CN114534523B - 血液透析膜及其制备方法和应用 - Google Patents

血液透析膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种血液透析膜及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：将第一有机溶剂与致孔剂混合，得到第一混合溶液；在第一搅拌状态下，向第一混合溶液中依次加入非溶剂、第二有机溶剂以及聚砜，得到第二混合溶液；在第二搅拌状态下，向第二混合溶液中加入第三有机溶剂，然后进行热处理以及脱泡处理，得到铸膜液，其中，第二搅拌状态的转速大于第一搅拌状态的转速，铸膜液在40℃测试条件下的粘度为2700mpa·s‑3300mpa·s；以及将铸膜液和芯液采用干‑湿法纺丝的方法制成血液透析膜；其中，芯液选自有机溶剂和纯化水的混合溶液。该制备方法可以通过调整芯液，实现不同系列血液透析膜的简单制备，并且制得的血液透析膜气孔均匀。

Description

血液透析膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及医用生物材料技术领域，特别是涉及血液透析膜及其制备方法和应用。
背景技术
血液透析是急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代治疗方式之一，血液透析器则是血液透析的关键部件，当血液与透析液通过血液透析器，血液与透析液通过弥散、超滤、吸附和对流原理进行物质交换，净化后的血液回输到病人体内。
血液透析器中的血液透析膜可以分为低通、高通、超高通等不同系列，在传统血液透析膜的制备方法中，制备不同系列的血液透析膜，需要切换不同的铸膜液，切换成本高，切换工艺复杂，另外，制得的血液透析膜还存在气孔不均匀的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种血液透析膜及其制备方法和应用，该制备方法可以通过调整芯液，实现不同系列血液透析膜的简单制备，并且制得的血液透析膜气孔均匀。
本发明提供了一种血液透析膜的制备方法，包括如下步骤：
将第一有机溶剂与致孔剂混合，得到第一混合溶液；
在第一搅拌状态下，向所述第一混合溶液中依次加入非溶剂、第二有机溶剂以及聚砜，得到第二混合溶液；
在第二搅拌状态下，向所述第二混合溶液中加入第三有机溶剂，然后进行热处理以及脱泡处理，得到铸膜液，其中，所述第二搅拌状态的转速大于所述第一搅拌状态的转速，所述铸膜液在40℃测试条件下的粘度为2700mpa·s-3300mpa·s；以及
将所述铸膜液和芯液采用干-湿法纺丝的方法制成血液透析膜；其中，所述芯液选自有机溶剂和纯化水的混合溶液。
在一实施方式中，所述第一有机溶剂与所述致孔剂的质量比为(43.2-54.6)∶(2.5-3.5)。
在一实施方式中，所述第一有机溶剂与所述非溶剂的质量比为(43.2-54.6)∶(4.8-5.2)，所述第一有机溶剂与所述第二有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-20)，所述聚砜与所述致孔剂的质量比为(16.2-18.2)∶(2.5-3.5)。
在一实施方式中，所述第一有机溶剂与所述第三有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-30)。
在一实施方式中，所述第一有机溶剂、所述第二有机溶剂以及所述第三有机溶剂分别独立的选自二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；
及/或，所述非溶剂选自纯化水；
及/或，所述聚砜选自聚醚砜树脂、聚砜树脂或聚芳砜树脂中的至少一种；
及/或，所述致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的至少一种。
在一实施方式中，所述第一搅拌状态的转速大于或等于60RPM。
在一实施方式中，所述第二搅拌状态的转速大于或等于120RPM。
在一实施方式中，所述进行热处理的步骤之后，降低搅拌速度，每次搅拌速度减少10RPM-30RPM，直至搅拌速度为5RPM-10RPM。
一种血液透析膜，所述血液透析膜由如上述的血液透析膜的制备方法制备而成。
一种血液透析装置，所述血液透析装置包括如上述的血液透析膜。
本发明血液透析膜的制备方法中，通过设计特定的混合顺序和搅拌条件，使致孔剂和聚砜均能够完全溶解于铸膜液中，同时铸膜液在40℃条件下粘度达到2700mpa·s-3300mpa·s，从而通过调整芯液即能够实现不同系列血液透析膜的简单制备，并且制得的血液透析膜气孔均匀，能够很好的应用于血液透析装置。
附图说明
图1为实施例1制备得到的血液透析膜的扫描电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明提供的血液透析膜及其制备方法和应用进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目或者全部相关所列项目的组合。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
