与其任选与拉伸比组合的涉及纺丝浴温度方面的制备方式有关。因此，在实施例中为了说明本发明而制备的膜具有共聚物、DMF和甘油的相同初始组成。因此应该认识到，实施例的膜的组成不应该被解释为意欲将本发明仅限制至该组成的膜。然后使组合物通过喷丝头。在上述惰性氮气作为中心介质的情况下进行挤出。然后纤维进入纺丝浴(见图1A)。

纺丝浴与纤维离开喷丝头处之间设置有一定距离。该距离通常为0.8到1.9米。喷嘴和纺丝浴之间的缝隙包含环境温度下的环境空气。通常，缝隙位于密封舱内，以防止蒸汽扩散。在现有技术中，将纺丝浴调节至-4℃至20℃的温度。已知的AN69膜的典型纺丝浴温度为6℃至20℃。例如，AN69膜的标准纺丝浴温度为10±2℃(参见实施例1)。根据本发明，纺丝浴的温度必须升高到25℃至50℃以实现具有较高含水量的膜。根据本发明的一个实施方案，纺丝浴温度在30℃至45℃的范围内。根据本发明的又一个实施方案，纺丝浴温度在40℃至45℃的范围内。初始纺丝浴通常由水组成。任选地，可添加诸如H₂O₂的添加剂以防止细菌生长。但是，可以在纺丝浴中添加有机溶剂。溶剂可以选自用于形成初始聚合物组合物的相同溶剂。

在浸入纺丝浴之后，纤维可以随后在约90℃至100℃的温度，一般在约95℃下进行拉伸操作。拉伸操作在纤维仍浸入水中的同时完成，并且通过相应地加热水可达到所需的温度。拉伸可以通过调节纤维从纺丝浴转移到上料辊(图1A)的速度来实现。已知拉伸比影响某些无定形膜区域和某些膜类型的假晶区域的形成和比例(Xi等人:Polymers foradvanced Technologies 19(2008)1616-1622)。将ads拉伸成无定形区域的排列，这反过来又提高了所得膜的结构完整性(图1C)。增加的拉伸比可以进一步增加膜的Lp到一定程度(图2)。拉伸比由第二辊的卷取速度来限定，第二辊的卷取速度高于第一辊的卷取速度。根据本发明，该比优选在3.6至4.5的范围内。根据本发明的特定实施方案，拉伸比在3.6至4.1的范围内。5或更高的拉伸比是不希望的，因为它们可能导致纤维损坏或撕裂。高拉伸比也可能导致称为“强迫结晶(crystallization under constraint)”的现象，这是指非晶区域的延伸重组，导致对于不可渗透的结晶区域而言为典型的行为。

在本发明中发现，任选地与特定的拉伸比相结合，将纺丝浴温度提高到上述范围对膜的特性具有惊人的影响。据信，纺丝浴温度的升高增强了膜溶剂DMF和纺丝浴的水之间的转移动力学，这进而又进一步增加了膜的含水量，并且令人惊讶地没有使其不稳定(图3A和3B)。通过将纺丝浴温度提高到如前所述的温度(图3A)，可以在ATPS条件下将所得膜的含水量增加至70至75重量％，从而增加Lp并改善整体的膜性能(图4)。根据本发明的一个方面，ATPS条件下的含水量提高到70-73重量％。通过将纺丝浴温度提高到上述范围，可以获得在ATPS条件下含水量为70-75重量％的膜，可证明另外将纤维进行拉伸操作是有利的。在纺丝浴的一定温度之后(大致在大于40-45℃的温度)，可以被描述为“纤维圆度”的现象趋于影响纤维几何形状。这种现象是不希望的，因为均匀的几何形状有利于膜的进一步加工。另外，因此可能会影响血液相容性。因此，尤其是在大于40至45℃的较高纺丝浴温度下，通过在上述范围内组合升高的纺丝浴温度和拉伸比二者来调节所期望的Lp是很好的折衷。由于给出的范围相对较窄，因此本领域技术人员可以生成在所附权利要求书范围内的具有不同特性(例如不同的Lp值和含水量)的根据本发明的膜，如图2B所示。

