CN112755973A - 一种应用于血液净化领域的复合型吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于血液净化领域的复合型吸附材料，其载体为多孔硅基载体，载体通过交联剂固载胺基配基，硅基是聚硅氧烷，交联剂为丙二醛、丁二醛或戊二醛，胺基配基为多粘菌素B、组氨酸或者赖氨酸。还公开了其制备方法：1)球形硅基载体的合成：以有机硅和γ‑氨丙基三乙氧基硅烷为单体，加入有机溶剂A和去离子水中，在催化剂作用下进行水解缩合反应得到聚硅氧烷；配制含有分散剂的水溶液，加入聚硅氧烷、致孔剂，在碱性条件下反应10‑20h得到硅基载体颗粒，洗涤，真空干燥，得多孔硅基载体；2)醛基活化：取多孔硅基载体与交联剂反应；3)固载配基：取醛基活化后的硅基载体与含胺基配基在溶剂B中反应，产物洗涤至中性，即得。

Description

一种应用于血液净化领域的复合型吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于血液净化的材料技术领域，具体涉及一种血液灌流/血浆吸附用复合型吸附剂及其制备方法。
背景技术
内毒素(Endotoxin)是一种极强的致炎和热原物质，微量即可引起人体免疫功能严重受损，并能引起呼吸窘迫、器官衰竭、不可逆休克甚至死亡，其致死率高达40％-90％。内毒素血症是指由于血中细菌或病灶内细菌释放出大量内毒素至血液，或输入大量内毒素污染的液体而引起的一种病理生理表现。此外，在内毒素血症的病发过程中，机体产生的一系列炎症因子的作用也不容忽视。炎症因子是指参与炎症反应的各种细胞因子，其中包括细胞刺激因子、白细胞介素、干扰素、生长因子、肿瘤坏死因子等。
目前内毒素血症的治疗以多种治疗模式组合治疗为主，临床治疗效果有待提高。血液灌流/血浆吸附是将病人的血液引出体外，通过吸附和(或)交换原理，清除血液中外源性及内源性药物、毒物及代谢产物的一种治疗方法。血液灌流/血浆吸附治疗依靠吸附剂的特殊功能基分子与致病物质的生物、物理、化学作用来除去血液中的有毒成分或致病物质，是目前内毒素血症治疗中最常用的几种方案之一，且成本相对较低。现阶段国内外研究主要以天然高分子如琼脂糖凝胶、壳聚糖以及纤维素等为载体，胺基类物质为配体，取得了不错的体外吸附效果，但普遍存在配基偶联量小，机械强度差等缺陷，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。近年来涉及的其他载体，如专利201410717344.4、201610057333.7、201811606288.1所用的聚苯乙烯二乙烯苯树脂、多孔环氧树脂、聚苯多孔聚合物，存在着血液相容性较差等缺陷；有机树脂受限于材料自身性能，存在载体强度差、配基偶联量小、血液相容性差等缺陷。目前，内毒素血症的的血液净化治疗产品，多是以吸附内毒素的血液灌流产品和吸附炎症因子的产品进行组合治疗，这不仅增加了患者的经济负担，也增加了治疗时患者在体外循环的血液量，给患者带来更高的安全风险。
因此，开发一种同时清除内毒素与炎症因子的吸附剂，对于内毒素血症乃至其他感染疾病的治疗具有良好的社会价值和应用前景。
发明内容
本发明针对上述现有血液净化用吸附材料缺陷，提供了一种能同时清除内毒素与炎症因子的血液净化用复合型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：
一种血液净化用复合型吸附剂，其载体为多孔硅基载体，载体通过交联剂固载胺基配基，所述硅基是聚硅氧烷，所述交联剂为丙二醛、丁二醛或戊二醛，所述胺基配基为多粘菌素B、组氨酸或者赖氨酸，优选多粘菌素B。
上述复合型吸附材料，其应用范围为通过血液灌流或血浆吸附清除患者血液中异常升高的内毒素以及细胞炎症因子。
所述多孔硅基载体是将聚硅氧烷和致孔剂加入含有分散剂的溶液中反应得到；
所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、聚乙烯醇、明胶或者羟乙基纤维素，所述致孔剂选自甲苯、环己烷、正庚烷、正辛烷或者液体石蜡。
上述复合型吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
