CN112221474B - 高机械强度和生物相容性良好的胆红素吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高机械强度和生物相容性的胆红素吸附剂和其制备方法，是按照以下方法制备得到的：以有机硅为单体制备得到聚硅氧烷，将聚硅氧烷和致孔剂加入分散剂溶液中反应得到硅基载体，以胺化试剂在硅基载体表面进行氨基化，得到具有多孔结构的胆红素吸附剂。本发明的胆红素吸附剂生物相容性和血液相容性更加优异、减少了治疗对血浆中有益物质的吸附；吸附容量大，能有效的减少吸附剂的用量，提高胆红素的清除效率；化学稳定性高、机械强度优异，极大降低治疗过程中吸附剂破损、微粒脱落现象和可见异物的风险；显著降低了吸附剂的非特异性吸附；吸附剂性能稳定，具有实现吸附材料可再生的可能性。

Description

高机械强度和生物相容性良好的胆红素吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及用于血液净化的材料技术领域，具体涉及一种高机械强度和生物相容性良好的胆红素吸附剂及其制备方法。

背景技术

正常人的红细胞生命周期在80-120天，红细胞衰亡后释放出血红蛋白，血红蛋白被分解成血红素和球蛋白，血红素在网状内皮系统中转化为胆红素。胆红素本身几乎不溶于水，产生的胆红素与白蛋白微弱地结合并溶解在血浆中通过血液循环被带到肝脏，然后与葡萄糖醛酸结合，进行分解代谢，最后随着胆汁被排出十二指肠。但当胆红素生成异常或肝脏功能受损等导致胆红素代谢异常时，患者体内累积过多的胆红素将严重影响人的身体健康，严重时将危及生命。快速、有效地去除体内过量的胆红素在医学界一直备受关注，对患者的人生具有重大意义。

高胆红素血症的治疗方法主要有光疗法、药物疗法以及血液净化疗法。其中，光疗法主要针对症状较轻的新生儿患者，其疗效与药物疗法一样缓慢，且治疗周期长。病症严重者则需选择血液净化法，快速去除患者血液中浓度异常升高的胆红素。血浆吸附作为血液净化疗法之一，在临床的使用逐渐增多，应用范围逐渐扩大，其治疗效果得到了大量的临床实践证实。

目前，已经在临床使用的血浆胆红素吸附剂主要为苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂，还有一些学者对聚乙烯醇、壳聚糖等新型材料用于血浆胆红素的吸附进行研究。苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂合成过程复杂，制备中涉及多种有毒溶剂，环境污染严重；且由于其材料自身的特性，对血浆中的有益物质如血浆蛋白，凝血因子等产生一定程度的吸附，导致治疗时容易出现蛋白丢失和出血等不良反应。苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂为一次交联球，吸附剂的机械强度低，在储存、运输、使用过程中容易破碎，形成容易使患者产生血栓的微粒，可见异物，粉尘等。现在多通过在离子交换树脂表面物理性能包覆聚甲基丙烯酸羟乙酯、改性的聚乙烯醇或者火棉胶白蛋白来解决材料的生物相容问题，这些过程不但增加了吸附材料制备的难度，也增加了材料的成本，加重了患者的经济负担，这也是目前血浆胆红素吸附产品的市场销售价格居高不下的原因，同时这也限制了胆红素血浆吸附治疗模式在临床的推广使用。并且目前市面上的苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂的吸附剂材料对胆红素的吸附容量小，治疗时需要使用330ml左右的吸附剂，治疗后患者的胆红素吸附下降率仅在30％左右，治疗效果不能得到保障。

发明内容

本发明为了针对上述现有医用胆红素吸附剂的材料缺陷，提供了一种生物相容性和血液相容性更加优异、化学稳定性高、机械强度优异的胆红素吸附剂及其制备方法。

本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

一种高机械强度和生物相容性良好的胆红素吸附剂，是按照以下方法制备得到的：以有机硅为单体制备得到聚硅氧烷，将聚硅氧烷和致孔剂加入分散剂溶液中反应得到硅基载体，以胺化试剂在硅基载体表面进行氨基化，得到具有多孔结构的胆红素吸附剂。

所述有机硅为硅氧烷，优选正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

所述致孔剂为甲苯、环己烷、正庚烷、正辛烷、液体石蜡中的一种或多种。

所述分散剂为选自十六烷基三甲氧基溴化铵、吐温20、聚乙烯醇、明胶、羟乙基纤维素中的一种或多种混合物。

上述任一项的胆红素吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)硅基前驱体的制备：将有机硅、有机溶剂A、去离子水和催化剂混合均匀，加热条件下进行水解缩合反应，得到聚硅氧烷；

