CN110652889A - 一种基于释放层的微孔滤膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于释放层的微孔滤膜及其制备方法和应用。本发明中的微孔滤膜包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，所述释放层中包括PVA。本发明通过在微孔膜本体上附着包括PVA的释放层的设置，能够将微孔膜本体捕获的目标颗粒无损的从微孔膜本体上再次释放，释放出的目标颗粒进而便于后续分析或处理。

Description

一种基于释放层的微孔滤膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及微孔过滤膜领域，具体涉及一种基于释放层的微孔滤膜及其制备方法和应用。
背景技术
从培养液、血液、灌洗液等液体样本中高效地富集稀少目标细胞是精准检测和分析的关键前提，而为了高效地富集稀少目标细胞，现有技术中开发了高精度的微孔阵列滤膜，该膜分离方法的高效和便捷使其受到生物医学相关临床和研究人员的欢迎。
如在专利CN107694347A中给出了一些用于大体积临床样本中痕量细胞捕获的聚对二甲苯多孔阵列滤膜。在该文件的实施例中记载有：在低细胞密度样本中，具有平均通量120mL/min，在血液中，具有平均通量20mL/min。并以血液中循环肿瘤细胞为例，能达到平均85％的捕获效率，而细胞受到的应力刺激并没有增加，捕获后原位培养的细胞活性高于其他流式细胞分选或微流控芯片分选等方法。与单纯的微流控通道表面材料亲疏水性质而导致的颗粒吸附不同，富集在微孔滤膜上的细胞是由于尺寸(或形变后的尺寸)大于微孔无法通过而被截留，但在过孔/截留的过程中，如果将细胞等效为具有一定杨氏模量的球体，那么最后截留在膜上的细胞即为在一定压力下挤压变形后仍无法通过微孔的柔性球体，整个过程受细胞尺寸和杨氏模量的影响。通常被“卡”在微孔膜上的细胞无法通过简单地漂洗静置而重新释放于液体中。在平面材料中，聚对二甲苯、硅橡胶、聚酰亚胺、环氧树脂、聚碳酸酯等材料均不会对细胞有较强的吸附特性，而对于蛋白或是核酸的吸附上述材料又都表现出很不同的性质，如聚对二甲苯就表现出很低的吸附率。但是，上述材料的微孔膜结构在使用中均存在通过尺寸和硬度差异而被截留的细胞很难重新从膜上释放下来的问题。而在很多需要目标细胞富集的应用场景中，均需要进一步将富集到膜上的细胞再从膜上无损地释放下来进行后续分析或处理。因此，需要一种能够将富集到膜上的细胞再从膜上无损地释放下来的方式，而现有技术中并没有相关的技术记载。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于现有技术中多孔阵列滤膜捕获的目标颗粒较难无损的从微孔膜本体上再次释放，本发明提供了解决上述问题的一种具有目标颗粒再释放功能的微孔滤膜，并公开了其制备方法和应用。
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，所述释放层中包括有PVA。本发明中该释放层可以全部由PVA构成，也可以采用PVA与其他水溶性粘性物质混合制成，如可以采用PVA与PVP混合制成，或者PVA与PEG混合制成，或者PVA与多巴胺等物质混合制成。
所述释放层中的PVA的水解度为70％以上。
所述释放层中的PVA的分子量为Mw 9000-200000。
本发明中的微孔膜本体是指能形成微孔阵列结构的膜体材料，如聚对二甲苯、聚酰亚胺、SU-8等制成的微孔滤膜。本发明中的目标颗粒为血液、尿液、肺泡灌洗液、胸水、脑脊液或痰液中的肿瘤细胞、白细胞、胞外囊泡、细菌或真菌。本发明中，所述微孔膜本体优选为聚对二甲苯微孔滤膜或表面覆盖聚对二甲苯层的微孔滤膜。
所述释放层中还包括聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯醇酯、纤维素的碱性溶液、聚乙二醇中的任意一种或多种高分子聚合物。本发明中的微孔滤膜具有目标颗粒在微孔滤膜上富集后再释放的功能。
一种基于释放层的微孔滤膜的制备工艺，包括：制备具有PVA的水溶液，将水溶液附着在微孔膜本体上，干燥后即可。
所述水溶液中PVA的浓度为0.01-10wt％。
所述附着的方法包括浸泡、过滤、旋涂、喷涂中的一种或多种。