1)球形硅基载体的合成：以有机硅和γ-氨丙基三乙氧基硅烷为单体，加入有机溶剂A和去离子水中，在催化剂作用下进行水解缩合反应，得到聚硅氧烷；配制含有分散剂的水溶液并加热，加入聚硅氧烷、致孔剂，在碱性条件下反应10-20h得到硅基载体颗粒，用去离子水和有机溶剂A分别充分洗涤，真空干燥，即得到多孔硅基载体；
2)醛基活化：取制得的多孔硅基载体与交联剂反应；
3)固载配基：取醛基活化后的硅基载体与含胺基配基在溶剂B中反应，反应产物用去离子水洗涤至中性，即得到复合型吸附剂。
优选地，步骤1)中所述有机硅为硅氧烷，优选正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；
所述有机溶剂A为甲醇或乙醇，所述催化剂为盐酸；
所述有机硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、有机溶剂A、去离子水的摩尔比例为1:1-2:3-5:2-3。
优选地，步骤1)中所述含有分散剂的水溶液中分散剂与水的质量比为0.5-5:100，致孔剂与聚硅氧烷的质量比为8-16:100；
所述碱性条件是指由氨水或氢氧化钠调节pH值为8-10，在搅拌速度100-400rpm搅拌条件下反应。
优选地，所述步骤1)中水解缩合反应的条件是在60-80℃下反应10-20h，得到聚硅氧烷；含有分散剂的水溶液加热至40-60℃；真空干燥的温度为50-70℃，干燥时间10-14h。
优选地，所述步骤2)中多孔硅基载体在磷酸盐缓冲液中与交联剂在40-60℃下反应5-7h。
优选地，步骤2)中所述磷酸盐缓冲液的pH值为7-9，多孔硅基载体与交联剂的质量比为1-4:1。
优选地，所述步骤3)中所述溶剂B为磷酸盐缓冲液，醛基活化后的硅基载体与含胺基配基在溶剂B中在30-50℃下反应10-15h；步骤3)中所述醛基活化后的硅基载体与胺基配基的摩尔比为1-4:1。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的材料具有有序的孔结构和丰富的配基功能基团。
(2)本发明的硅基载体成球性良好，为球形大颗粒状(粒径300-800μm)，表面光滑平整，可以有效地减少其与血液接触时对血细胞的损伤。
(3)本发明的复合型吸附剂材料球形规整，机械强度高，大幅度地降低了治疗过程中材料破碎，出现微粒和可见异物脱落的风险。
(4)本发明的复合型吸附剂为有机-无机杂化材料，大幅度地改善了吸附材料的生物相容性，从而提升产品的安全性，并且降低了对血液中有益蛋白的非特异性吸收。
(5)本发明的复合型吸附剂孔径分布集中，在有效清除内毒素的同时还可吸附炎症因子，实现对患者血液中致病物质全面的清除。
(6)本发明制备的复合型吸附材料性能稳定，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制得的复合吸附剂的显微镜图片。
图2是实施例1制得的复合吸附剂的N2吸附脱附曲线及孔径分布。
图3是实施例1制得的复合吸附剂的颗粒强度检测结果。
图4是实施例1-3的复合吸附剂对炎症因子的清除率结果。
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。
本发明所用试剂均为本领域常规试剂、市售常规产品，均可通过商购获得。
实施例1制备本发明吸附剂
将正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、无水乙醇、盐酸与去离子水加入反应釜中，反应釜中正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、盐酸和去离子水的摩尔比为1、:2:4.5:0.1:2.5，在70℃下搅拌12h，再在常压下蒸馏去除溶剂及未反应单体等，得到聚硅氧烷。称取1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于水中，置于反应瓶中搅拌加热至50℃，将4.2g甲苯加至35g聚硅氧烷中搅拌均匀后在150rpm的搅拌速度下将其加入反应瓶中，再加入10g氨水反应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，再于60℃真空干燥12h后备用。