(2)硅基载体的制备：配制分散剂溶液，加入聚硅氧烷、致孔剂，控制搅拌速度，在碱性条件下陈化得到硅基载体颗粒，过滤并洗涤，加热真空干燥，即得到硅基载体；

(3)硅基载体的活化：将硅基载体颗粒经盐酸进行处理活化后过滤，洗至中性，加热真空干燥备用；

(4)胆红素吸附剂的制备：取活化后的硅基载体，以有机溶剂B为溶剂，加入氨基硅烷进行硅烷化反应后得到带-NH₂的硅基载体，即胆红素吸附剂。

所述步骤(1)中，有机硅、有机溶剂A、去离子水的摩尔比例为1:3-6:2-3，反应温度为60-80℃，反应时间为10-20h；有机溶剂A为甲醇或乙醇，催化剂为盐酸。

所述步骤(2)中，所述分散剂溶液为含有分散剂的水溶液，优选分散剂与水的质量比为1-4:100；

致孔剂与聚硅氧烷的质量比为8-16:100；

控制搅拌速度为100-400rpm；碱性条件指用氨水调节pH值为8-10，反应温度为40-60℃，反应时间为10-20h；得到硅基载体颗粒后用去离子水和无水乙醇分别充分洗涤，50-80℃真空干燥。

所述步骤(3)中，所述盐酸为稀盐酸，优选浓度0.1mol/L，处理温度为100-110℃，处理时间为2-5h，加热真空干燥温度为50-80℃。

所述步骤(4)中，所述有机溶剂B为甲苯、苯或环己烷；

所述硅基载体与氨基硅烷的质量比为1:1-2；

所述氨基硅烷为伯胺基硅烷或仲胺基硅烷，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷或N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺。

本发明的有益效果是：

(1)本发明方法所用原料简单、条件温和、引入杂质少，制备过程简单，环保，以水做溶剂，极大地减少了有毒溶剂的使用，降低了材料成本；本发明方法制得的载体杂质含量低、孔结构可调、活性基团含量高。

(2)吸附剂的机械强度高，极大降低治疗过程中吸附剂破损、微粒脱落现象和可见异物的风险。

(3)提高了吸附材料的生物相容性，减少了治疗对血浆中有益物质的吸附；吸附容量大，能有效的减少吸附剂的用量，提高胆红素的清除效率。

(4)硅基载体表面羟基含量丰富，易于表面改性，显著降低了吸附剂的非特异性吸附。

(5)吸附剂性能稳定，具有实现吸附材料可再生的可能性。

附图说明

图1是实施例1制得的胆红素吸附剂的显微镜图片。

图2是实施例1制得的胆红素吸附剂的N₂吸附脱附曲线及孔径分布。

图3是对照与实施例1、实施例2吸附剂的颗粒强度检测结果。

图4是对照与实施例1、实施例2吸附剂对模拟血清中蛋白的吸附下降率检测结果。

图5是对照与与实施例1、实施例2吸附剂对模拟血清中胆红素的吸附性能检测结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。

下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。

主要试剂来源：

正硅酸乙酯：CAS号78-10-4，

十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，CAS号57-09-0，

γ-氨丙基三乙氧基硅烷：CAS号919-30-2，

N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺：CAS号1760-24-3，

以上试剂均均为市售常规产品，均可通过商购获得；其余试剂如未表明，均为本领域常规试剂，也可商购获得。

实施例1

将正硅酸乙酯、无水乙醇与0.1mol/L稀盐酸加入反应釜中，正硅酸乙酯、无水乙醇与稀盐酸中的去离子水的摩尔比为1:4.7:2.4，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水在盐酸的催化作用下反应，在70℃下搅拌12h，再在常压下蒸馏直至110℃去除溶剂及未反应单体等，得到无色透明较粘稠的聚硅氧烷。称取1g十六烷基三甲基溴化铵溶于95g水中，置于250ml反应瓶中搅拌加热至55℃；将4.2g甲苯加至35g聚硅氧烷中搅拌均匀，在150rpm的搅拌速度下加入反应瓶中，再加入8g氨水，搅拌15h后得到硅基载体颗粒；过滤后用去离子水和无水乙醇分别充分洗涤3遍，再于60℃真空干燥12h后备用。

将硅基载体颗粒置于0.1mol/L的稀盐酸溶液中，于105℃下回流4h。过滤后置于60℃真空干燥箱内烘干。

称取上述烘干产物5g与γ-氨丙基三乙氧基硅烷5g于100ml反应瓶中，加入60ml甲苯于125℃下回流5h，反应结束后，依次以甲苯、乙醇、丙酮过滤各洗涤4次以除去溶剂和未反应的偶联剂。洗涤完毕后于60℃真空干燥12h备用，即得到本发明的胆红素吸附剂，图1是制得的胆红素吸附剂显微镜图片，该吸附剂具有优异的成球性，粒径大，范围在200-800μm。

图2是胆红素吸附剂的N₂吸附脱附曲线及孔径分布图，可见制得的胆红素吸附剂比表面积为300-340m²/g，孔容为0.8-0.95cm³/g，孔径为12.3-15.5nm，孔径较大，比现有技术的一些胆红素吸附剂孔径更大、比现有技术的一些吸附剂更适合用于血浆灌流中。