一种基于释放层的微孔滤膜在对目标颗粒富集后再释放的场景中的应用。目标颗粒可以为血液、尿液、肺泡灌洗液、胸水、脑脊液或痰液中的肿瘤细胞、白细胞、胞外囊泡、细菌或真菌。
本发明中的一种基于释放层的微孔滤膜还可以应用在水的超滤、净化方向。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明通过在微孔膜本体表面修饰一层释放层，在该修饰释放层的微孔膜本体的使用中，由于释放层中PVA的存在，微孔滤膜呈现亲水性，不再需要在过滤前进行浸润激活处理，只需加水自动浸润，5秒钟内可溶解大部分微孔滤膜表面的PVA，重新呈现原微孔膜本体上的微米孔结构特征，但附着于微孔膜本体表面的PVA会在水溶液中存在超过10分钟，进而起到过滤后释放目标颗粒的功能。因此，通过在微孔膜本体表面修饰一层具有PVA的释放层能够将微孔膜本体捕获的目标颗粒无损的从微孔膜本体上再次释放，释放出的目标颗粒进而便于后续分析或处理，并且，释放后可以保证微孔膜本体表面基本没有目标颗粒或杂质残留。
2.本发明进一步优化了PVA的水解度，本发明中将PVA的水解度限制为70％以上，由于水解度越高，PVA分子间的氢键网作用越强，对水分子的排斥越厉害，水分子不容易进入聚合物内部，形成的PVA涂层就越难溶解；但对于我们的微孔滤膜而言，目前水解度过高对目标颗粒的释放功能来说影响不是很大，因为本发明中的释放层很薄，而且实际过滤富集之前，会先用缓冲液加入到微孔滤膜上，进而“激活”滤膜，将大部分的释放层中的PVA溶解，真正起到释放作用的PVA就是吸附在微孔膜本体表面的薄层，通过该薄层实现富集后目标颗粒的再释放功能；而水解度太低可能会使得PVA薄层溶解过快，进而达不到释放作用，通过测试得知：即使70％水解度的PVA会很快溶解，但也并不会对过滤释放功能起太多的阻碍作用，依然能达到过滤富集后的目标颗粒再释放作用。
3.本发明中限定了PVA的聚合度，聚合度越大，分子量就越大，溶液就会越粘，如果粘度太大，液体的流动性就不好，容易聚团，不容易形成均匀的PVA薄层，如果粘度太小，则可能会不容易粘附在微孔膜本体的材料上形成薄膜，进而达不到颗粒富集后再释放的功能，因此，本发明将PVA的分子量Mw限制在9000以上，有效保证富集了颗粒的微孔膜本体能有效通过其上设置的PVA释放层达到颗粒再释放的功能，而将PVA的分子量Mw限制在200000以下，可以有效保证在制备工艺中使制备微孔膜本体上形成的PVA薄层更加均匀。
4.本发明中进一步提供了微孔滤膜的制备工艺，在现有技术中，为了能有效将富集在微孔膜本体表面的目标颗粒释放出来，本领域技术人员能够想到的方式是通过对微孔膜本体表面进行化学修饰，进而改变膜上目标颗粒的粘附，进而起到再释放的作用，但是，根据之前的一些报道记载的方法，基于抗体捕获目标颗粒方法的特异性连接和断开改变膜表面的特性进而实现目标颗粒释放的方法往往比较复杂并费时。本发明仅仅只在微孔膜本体表面附着一层PVA水溶液，然后进行干燥即可，该方法操作更加简便，制造成本更加低廉，更加适合推广应用。
5.本发明进一步限制了制备工艺中所采用的PVA水溶液的浓度，通过浓度与PVA的分子量相互配合，可以获得合适粘度的PVA水溶液，进而更加便于水溶液中PVA在微孔膜本体表面的附着操作，制备操作更加简便；并且，通过实验验证，本发明中PVA的分子量Mw为9000，浓度为0.1％时，依然能有效将PVA附着在微孔膜本体表面，并且同时能达到富集后颗粒再释放的功能。6.本发明的目标颗粒的释放方法非常简便，不需要反向的冲洗、震动和加含有竞争性基团的缓冲液等方法，只需要在少许液体中静置片刻，膜上的目标颗粒就会自动重悬于液体中。
附图说明
为了更清楚地显示本发明的产品结构，本发明还提供以下附图。
图1为本发明中微孔膜本体上涂覆有PVA释放层的电镜图。
图2为本发明的PVA释放层破裂后实现目标颗粒分离和再释放功能时的电镜图。
图3为图2中PVA释放层破裂时的放大示意图。
图4为本发明释放完目标颗粒后微孔膜本体表面的电镜示意图。
图5为本发明在不同PVA浓度下制备出的微孔膜本体的电镜示意图，其中，a为无PVA释放层的示意图，b为浓度为1wt％的PVA水溶液附着后的示意图，c为浓度为5wt％的PVA水溶液附着后的示意图。
图6为未涂覆有PVA释放层的微孔膜本体释放捕获的目标颗粒后的效果图。
图7为本发明中涂覆有PVA释放层的微孔膜本体释放捕获的目标颗粒后的效果图。
图8为本发明中采用附着PEG的微孔膜本体释放捕获的目标颗粒后的效果图。
