CN110026098B - 一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法 - Google Patents

一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法，涉及生物医用材料技术领域。所述的壳聚糖血液透析膜为中空纤维膜，主要由如下原料制备而得：壳聚糖、羧甲基壳聚糖、纳米纤维素晶须、聚乙二醇、戊二醛、乙酸溶液。制备方法主要包括如下步骤：（1）纺丝液的制备；（2）干湿法纺丝；（3）膜的后处理。本发明所提供的壳聚糖中空纤维膜生物相容性好，可生物降解，具有较高的机械性能和抗凝血性能，是一种较理想的透析膜材料，具有较好的应用前景。

Description

一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法。
背景技术
血液透析是利用半透膜原理，将血液与透析液同时引入到含有透析膜的透析器中，血液与透析液分别在透析膜两侧流动，通过扩散和渗透作用，来清除人体血液内的中、小分子毒素，而透析过的血液重新流回人体，并补充人体所需的物质，保持血液的电解质平衡和酸碱平衡，从而实现血液净化。血液透析是治疗水肿性疾病、急慢性肾功衰竭（尿毒症）以及急性药物中毒及农药中毒的常用方法。透析膜是血液透析器中最核心的组成部分，决定了血透的效果。理想的血液透析膜应具有良好的血液相容性，机械性能好，耐高温和化学性能稳定，满足无毒，无抗原，高毒素清除效率，较高的超滤系数等要求。
目前能够用于临床上的血液透析膜主要是纤维素基透析膜和合成高分子透析膜。纤维素基透析膜压密性较差，在高压下使用时，会因为透析物质导膜孔径变小，并且在透析过程中会引发补体激活，导致白细胞减少等不良反应，其改性膜的耐热性和耐化学稳定性较差，膜结构易被破坏，难以重复利用。以聚砜为主的合成高分子透析膜疏水性较强，生物相容性存在不足，会引起血栓、炎症、毒性反应等问题，造成治疗效果变差。另外，合成高分子透析膜其原材料依赖石油石油，导致资源和生态性能较差。随着国家对环保的要求越来越高，需要寻找能够替代石油基聚合物透析膜的材料。
壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酰基产物，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源，是自然界中唯一的一种带阳离子且能被生物降解的高分子材料。脱乙酰度高的壳聚糖具有生物相容性好，对人体无毒副作用，成膜性、可塑性、促创伤愈合性、抗菌性和药物缓释性等优良的医疗特性并有易于加工成型等优点，因此，将壳聚糖作为透析用膜材料可以满足临床应用。但壳聚糖纺制中空纤维膜的最大问题在于纺出的中空纤维力学强度低、脆性大，并且其亲水性和抗凝血性能等还有待进一步提高。
发明内容
本发明提出了一种壳聚糖血液透析膜及其制备方法，该透析膜以壳聚糖为主要膜材料，加入羧甲基壳聚糖和纳米纤维素晶须共混得到中空纤维膜。透析膜中的羧甲基壳聚糖亲水性好，具有抗凝血作用；纳米纤维素晶须强度高、模量高、热膨胀系数低、可再生以及可生物降解，与壳聚糖化学结构相似，可避免共混物兼容性差的问题。
实现本发明的技术方案是：
一种壳聚糖血液透析膜，所述血液透析膜为以壳聚糖为膜材料、加入羧甲基壳聚糖和纳米纤维素晶须共混制备得到的中空纤维膜，具体包括以下重量份的原料：壳聚糖2-6份，羧甲基壳聚糖0.2-1份，聚乙二醇2-12份，纳米纤维素晶须0.04-0.2份，戊二醛0.05-0.15份，溶剂75.5-89.5份。
所述壳聚糖的脱乙酰度为85%-95%。
所述溶剂为2%-3%的乙酸溶液。
所述纳米纤维素晶须的直径为5-20nm，长度为100-500nm。
所述聚乙二醇的分子量为400-2000。
所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，步骤如下：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇按比例加入到溶剂中，30-50℃下搅拌溶解30-60min，得到共混溶液；将固含量为2%的纳米纤维素晶须悬浮液超声分散1-2h，然后将纳米纤维素晶须悬浮液按比例与共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液；
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝原液采用干湿法纺丝；壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜；
（3）膜的后处理
将步骤（2）中壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1-2h，之后水洗除去多余戊二醛；采用置换干燥的方式干燥，得到壳聚糖血液透析膜。
所述步骤（2）干湿法纺丝中纺丝罐压力0.05-0.20MPa，纺丝温度为30-40℃，干纺距离为2-10cm，内凝胶浴为20-25%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为5-15%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。
所述步骤（3）中置换干燥的具体步骤为：将水洗后的壳聚糖初生态膜放入无水乙醇中浸泡4-16h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥。