申请人经过长期深入的研究发现，铸膜液中组分的混合顺序对铸膜液的粘度影响很大，同时，申请人发现，若铸膜液的粘度小于2700mpa·s，得到的血液透析膜容易断丝，若铸膜液的粘度大于3300mpa·s，则得到的血液透析膜容易呈扁丝状；另外，无论是铸膜液的粘度小于2700mpa·s，还是大于3300mpa·s，调整芯液均无法得到不同系列的血液透析膜。
为了使铸膜液在40℃测试条件下的粘度为2700mpa·s-3300mpa·s，同时，血液透析膜中的气孔均匀分布，本发明提供的血液透析膜的制备方法，包括如下步骤：
S10，将第一有机溶剂与致孔剂混合，得到第一混合溶液；
S20，在第一搅拌状态下，向第一混合溶液中依次加入非溶剂、第二有机溶剂以及聚砜，得到第二混合溶液；
S30，在第二搅拌状态下，向第二混合溶液中加入第三有机溶剂，然后进行热处理以及脱泡处理，得到铸膜液，其中，所述第二搅拌状态的转速大于所述第一搅拌状态的转速，铸膜液在40℃测试条件下的粘度为2700mpa·s-3300mpa·s；
S40，将所述铸膜液和芯液采用干-湿法纺丝的方法制成血液透析膜。
步骤S10中，致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的至少一种，优选为聚乙烯吡咯烷酮，第一有机溶剂选自二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，优选为二甲基乙酰胺。
为了使致孔剂更完全的溶解于第一有机溶剂中，同时，更好的避免致孔剂在铸膜液中析出，在一实施方式中，第一有机溶剂与致孔剂的质量比为(43.2-54.6)∶(2.5-3.5)，进一步优选为(48-53)∶(2.8-3.2)。
步骤S20中，非溶剂选自纯化水；第二有机溶剂选自二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，优选为二甲基乙酰胺；聚砜选自聚醚砜树脂、聚砜树脂或聚芳砜树脂中的至少一种，优选为聚醚砜树脂。
为了使血液透析膜具有更好的支撑性能，第一有机溶剂与非溶剂的质量比为(43.2-54.6)∶(4.8-5.2)，进一步优选为(48-53)∶(4.7-5.0)，第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-20)，进一步优选为(68-70)∶(18-20)，聚砜与致孔剂的质量比为(16.2-18.2)∶(2.5-3.5)，进一步优选为(16.8-17.2)∶(2.8-3.2)。
为了更好的避免致孔剂析出，第一搅拌状态的转速大于或等于60RPM，优选60RPM-70RPM；可以理解的，RPM是转速单位，是Revolutions Per Minute的缩写，即转每分钟。
步骤S30中，第三有机溶剂选自二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，优选为二甲基乙酰胺，为了使聚砜更好的溶解于第二混合溶液中，第一有机溶剂与第三有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-30)，进一步优选为(68-70)∶(8-10)。
应予说明的是，第一有机溶剂、第二有机溶剂以及第三有机溶剂可以相同，也可以不同，优选的，第一有机溶剂、第二有机溶剂以及第三有机溶剂均选自二甲基乙酰胺。
为了更好调控铸膜液的粘度为2700mpa·s-3300mpa·s，第二搅拌状态的转速大于或等于120RPM，优选为120RPM-150RPM。
在进行热处理的步骤中，温度为75℃-85℃，时间为3小时-5小时。
应予说明的是，进行热处理的步骤之后的降速方式与铸膜液的粘度关系密切，为了更好调控铸膜液的粘度，在一实施方式中，进行热处理的步骤之后，降低搅拌速度，每次搅拌速度减少10RPM-30RPM，直至搅拌速度为5RPM-10RPM。
在脱泡处理的步骤中，压力为-40KPa，时间为1.5小时-2.5小时。
本发明通过设计特定的混合顺序和搅拌条件，使致孔剂和聚砜均能够完全溶解于铸膜液中，同时，铸膜液在40℃条件下粘度达到2700mpa·s-3300mpa·s，从而，步骤S40中，采用干-湿法纺丝的方法制备血液透析膜时，通过调整芯液即能够实现不同系列血液透析膜的简单制备，并且制得的血液透析膜气孔均匀，能够很好的应用于血液透析装置。
具体的，芯液选自有机溶剂与纯化水的混合溶液，应予说明的是，通过调整芯液中有机溶剂与纯化水的质量比，即能够实现不同系列血液透析膜的简单制备，在一实施方式中，有机溶剂选自二甲基乙酰胺，当芯液中，二甲基乙酰胺与纯化水重量比大于或等于1时，制得的血液透析膜为高通血液透析膜或超高通血液透析膜；当芯液中，二甲基乙酰胺与纯化水重量比小于或等于1∶4时，血液透析膜为低通透析膜。
在一实施方式中，步骤S40包括，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，进入凝固水浴中，完成由液相到固相的转变，得到血液透析膜，在一实施方式中，芯液和铸膜液在进入凝固水浴之前，经过一段空气。