在本公开中，所记载的膜的含水量的值是指在ATPS条件下，即在环境温度和环境压力下，以及在被水蒸气饱和的空气中，相应膜的平衡含水量。

从图2B可以看出，约10℃的低纺丝浴温度将导致在ATPS条件下含水量为69重量％或更低(参见数据点A和B)的膜，即使与相对较高的4的拉伸比(数据点B)组合。拉伸到一定程度会增加Lp和含水量(图2B的数据点B)。然而，纺丝浴温度的升高(图2B，数据点C、D、E)允许在ATPS条件下形成含水量为70重量％和更高的稳定膜。当纺丝浴温度达到约45℃或更高时，拉伸进一步影响Lp并稳定膜的几何形状，从而有助于获得优化的膜。但是，应该指出的是，仅仅通过提高纺丝浴温度原则上可以达到更高的含水量。

在ATPS条件下含水量为70重量％至75重量％的本发明的膜的特征在于改善了中等分子的对流。它们的特征还在于对于至少一种选自TNF-α、肌红蛋白、因子D或白细胞介素6(IL-6)的物质具有较高的吸附能力。

本发明的另一个目的是提供一种根据本发明的膜，其具有在60至130ml/h·mmHg·m²之间透水性Lp(盐溶液，0.9g/L)。根据本发明的一个实施方案，膜的透水性为60至100ml/h·mmHg·m²。

本文使用的表述“Lp”或“透水性”是指膜对水或水溶液(盐溶液)，以下称为“液体”的渗透性。透水性表示液体可以移动穿过膜的容易程度，并且具有每单位时间每单位驱动力每单位膜面积的液体体积单位。对透水性影响最大的膜特征是孔径。Lp因此也是描述膜结构的良好参数。在目前情况下，透水性的增加表明能够改善根据本发明的膜的对流能力。

已知用和不用聚阳离子聚合物(如PEI)在其表面上进行改性以及任选还使用抗凝剂的AN69型膜具有显著的通过吸附将某些尿毒症毒素(包括较大的中等分子)固定到其表面的能力。发现与现有技术的膜(例如具有69重量％的水的膜，例如Evodial)相比，通过改变膜的含水量和Lp，吸附能力也可以得到改善。据推测，由于如本文所建议的改性，膜表面用于吸附的可接近性增加。因此，本发明的另一个目的是提供一种用于吸附尿毒症毒素的包含丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物以及水的膜，分别地，其中该膜在ATPS条件下相对于膜的总重量的含水量为70-75重量％；并且对于IL-6的清除率在Q_B＝400ml/min，Q_D＝700ml/min和UF＝100ml/min的HDF模式中为20至40ml/min。

临床研究的第一个结果(前瞻性、单中心、开放、非随机)已经证实了体外数据。相应的治疗方式是在稀释后模式下的HDF，交换量为8或20升。图9分别显示现有技术的透析仪Evodial(包括具有69重量％的含水量的膜)和对应于数据点和条件(C)、(D)和(E)的根据本发明的膜(如图2B所示)的α-淀粉酶(57kDa)减少率的比较。通过使用HDF模式获得体内数据。数据点在治疗疗程结束时确定。在所有情况下均采用稀释后模式(分别为8升和20升的交换量)。包含根据本发明的膜的透析器的去除率(以％计)明显更高。图10描述了在QB＝350ml/min，QD＝600ml/min和约20L的取代体积下，因子D(24kDa)的体内(HDF)去除率，其在疗程结束，即约4小时的治疗后为分子的75至100％。同样，与现有技术的膜相比，可以确定包含根据本发明的膜的透析器具有显著更高的去除率。图11给出了对于各种标记分子的清除速率的概述，其用于评估膜C的较高含水量对去除某些分子的影响。显而易见的是，尤其是对于较高分子量分子，包含本发明的膜的透析器具有优于现有技术的膜的明显优点。