本发明的有益效果是：（1）本发明通过共混纺丝在壳聚糖中引入力学性能好的纳米纤维素晶须，提高了壳聚糖膜的机械强度；（2）本发明在体系中引入了亲水性生物质羧甲基壳聚糖，提高了血液透析膜的亲水性和抗凝血性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的一种壳聚糖血液透析膜，由如下重量份数的原料组成：脱乙酰度为95%的壳聚糖4份，羧甲基壳聚糖0.4份，聚乙二醇400 6份，纳米纤维素晶须0.08份，戊二醛0.1份，2%的乙酸溶液89.5份。
上述壳聚糖血液透析膜的制备方法，按如下步骤进行：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇加入到乙酸溶液中，50℃下搅拌溶解60min，得到共混溶液。另取纳米纤维素晶须悬浮液，超声分散1h，然后将悬浮液与之前的共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液。
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝液采用干湿法纺丝。其中，纺丝罐压力0.05MPa，纺丝温度为40℃，干纺距离为5cm，内凝胶浴为20%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为10%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜。
（3）膜的后处理
壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1h，之后水洗除去多余戊二醛。采用置换干燥的方式，先将膜放入无水乙醇中15h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥保存。
实施例2
本实施例的一种壳聚糖血液透析膜，由如下重量份数的原料组成：脱乙酰度为95%的壳聚糖5.5份，羧甲基壳聚糖1份，聚乙二醇400 6份，纳米纤维素晶须0.08份，戊二醛0.15份，2%的乙酸溶液83.35份。
上述壳聚糖血液透析膜的制备方法，按如下步骤进行：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇加入到乙酸溶液中，50℃下搅拌溶解60min，得到共混溶液。另取纳米纤维素晶须悬浮液，超声分散2h，然后将悬浮液与之前的共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液。
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝液采用干湿法纺丝。其中，纺丝罐压力0.05MPa，纺丝温度为40℃，干纺距离为7cm，内凝胶浴为25%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为10%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜。
（3）膜的后处理
壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1.5h，之后水洗除去多余戊二醛。采用置换干燥的方式，先将膜放入无水乙醇中12h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥保存。
实施例3
本实施例的一种壳聚糖血液透析膜，由如下重量份数的原料组成：脱乙酰度为95%的壳聚糖5份，羧甲基壳聚糖0.8份，聚乙二醇2000 2份，纳米纤维素晶须0.06份，戊二醛0.1份，2%的乙酸溶液89.1份。
上述壳聚糖血液透析膜的制备方法，按如下步骤进行：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇加入到乙酸溶液中，30℃下搅拌溶解60min，得到共混溶液。另取纳米纤维素晶须悬浮液，超声分散1h，然后将悬浮液与之前的共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液。
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝液采用干湿法纺丝。其中，纺丝罐压力0.05MPa，纺丝温度为30℃，干纺距离为5cm，内凝胶浴为20%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为10%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜。
（3）膜的后处理
壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1h，之后水洗除去多余戊二醛。采用置换干燥的方式，先将膜放入无水乙醇中15h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥保存。
实施例4
本实施例的一种壳聚糖血液透析膜，由如下重量份数的原料组成：脱乙酰度为85%的壳聚糖2份，羧甲基壳聚糖0.2份，聚乙二醇1000 12份，纳米纤维素晶须0.2份，戊二醛0.1份，2.5%的乙酸溶液75.5份。