称取干燥后的产物5g与1.5g戊二醛于60ml磷酸盐缓冲液(Phosphate BufferedSaline，简称PBS；磷酸二氢钾0.24g/L、磷酸氢二钠1.42g/L、氯化钠8.0g/L、氯化钾0.2g/L)中，在50℃下反应7h，反应结束后，用磷酸盐缓冲液充分洗涤，以除去未反应的戊二醛。洗涤完毕后于60℃真空干燥12h得到醛化硅基。
取2g所制备的醛化硅基和1.4g多粘菌素B于磷酸盐缓冲液中，于40℃下反应10h。再用去离子水洗涤至中性，即得到吸附剂。图1是制得的吸附剂显微镜图片，硅基载体成球性良好且粒径较大(粒径300-800μm)，便于在灌流器中的使用。
图2为制得的吸附剂载体微球的N2吸附脱附等温曲线和粒径分布图，其粒径为200-800μm，比表面积为290-350m2/g，孔径为15nm-20nm，孔容为1.05-1.2cm3/g，本发明的吸附剂孔径较大，在有效清除内毒素的同时还可吸附炎症因子，增强治疗效。此外，该吸附剂生物相容性良好，符合GB/T 16886中相关规定。
实施例2制备本发明吸附剂
将正硅酸甲酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水甲醇、盐酸与去离子水加入反应釜中，反应釜中正硅酸甲酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水甲醇、盐酸和去离子水的摩尔比为1:2:4.5:0.1:2.5，在70℃下搅拌12h，再在常压下蒸馏去除溶剂及未反应单体等，得到聚硅氧烷。称取1g聚乙烯醇溶于水中，置于反应瓶中搅拌加热至40℃，将4.2g环己烷加至35g聚硅氧烷中搅拌均匀后在150rpm的搅拌速度下将其加入反应瓶中，再加入5g氨水反应15h后得到硅基载体颗粒。过滤后用去离子水和无水甲醇分别充分洗涤，再于60℃真空干燥12h后备用。
称取干燥后的产物5g与1.5g丁二醛于60ml磷酸盐缓冲液中，在50℃下反应7h，反应结束后，用磷酸盐缓冲液充分洗涤，以除去未反应的丁二醛。洗涤完毕后于60℃真空干燥12h得到醛化硅基。
取2g中所制备的醛化硅基和0.93g组氨酸(L-组氨酸)于磷酸缓盐冲液中，于40℃下反应10h。再用去离子水洗涤至中性，即得到吸附剂。
实施例3制备本发明吸附剂
将正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、盐酸与去离子水加入反应釜中，反应釜中正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、盐酸和去离子水的摩尔比为1:2:4.5:0.1:2.5，在70℃下搅拌12h，再在常压下蒸馏去除溶剂及未反应单体等，得到聚硅氧烷。称取1g吐温20溶于水中，置于反应瓶中搅拌加热至60℃，将4.2g甲苯加至35g聚硅氧烷中搅拌均匀后在150rpm的搅拌速度下将其加入反应瓶中，再加入10g氨水反应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，再于60℃真空干燥12h后备用。
称取干燥后的产物5g与1.5g戊二醛于60ml磷酸盐缓冲液中，在50℃下反应7h，反应结束后，用磷酸盐缓冲液充分洗涤，以除去未反应的戊二醛。洗涤完毕后于60℃真空干燥12h备用。
取2g所制备的醛化硅基和0.86g赖氨酸(L-赖氨酸)于磷酸盐缓冲液中，于40℃下反应10h。再用去离子水洗涤至中性，即得到吸附剂。
实施例4颗粒强度实验
取100颗实施例1的吸附剂样品于颗粒强度测试仪进行颗粒强度的测试，其中以苯乙烯-二乙烯苯树脂颗粒(CK)为对比，结果如图3所示。其中实施例1所制得的吸附剂的颗粒强度普遍达至7.2N，明显高于苯乙烯-二乙烯苯树脂的强度。
实施例5内毒素吸附实验
内毒素血症患者血液中的内毒素浓度一般不超过1EU/mL，故实验设定吸附初始浓度为1EU/mL。取10mL无热原锥形瓶3个，分别加入实施例1-3制得的吸附剂1g，再加入内毒素浓度为1EU/mL的血浆10mL，于37℃下以140rpm的震荡速率吸附2h。取上清液体用显色浊度法测定吸附后血浆中的内毒素浓度，并计算其清除率，结果如表1所示(每个实施例的吸附剂的清除率实验做3个重复，取平均值)。
结果显示上述实施例1-3所制得的吸附剂对内毒素有良好的吸附能力，其中固载多粘菌素B的吸附剂的吸附性能略高于其它两种。
表1实施例1、2和3的吸附剂对内毒素的清除率