根据本发明的膜可以有效地用于从患有肾损伤的患者中去除尿毒症毒素。由于其特定的特征，它们能够根据毒素的分子量去除扩大范围的分子，包括通常被称为中等分子的分子。在本发明的上下文中，所用的术语“中等分子”是指分子量在15kDa至60kDa之间的分子，特别是分子量在15kDa至45kDa之间的分子，即使在现有技术中，该表述有时用于更宽范围的分子。

基于丙烯腈与至少一种离子或可离子化单体的共聚物的膜可以是平的片材膜或中空纤维膜。根据本发明的一个方面，该膜是由丙烯腈和甲代烯丙基磺酸盐的共聚物衍生的均质且对称的聚电解质水凝胶组成的中空纤维膜。也可以根据本领域已知的方法制备该平的片材膜。

根据本发明的一个实施方案，根据本发明的膜的表面通过离子接枝聚阳离子聚合物来处理，所述聚阳离子聚合物选自聚胺，例如阳离子聚氨基酸和/或聚亚胺，其包含聚赖氨酸、多聚精氨酸、聚乙烯亚胺(PEI)及其共聚物和混合物。本发明的另一个目的是提供根据本发明的膜，其特征在于接枝到其表面上的聚阳离子聚合物。根据本发明的具体实施方案，所述聚阳离子聚合物是PEI。这种接枝可以通过本领域已知的方法，例如US6,423,232B1和WO 2007/148147 A1所述进行。如图8A所示，由于其较高的含水量，本发明的膜能够固定每纤维的更高量的PEI(μmol/g纤维)。根据本发明，可以容纳在纤维上的PEI的量为每g纤维2.5至3.5μmol的PEI。

本发明的另一个目的是提供一种根据本发明的膜，其表面接枝有抗凝剂，其中抗凝剂能够与聚阳离子聚合物的阳离子或可阳离子化基团形成离子键。抗凝剂可以包含至少一种具有抗凝血活性的糖胺聚糖家族化合物，并且优选选自由未分离肝素(unfractionated heparin)、分离肝素(fractionated heparin)、达那肝素、肝素衍生物以及所述产品的混合物组成的组。使用未分离肝素可能被证明是特别有益的。沉积的抗凝剂的表面浓度通常应在1,000至30,000IU/m²的范围内，优选在1,500至10,000IU/m²的范围内。将肝素接枝至基于丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物的膜上的方法在本领域中也是已知的，并且描述于例如WO 2007/148147 A1中。如图8B所示，由于可以接枝到本发明的纤维上的聚阳离子聚合物(例如PEI)的量较高，相比于本领域已知的含水量为69重量％的纤维，可以接枝到纤维上的肝素的量被增加。

根据本发明的中空纤维具有约180至约260μm的内径。根据本发明的一个实施方案，内径在50至250μm的范围内。壁厚通常在35至60μm的范围内，优选40至50μm。

如上所述，本发明的另一个目的是提供一种可用于制造血液体外净化装置的中空纤维膜。根据本发明的一个方面，中空纤维由如上所述的均质且对称的聚电解质水凝胶组成。根据本发明的另一方面，所使用的中空纤维各自具有50至260μm的内径，在大多数情况下具有180至250μm的内径。包含根据本发明的中空纤维膜的透析器的表面积可以变化，但通常在1.0-2.3m²的范围内。包含本发明的膜的透析器可以如本领域中已知的那样进行组装。通常通过使用γ射线进行辐照或通过使用ETO进行装置的灭菌。

根据本发明的装置可用于已知的透析机器，例如由Gambro提供的Prismaflex系统，其血液流速在150ml/min至500ml/min之间。平均血流速度在200至500ml/min之间。包含根据本发明的膜的装置可用于包括稀释前和稀释后的血液透析以及血液透析滤过模式。