在一实施方式中，凝固水浴选自二甲基乙酰胺与纯化水的混合溶液。
本发明提供了一种血液透析膜，血液透析膜由上述的血液透析膜的制备方法制备而成，芯液选自二甲基乙酰胺与纯化水重量比大于或等于1的混合溶液时，血液透析膜为高通或超高通血液透析膜；芯液选自二甲基乙酰胺与纯化水重量比小于或等于1∶4的混合溶液时，血液透析膜为低通透析膜。
在一实施方式中，血液透析膜的内径为195μm-200μm；血液透析膜的壁厚为38μm-40μm。
本发明血液透析膜中气孔分布均匀，不易断丝，使用寿命长，并且，血液透析膜的材料主要为聚砜，具有优异的耐化学药品性、耐蒸气性和过热水性，同时，与人体生物相容性非常好，与血液接触几乎不会产生排异反应，因此，本发明血液透析膜能够很好的应用于血液透析装置。
本发明还提供了一种血液透析装置，血液透析装置包括如上述的血液透析膜。
在血液透析装置实际工作过程中，血液与含机体浓度相似的电解质溶液在一根根血液透析膜内外，通过弥散或对流进行物质交换，清除体内的代谢废物、维持电解质和酸碱平衡，同时清除体内过多的水分。
本发明提供的血液透析装置使用寿命长，且与人体生物相容性优异。
以下，将通过以下具体实施例对血液透析膜及其制备方法和应用做进一步的说明。
实施例1
将53重量份二甲基乙酰胺与3重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入5重量份纯化水、15重量份二甲基乙酰胺以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入7重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至5RPM-10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为3100mpa·s。
准备二甲基乙酰胺与纯化水重量比为5∶5作为芯液，准备2％二甲基乙酰胺的纯化水溶液作为凝固水浴，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，经过一段空气后，进入凝固水浴中，完成由液相到固相的转变，得到血液透析膜，扫描电镜图如图1所示。测试实施例1制备得到的血液透析膜的性能参数，并与高通血液透析膜的行业标准进行对比，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003541392530000081
Figure BDA0003541392530000091
实施例2
将53重量份二甲基乙酰胺与3重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入5重量份纯化水、15重量份二甲基乙酰胺以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入7重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为3100mpa·s。
准备二甲基乙酰胺与纯化水重量比为2∶8作为芯液，准备2％二甲基乙酰胺的纯化水溶液作为凝固水浴，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，经过一段空气后，进入凝固水浴中，完成由液相到固相的转变，得到血液透析膜。
测试实施例2制备得到的血液透析膜的性能参数，并与低通血液透析膜的行业对标标准进行对比，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003541392530000092
Figure BDA0003541392530000101
实施例3
将53重量份二甲基乙酰胺与3重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入5重量份纯化水、15重量份二甲基乙酰胺以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入7重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为3100mpa·s。
准备二甲基乙酰胺与纯化水重量比为6∶4作为芯液，准备3％二甲基乙酰胺的纯化水溶液作为凝固水浴，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，经过一段空气后，进入凝固水浴中，完成由液相到固相的转变，得到超高通血液透析膜。
测试实施例3制备得到的超高通血液透析膜的性能参数，并与超高通血液透析膜的行业对标标准进行对比，测试结果如表3所示。
表3
Figure BDA0003541392530000102
Figure BDA0003541392530000111
对比例1
将54重量份二甲基乙酰胺与2.5重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入4.5重量份纯化水、15重量份二甲基乙酰胺以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入7重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为2200mpa.s。