图9为本发明中采用附着5wt％PVA&3wt％PVP混合涂层的微孔膜本体电镜图。
图10为本发明中采用附着5wt％PVA&5wt％PVP混合涂层的微孔膜本体电镜图。
图11为本发明中采用附着5wt％PVA&0.1wt％聚醋酸乙烯醇酯混合涂层的微孔膜本体电镜图。
图12为本发明中采用附着5wt％PVA&3wt％纤维素的混合涂层的微孔膜本体电镜图。
图13为本发明中采用附着5wt％PVA&1wt％聚乙二醇混合涂层的微孔膜本体电镜图。
图14为本发明中采用附着5wt％PVA&1wt％聚乙二醇混合涂层的微孔膜本体释放捕获的目标颗粒后的效果图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA释放层。通过增设该PVA释放层，有效达到将微孔膜本体捕获的目标颗粒无损的从微孔膜本体上再次释放的目的。本发明中，为了达到更好的再释放的效果，所述PVA释放层所采用的PVA的水解度优选为87-90％。所述PVA释放层所采用的PVA的分子量Mw优选为9000-200000。该PVA释放层所采用的PVA的水解度为82％，PVA的分子量Mw为10000-20000。
本发明中的PVA释放层适用于附着在所有微孔膜本体上实现目标颗粒的再释放，尤其适用于微孔膜本体为聚对二甲苯微孔滤膜或表面覆盖聚对二甲苯层的微孔滤膜。本实施例中该微孔膜本体选择为聚对二甲苯微孔滤膜。
本发明中还公开了上述微孔滤膜的制备工艺，包括：制备PVA水溶液，将PVA水溶液附着在微孔膜本体上，最后干燥即可。本发明中，为了达到均匀的附着效果，该PVA水溶液的浓度优选设置为1-5wt％。本发明中该附着的方法包括浸泡、过滤、旋涂、喷涂中的一种或多种。采用本发明的方式，可以在该聚对二甲苯微孔膜孔内形成了一层薄的PVA膜，即PVA释放层，该PVA膜可以是完全闭合的膜，该PVA膜也可以形成未闭合的PVA环，或是多边形，或是有一定的裂痕的膜等，如图1所示。该PVA膜形状的控制与PVA溶液浓度、温湿度、涂布厚度等有关，但是，不同形状不影响实现膜上目标颗粒释放功能的实现和效果。在本实施例中，该微孔滤膜的制备工艺具体为：采用PVA溶解于水中制成浓度为5wt％的PVA水溶液，采用浸泡的方式将微孔膜本体浸入到PVA水溶液中，然后取出进行自然干燥即可。上述将微孔膜本体浸泡到PVA水溶液中并干燥的过程可以是一次，也可以是多次，本实施例中采用一次浸泡后干燥的方式，采用该方式制备好的微孔滤膜如图5的c所示。
本发明中的微孔滤膜能有效应用在目标颗粒富集后再释放的场景中。该富集的目标颗粒为血液、尿液、支气管肺泡灌洗液、胸水或痰液中的肿瘤细胞、外胞体、迁移体、结核杆菌或真菌。本发明中的微孔滤膜还可以应用在水的超滤、净化方向。
实施例2
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA释放层。本实施例中，该PVA释放层所采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为60000-70000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA溶解于水中制成浓度为3wt％的PVA水溶液，将PVA水溶液采用旋涂的方式附着在微孔膜本体上，然后进行自然干燥即可，PVA水溶液旋涂在微孔膜本体上的次数可以是一次，也可以是多次，本实施例中采用旋涂两次的方式，旋涂干燥后获得的微孔滤膜如图1所示。
采用本实施例的微孔滤膜进行血液中肿瘤细胞的捕获，同时，采用聚对二甲苯微孔滤膜直接对相同血液进行肿瘤细胞的捕获操作，聚对二甲苯微孔滤膜的结构如图5的a所示。通过对比可知，两者对肿瘤细胞的捕获效果基本相同。然后对捕获有肿瘤细胞的滤膜进行细胞分离和再释放操作，实现细胞分离和再释放功能时本实施例中的微孔滤膜的结构如图2和图3所示，实现细胞分离和再释放功能后本实施例中的微孔滤膜的结构如图4所示。释放完成后，分别对本实施例中微孔滤膜和聚对二甲苯微孔滤膜上的肿瘤细胞附着情况进行检测，检测结果如图6和图7所示。通过检测结果可知：采用本发明的方法能有效实现微孔膜本体上的细胞分离和再释放功能，且在释放后，膜表面基本没有细胞或杂质残留，效果十分显著。
实施例3