Figure BDA0002838741180000051
实施例6炎症因子吸附实验
称取0.1g本发明的吸附剂加入3mL感染病人的血浆，于37℃下100rpm的振荡速率吸附2h。利用化学发光法检测其肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)，计算其清除率，结果如图4所示。
结果表明上述实施例1-3所制得的吸附剂均能有效地吸附四种代表性炎症因子，达到清除效果，其中固载多粘菌素B的吸附剂的吸附性能略高于其它两种。

Claims (10)

1.一种应用于血液净化领域的复合型吸附材料，其特征在于：其载体为多孔硅基载体，载体通过交联剂固载胺基配基，所述硅基是聚硅氧烷，所述交联剂为丙二醛、丁二醛或戊二醛，所述胺基配基为多粘菌素B、组氨酸或者赖氨酸，优选多粘菌素B。
2.如权利要求1所述的复合型吸附材料，其应用范围为通过血液灌流或血浆吸附清除患者血液中异常升高的内毒素以及细胞炎症因子。
3.如权利要求1所述的复合型吸附材料，其特征在于：所述多孔硅基载体是将聚硅氧烷和致孔剂加入含有分散剂的溶液中反应得到；
所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、聚乙烯醇、明胶或者羟乙基纤维素，所述致孔剂选自甲苯、环己烷、正庚烷、正辛烷或者液体石蜡。
4.如权利要求1或2或3所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)球形硅基载体的合成：以有机硅和γ-氨丙基三乙氧基硅烷为单体，加入有机溶剂A和去离子水中，在催化剂作用下进行水解缩合反应，得到聚硅氧烷；配制含有分散剂的水溶液并加热，加入聚硅氧烷、致孔剂，在碱性条件下反应10-20h得到硅基载体颗粒，用去离子水和有机溶剂A分别充分洗涤，真空干燥，即得到多孔硅基载体；
2)醛基活化：取制得的多孔硅基载体与交联剂反应；
3)固载配基：取醛基活化后的硅基载体与含胺基配基在溶剂B中反应，反应产物用去离子水洗涤至中性，即得到复合型吸附剂。
5.如权利要求4所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述有机硅为硅氧烷，优选正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；
所述有机溶剂A为甲醇或乙醇，所述催化剂为盐酸；
所述有机硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、有机溶剂A、去离子水的摩尔比例为1:1-2:3-5:2-3。
6.如权利要求4或5所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述含有分散剂的水溶液中分散剂与水的质量比为0.5-5:100，致孔剂与聚硅氧烷的质量比为8-16:100；
所述碱性条件是指由氨水或氢氧化钠调节pH值为8-10，在搅拌速度100-400rpm搅拌条件下反应。
7.如权利要求4至6任一项所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中水解缩合反应的条件是在60-80℃下反应10-20h，得到聚硅氧烷；含有分散剂的水溶液加热至40-60℃；真空干燥的温度为50-70℃，干燥时间10-14h。
8.如权利要求4所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中多孔硅基载体在磷酸盐缓冲液中与交联剂在40-60℃下反应5-7h。
9.如权利要求8所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述磷酸盐缓冲液的pH值为7-9，多孔硅基载体与交联剂的质量比为1-4:1。
10.如权利要求3所述的复合型吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中所述溶剂B为磷酸盐缓冲液，醛基活化后的硅基载体与含胺基配基在溶剂B中在30-50℃下反应10-15h；步骤3)中所述醛基活化后的硅基载体与胺基配基的摩尔比为1-4:1。
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