特别适用于HDF模式治疗的根据本发明的膜在ATPS条件下具有约70重量％至约71重量％的含水量，并且例如由图2B中的数据点(C)表示，而具有甚至更高的约70重量％至约73重量％的含水量的膜特别适用于血液透析模式，其中将通过血液透析而被移除的分子范围可以扩展至更高分子量。在ATPS条件下具有约73重量％至约75重量％的含水量的膜特别适合急性治疗，该急性治疗通过所谓的高截留(HCO)膜处理，该膜为了提高相对较大的分子直至白蛋白分子量的分子的去除，将接受一定的白蛋白损失。在这种情况下，白蛋白置换可能是必需的，以安全，长时间地使用这种高截留型膜。

如本文所用的表述“HDF”是指血液透析滤过。虽然血液透析(HD)主要基于扩散，因此依赖于浓度差作为从血液中去除不需要的物质的驱动力，但血液透析滤过(HDF)除了HD中使用的扩散驱动力之外还利用对流力。所述对流通过跨透析器膜产生正压梯度来实现。因此，血液以超滤的高速率被泵送通过透析器的血液室，因此血浆水以高速率从血液移动到透析液，其必须由直接注入血液管线的置换液代替。透析液也通过透析器的透析室。使用血液透析滤过是因为它可能导致大分子量和小分子量溶质的良好去除。置换流体可以从透析溶液在线制备，其中透析溶液通过一系列膜被纯化，然后将其直接注入血液管线。

除了可用于如前所述的血液透析或血液透析滤过治疗之外，本发明的膜和包含所述膜的透析器还可用于治疗慢性肾病患者，慢性肾病患者将受益于可通过该膜除去扩大范围的分子。由于上述吸附容量允许去除扩大范围的分子(包含高达约60kDa的分子)，并显著改善了对流性能，因此本发明的膜和血液透析器可以特别有利地用于CRRT。连续性肾脏替代疗法(CRRT)是任何设计长时间替代肾功能受损并打算每天应用至多24小时的体外血液净化疗法。CRRT是一种专门设计用于治疗急性肾损伤(AKI)的ICU患者(特别是在血流动力学不稳定的AKI患者的情况下)的模式。本发明的膜和透析器也可以用于级联过滤系统。

本领域技术人员将容易明白，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文公开的发明进行各种替换和修改。

实施例

实施例1

中空纤维的制备和液体渗透性的测定

这里所示的中空纤维是使用一种胶凝方法获得的，该方法包括处理由丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠(91:9)(35重量％)、DMF(52重量％)和甘油(13重量％)构成的胶棉，并且如图1中进一步描述的。纺丝喷嘴温度调节到140℃。中心介质是氮气(惰性气体)。默认的纺丝浴温度设定为10℃。喷丝头到纺丝浴的距离设定为1m。在约95℃下进行拉伸。不同于该方法的地方在于：例如在图2A、2B和3B中所示的拉伸条件(拉伸比)或关于纺丝浴温度(参见图3A和3B)或其两者。

实施例2

透水性Lp的测定

使用给定膜(参见实施例1)的40根纤维的样品的微型模块来测量各个膜对于纯水的透水性。迷你模块的长度为50cm。40根纤维在一端用聚氨酯胶互相隔离。通过在其端部切割纤维束而在封装端部处重新打开纤维。纤维的有效膜表面积(A)为130cm²。实验期间，将非封装的端部夹住。

通过测量在已知跨膜压力(P)下限定的水体积((ΔV)完全通过膜表面(A)后的时间(Δt)，根据以下式(1)来测定37℃下的液体渗透性Lp：

基于施加的压力，纤维的血液室中的压力大于纤维的透析液侧上的压力。这导致一定体积的水(超滤液)的置换，其通过纤维束的透析液侧的水量的增加来测量。膜的Lp以ml/h·mmHg·m²表示。实施例中施加的压力(也可参见相应的图)为500毫巴。

实施例3

含水量的测定

使用Kumagawa提取器，将给定质量(M0)为9.0至11.0g之间的纤维样品与400ml甲醇一起连续加热回流4h。然后将纤维样品在105±3℃下加热2小时。在干燥器中冷却30分钟后，称重样品(M1)。然后聚合物质量以％表示，且P％(w/w)＝100Ml/M0。纤维含水量以％表示，且W％(w/w)＝100-P％。