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA释放层。本实施例中，该PVA释放层所采用的PVA的水解度为94％，PVA的分子量Mw为90000-120000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA溶解于水中制成浓度为1wt％的PVA水溶液，将PVA水溶液采用喷涂的方式附着在微孔膜本体上，然后进行自然干燥即可，PVA水溶液喷涂在微孔膜本体上然后干燥的次数可以是一次，也可以是多次，本实施例中采用喷涂干燥三次的方式，喷涂干燥后获得的微孔滤膜如图5的b所示。
实施例4
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA释放层。本实施例中，该PVA释放层所采用的PVA的水解度为73％，PVA的分子量Mw为130000-180000，该微孔膜本体选择为表面覆盖聚对二甲苯层的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA溶解于水中制成浓度为2wt％的PVA水溶液，将PVA水溶液采用过滤的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可。
实施例5
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合制成的混合释放层。本实施例中，释放层中PVA的浓度为5wt％，PVP的浓度为3wt％，该释放层中采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为70000-90000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯构成的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA和PVP溶解于水中制成PVA&PVP混合的水溶液，将水溶液采用旋涂的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可，干燥后的形态如图9所示。
实施例6
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合制成的混合释放层。本实施例中，释放层中PVA的浓度为3wt％，PVP的浓度为3wt％，该释放层中采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为70000-90000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯构成的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA和PVP溶解于水中制成PVA&PVP混合的水溶液，将水溶液采用旋涂的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可，干燥后的形态如图10所示。
实施例7
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA和聚醋酸乙烯醇酯混合制成的混合释放层。本实施例中，释放层中PVA的浓度为5wt％，聚醋酸乙烯醇酯的浓度为0.1wt％，该释放层中采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为50000-70000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯构成的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA和聚醋酸乙烯醇溶解于水中制成PVA&聚醋酸乙烯醇酯混合的水溶液，将水溶液采用旋涂的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可，干燥后的形态如图11所示。
实施例8