实施例2

将正硅酸乙酯、无水乙醇与0.1mol/L稀盐酸加入反应釜中，正硅酸乙酯、无水乙醇与稀盐酸中的去离子水的摩尔比为1:4.7:2.4，在70℃下搅拌12h，再在常压下蒸馏直至110℃去除溶剂及未反应单体等，得到聚硅氧烷。称取1g吐温20溶于95g水中，置于250ml反应瓶中搅拌加热至55℃，将4.2g环己烷加至35g聚硅氧烷中搅拌均匀，在150rpm的搅拌速度下加入反应瓶中，再加入8g氨水，搅拌15h后得到硅基载体颗粒。过滤后用去离子水和无水乙醇分别充分洗涤3遍，再于60℃真空干燥12h后备用。

将硅基载体颗粒置于0.1mol/L的稀盐酸溶液中，于105℃下回流4h。过滤后置于60℃真空干燥箱内烘干。

称取上述产物5g与N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺5g于100ml反应瓶中，加入60ml甲苯于125℃下回流5h，反应结束后，依次以甲苯、乙醇、丙酮过滤洗涤4次，以除去溶剂和未反应的偶联剂。洗涤完毕后于60℃真空干燥12h备用，即得到本发明的胆红素吸附剂。

实施例3

利用实施例1、2制备得到的胆红素吸附剂进行性能测试，同时采用市面上在售的血浆胆红素吸附柱产品的苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂作为对照。

一、颗粒强度测试

采用颗粒强度测试仪进行颗粒强度的测试。

结果如图3所示，对照(图中标记为SDB)苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂的颗粒强度与所制得的吸附剂差异显著，苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂的颗粒强度不到1N，而实施例1和实施例2的颗粒强度最高可达5.92N，机械强度高，能够极大地降低吸附剂破损与微粒脱落现象。

二、对血浆中蛋白的吸附下降率和对血浆中胆红素的吸附性能评价

(1)利用上述胆红素吸附剂对血浆蛋白进行吸附性能评价，其步骤如下：

采用普通冰冻血浆作为吸附溶液，按照1ml吸附剂添加10ml血浆的比例进行体外振荡吸附试验，吸附2h后取血浆根据双缩脲法得出待测样中的总蛋白含量，BCG法得出白蛋白含量，球蛋白含量为总蛋白与白蛋白之差。结果如图4所示，对照白蛋白下降率、球蛋白下降率、总蛋白下降率结果显示试实施例1和实施例2的蛋白下降率均低于苯乙烯-二乙烯苯阴离子交换树脂，可见，本发明的吸附剂对血浆中有益物质的吸附较小，更适用于血液净化治疗。

(2)利用上述胆红素吸附剂对肝病阳性血浆中的胆红素进行吸附，其步骤如下：

采用肝病患者血浆置换治疗时置换出的血浆作为吸附溶液，按照1ml吸附剂添加10ml血浆的比例进行体外振荡吸附试验，吸附2h后取血浆检测胆红素的浓度，吸附性能如图5所示，实施例1所制备的吸附剂对肝病血浆中胆红素的吸附下降率为80.96％，实施例2中制备的吸附剂对肝病血浆中胆红素的吸附下降率为84.59％，本发明中制备的吸附剂对胆红素的吸附效果均明显优于对照苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂。

Claims (2)

1.一种高机械强度和生物相容性良好的胆红素吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)硅基前驱体的制备：

将有机硅、有机溶剂A、去离子水和催化剂混合均匀，在加热条件下进行水解缩合反应，得到聚硅氧烷；所述有机硅为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；有机硅、有机溶剂A、去离子水的摩尔比例为1:3-6:2-3，反应温度为60-80℃，反应时间为10-20h；有机溶剂A为甲醇或乙醇，催化剂为盐酸；

(2)硅基载体的制备：

配制分散剂溶液，加入聚硅氧烷、致孔剂，控制搅拌速度，在碱性条件下陈化得到硅基载体颗粒，过滤并洗涤，加热真空干燥，即得到硅基载体；所述致孔剂为甲苯或环己烷，所述分散剂为十六烷基三甲氧基溴化铵或者吐温20；

分散剂溶液为含有分散剂的水溶液，分散剂与水的质量比为1-4:100；

致孔剂与聚硅氧烷的质量比为8-16:100；

控制搅拌速度为100-400rpm；碱性条件指用氨水调节pH值为8-10，反应温度为40-60℃，反应时间为10-20h；得到硅基载体颗粒后用去离子水和无水乙醇分别充分洗涤，50-80℃真空干燥；

(3)硅基载体的活化：

将硅基载体颗粒经稀盐酸进行处理活化后过滤，洗至中性，加热真空干燥备用，处理温度为100-110℃，处理时间为2-5h，加热真空干燥温度为50-80℃；

(4)胆红素吸附剂的制备：

取活化后的硅基载体，以有机溶剂B甲苯为溶剂，加入氨基硅烷进行硅烷化反应后得到带-NH₂的硅基载体，即胆红素吸附剂；所述氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，所述硅基载体与氨基硅烷的质量比为1:1-2。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述盐酸的浓度为0.1mol/L。

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