上述壳聚糖血液透析膜的制备方法，按如下步骤进行：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇加入到乙酸溶液中，40℃下搅拌溶解30min，得到共混溶液。另取纳米纤维素晶须悬浮液，超声分散1.5h，然后将悬浮液与之前的共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液。
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝液采用干湿法纺丝。其中，纺丝罐压力0.1MPa，纺丝温度为35℃，干纺距离为2cm，内凝胶浴为22%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为5%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜。
（3）膜的后处理
壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1h，之后水洗除去多余戊二醛。采用置换干燥的方式，先将膜放入无水乙醇中4h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥保存。
实施例5
本实施例的一种壳聚糖血液透析膜，由如下重量份数的原料组成：脱乙酰度为93%的壳聚糖6份，羧甲基壳聚糖0.2份，聚乙二醇1000 6份，纳米纤维素晶须0.04份，戊二醛0.05份，3%的乙酸溶液85.75份。
上述壳聚糖血液透析膜的制备方法，按如下步骤进行：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇加入到乙酸溶液中，40℃下搅拌溶解40min，得到共混溶液。另取纳米纤维素晶须悬浮液，超声分散2h，然后将悬浮液与之前的共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液。
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝液采用干湿法纺丝。其中，纺丝罐压力0.2MPa，纺丝温度为35℃，干纺距离为10cm，内凝胶浴为20%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为15%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜。
（3）膜的后处理
壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡2h，之后水洗除去多余戊二醛。采用置换干燥的方式，先将膜放入无水乙醇中16h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥保存。
对比例1
本对比例同实施例1，不同之处仅在于：不添加羧甲基壳聚糖和纳米纤维素晶须。
对以上各实施例和对比例所制备的血液透析膜进行相关性能测试，其测试结果如下表 所示：
Figure 304028DEST_PATH_IMAGE002
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种壳聚糖血液透析膜的制备方法，其特征在于：所述血液透析膜为以壳聚糖为膜材料、加入羧甲基壳聚糖和纳米纤维素晶须共混制备得到的中空纤维膜，具体包括以下重量份的原料：壳聚糖2-6份，羧甲基壳聚糖0.2-1份，聚乙二醇2-12份，纳米纤维素晶须0.04-0.3份，戊二醛0.05-0.15份，溶剂75.5-89.5份；
纳米纤维素晶须的直径为5-20nm，长度为100-500nm；聚乙二醇的分子量为400-2000；
所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，步骤如下：
（1）纺丝液的制备
将壳聚糖、羧甲基壳聚糖、聚乙二醇按比例加入到溶剂中，30-50℃下搅拌溶解30-60min，得到共混溶液；将固含量为2%的纳米纤维素晶须悬浮液超声分散1-2h，然后将纳米纤维素晶须悬浮液按比例与共混溶液高速搅拌混合均匀，真空脱泡后得到黄色透明的纺丝原液；
（2）干湿法纺丝
将步骤（1）得到的纺丝原液采用干湿法纺丝；壳聚糖在凝胶浴中凝固成膜后，经过拉伸、水洗，得到壳聚糖初生态膜；
（3）膜的后处理
将步骤（2）中壳聚糖初生态膜在戊二醛溶液中浸泡1-2h，之后水洗除去多余戊二醛；采用置换干燥的方式干燥，得到壳聚糖血液透析膜。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖的脱乙酰度为85%-95%。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为2%-3%的乙酸溶液。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）干湿法纺丝中纺丝罐压力0.05-0.20MPa，纺丝温度为30-40℃，干纺距离为2-10cm，内凝胶浴为20-25%的氢氧化钠溶液，外凝胶浴为5-15%的氢氧化钠溶液，凝胶浴温度为室温。
5.根据权利要求1所述的壳聚糖血液透析膜的制备方法，其特征在于所述步骤（3）中置换干燥的具体步骤为：将水洗后的壳聚糖初生态膜放入无水乙醇中浸泡4-16h，然后转到正己烷中浸泡4h，取出后将膜在室温下干燥。
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