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA和纤维素混合制成的混合释放层。本实施例中，释放层中PVA的浓度为5wt％，纤维素的浓度为3wt％，该释放层中采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为20000-30000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯构成的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA和纤维素的碱性溶液溶解于水中制成PVA&纤维素混合的水溶液，将水溶液采用旋涂的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可，干燥后的形态如图12所示。
实施例9
一种基于释放层的微孔滤膜，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，该释放层为PVA和聚乙二醇(PEG)混合制成的混合释放层。本实施例中，释放层中PVA的浓度为5wt％，PEG的浓度为1wt％，PEG的分子量Mw为10000，该释放层中采用的PVA的水解度为89％，PVA的分子量Mw为50000-70000，该微孔膜本体选择为聚对二甲苯构成的微孔滤膜。
本实施例中该微孔滤膜的制备工艺为：采用PVA和PEG溶解于水中制成PVA&PEG混合的水溶液，将水溶液采用旋涂的方式添加在微孔膜本体上，然后自然干燥即可，干燥后的形态如图13所示。通过采用与实施例2中相同的血液进行检测得知：本实施例能起到与实施例2中PVA释放层相同的细胞分离和再释放功能，释放后膜局部显微镜大视场成像如图14所示。
通过实施例5-9的电镜图可知：电镜检查下的涂层状态与形貌略有差异，如释放层表面粗糙且存在一定程度的盐溶液结晶，但通过检测结果可知，无论哪种成分的其他高分子聚合物与PVA混合后制成的释放层，均能满足细胞的再释放功，并且平均释放率能达到90％以上，效果十分显著。
对照例1：采用附着PEG的微孔膜本体实现细胞分离和再释放功能
本对照例1与实施例2的区别在于：本实施例中采用其他非离子型表面活性剂PEG替换PVA，其他条件均与实施例2相同。通过采用与实施例2中相同的血液进行检测得知：虽然依然能达到与微孔膜本体相同的细胞捕获效果，但并不能起到PVA的相同细胞分离和再释放效果，即对于实现细胞释放的功能基本无效，如图8所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于释放层的微孔滤膜，其特征在于，包括微孔膜本体，以及附着在所述微孔膜本体上的释放层，所述释放层中包括PVA。
2.根据权利要求1所述的一种基于释放层的微孔滤膜，其特征在于，所述释放层中的PVA的水解度为70％以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于释放层的微孔滤膜，其特征在于，所述释放层中的PVA的分子量Mw为9000-200000。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于释放层的微孔滤膜，其特征在于，所述微孔膜本体为聚对二甲苯微孔滤膜或表面覆盖聚对二甲苯层的微孔滤膜。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于释放层的微孔滤膜，其特征在于，所述释放层中还包括聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯醇酯、纤维素及其衍生物、聚乙二醇中的任意一种或多种高分子聚合物。
6.一种基于释放层的微孔滤膜的制备工艺，其特征在于，包括：
制备具有PVA的水溶液，将水溶液附着在微孔膜本体上，干燥后即可。
7.根据权利要求6所述的一种基于释放层的微孔滤膜的制备工艺，其特征在于，所述水溶液中PVA的浓度为0.01-10wt％。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于释放层的微孔滤膜的制备工艺，其特征在于，所述附着的方法包括浸泡、过滤、旋涂、喷涂中的一种或多种。
9.如权利要求1-5任一项所述的一种基于释放层的微孔滤膜在目标颗粒富集后再释放的场景中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种应用，其特征在于，目标颗粒为血液、尿液、肺泡灌洗液、胸水、脑脊液或痰液中的肿瘤细胞、白细胞、胞外囊泡、细菌或真菌。
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