实施例4

测定α-淀粉酶和因子D的去除率

将透析开始和结束时的血液样品收集在含有EDTA作为抗凝剂的离心管中，并且离心收集血浆。采用匹配的抗体对使用酶联免疫吸附测定(ELISA)测定因子D的浓度。通过酶光度法测定α淀粉酶的浓度。

溶质减少率表示为RR(％)＝(Ct0-Ct4cor)×100/Ct0，其中

·Ct0是透析期开始时的溶质浓度，

·Ct4cor是在4小时透析期结束时的溶质浓度Ct4，使用

公式进行校正以将血浓缩考虑在内：Ct4cor＝Ct4/(1+UF/(0.2×初始重量)。

实施例5

血浆清除率的测定

在具有400ml/min的血流量和700ml/min的透析液流量以及100ml/min的超滤速率(对应于6L/h的置换体积)的HDF治疗中，比较膜C、FX cordiax 800(Fresenius)和Polyflux210H(Gambro)的中等分子清除率。

在每个实验(n＝3)中，将1L均匀的人血浆(蛋白质浓度为60g/L)再循环60分钟，然后进行60分钟的模拟治疗。在再循环55分钟后将标记物加入血浆池：人B2-微球蛋白(5mg)、人肌红蛋白(500μg)和K-FLC(～300mg)；而白细胞介素6包含在人血浆中。

在规定的时间间隔后从血浆池和透析液中取样。通过散射比浊法(nephelometry)测量标记物的浓度，并且从池浓度随时间变化的一级动力学计算清除率。

Claims (8)

1.一种膜，其包含丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物和水，其特征在于，相对于膜的总重量，所述膜在ATPS条件下的含水量为70-75重量％，其中所述膜通过以下方法获得，所述方法包括以下步骤：

(a)形成聚合物组合物，所述聚合物组合物由以下(i)、(ii)和(iii)组成

(i)34至36重量％的90:10至99:1的摩尔比的丙烯腈和甲代烯丙基磺酸钠的共聚物，

(ii)50至58重量％的选自DMF、DMSO和NMP的溶剂；和

(iii)6至16重量％的甘油，

其中在最终聚合物组合物中所有组分总计为100％；

(b)将(a)的组合物加热至110℃至150℃的温度；

(c)将该组合物通过纺丝喷嘴，该纺丝喷嘴包括包围聚合物组合物的两个同心环(7)和用惰性气体灌注的中心开口(8)以制备预形成的中空纤维；

(d)在通过0.8至1.9m的空气缝隙后，使(c)的预形成的中空纤维进入温度为30℃至45℃的纺丝浴；和

(e)之后，使步骤(d)的中空纤维在90℃至100℃的温度下进行拉伸操作，拉伸比为3.6至4.5。

2.根据权利要求1所述的膜，其特征在于，所述膜的含水量为70重量％至73重量％。

3.根据权利要求1或2所述的膜，其特征在于，所述膜的Lp为70ml/h·mmHg·m²至125ml/h·mmHg·m²。

4.根据权利要求1或2所述的膜，其特征在于，在具有Q_B＝350ml/min，Q_D＝600ml/min，且UF＝100ml/min并且有效膜表面积为1.0m²至2.2m²，置换体积为20L的HDF中处理4小时后，因子D的体内去除率为75％至100％。

5.根据权利要求1或2所述的膜，其特征在于，所述膜上可容纳的聚乙烯亚胺(PEI)的量为每克纤维2.5至3.5μmolPEI。

6.根据权利要求1或2所述的膜，其特征在于，固定在所述膜上的抗凝剂的表面浓度为1,000至10,000IU/m²。

7.一种用于血液净化的血液透析器，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的膜。

8.根据权利要求7所述的血液透析器，其特征在于，在300ml/min至500ml/min的Q_B，700ml/min的Q_D，0ml/min至20ml/min的超滤速率且1.0m²至2.2m²的有效表面积下，根据IS08637：2004(E)体外测定的肌红蛋白清除率为60ml/min至90ml/min。

Images