准备二甲基乙酰胺与纯化水重量比为5∶5作为芯液，准备2％二甲基乙酰胺的纯化水溶液作为凝固水浴，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，挤出过程中，血液透析膜断丝。
对比例2
将53重量份二甲基乙酰胺与4重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入13重量份纯化水、7重量份二甲基乙酰胺以及18重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入5重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为3800mpa·s。
准备二甲基乙酰胺与纯化水重量比为2∶8作为芯液，准备2％二甲基乙酰胺作为凝固水浴，将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，经过一段空气后，进入凝固水浴中，完成由液相到固相的转变，得到低通血液透析膜，低通血液透析膜的内径为平均191μm，壁厚为平均43.5μm，另外，在挤出过程中，喷丝板出现堵孔，且血液透析膜中出现扁丝。
测试对比例2制备得到的血液透析膜的性能参数，测试结果如表4所示。
表4
Figure BDA0003541392530000121
对比例3
对比例3参照实施例1进行，不同之处在于，加入原料的次序为纯化水(5份)→聚乙烯吡咯烷酮(3份)→二甲基乙酰胺(53份)→聚醚砜树脂(17份)→二甲基乙酰胺(22份)，得到铸膜液，铸膜液中存在不溶物。将芯液和铸膜液通过喷丝板挤出，经过一段空气后，进入凝固水浴中，铸膜液难以成型。
对比例4
将53重量份二甲基乙酰胺与3重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入5重量份纯化水、22重量份二甲基乙酰胺以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液，提高转速至150RPM，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度为2600mpa·s，发现罐壁有残留聚醚砜树脂片状物和聚乙烯吡咯烷酮粉末混合物粘稠残留物，铸膜液中有团状不溶物，喷丝板前过滤器和喷丝板压力皆升高，无法纺丝。
对比例5
将50重量份二甲基乙酰胺与3重量份聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第一混合溶液。
在60RPM搅拌状态下向第一混合溶液中依次加入5重量份纯化水以及17重量份聚醚砜树脂，得到第二混合溶液。
提高转速至150RPM，在第二混合溶液中加入25重量份二甲基乙酰胺后，设定加热温度为85℃进行加热，搅拌4小时后进行降速，每次降速20RPM，直至10RPM，搅拌停止后进行真空脱泡，脱泡压力设定-40KPa，2小时后停止，得到铸膜液，铸膜液在40℃时粘度很低，为1800mpa·s，并且，存在分层、不匀现象，无法纺丝。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种血液透析膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将第一有机溶剂与致孔剂混合，得到第一混合溶液；
在第一搅拌状态下，向所述第一混合溶液中依次加入非溶剂、第二有机溶剂以及聚砜，得到第二混合溶液；
在第二搅拌状态下，向所述第二混合溶液中加入第三有机溶剂，然后进行热处理以及脱泡处理，得到铸膜液，其中，所述第二搅拌状态的转速大于所述第一搅拌状态的转速，所述铸膜液在40℃测试条件下的粘度为2700mpa·s-3300mpa·s；其中，所述第一有机溶剂、所述第二有机溶剂以及所述第三有机溶剂分别独立的选自二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述非溶剂选自纯化水；所述聚砜选自聚醚砜树脂、聚砜树脂或聚芳砜树脂中的至少一种；所述致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的至少一种；以及
将所述铸膜液和芯液采用干-湿法纺丝的方法制成血液透析膜；其中，所述芯液选自有机溶剂和纯化水的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂与所述致孔剂的质量比为(43.2-54.6)∶(2.5-3.5)。
3.根据权利要求1所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂与所述非溶剂的质量比为(43.2-54.6)∶(4.8-5.2)，所述第一有机溶剂与所述第二有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-20)，所述聚砜与所述致孔剂的质量比为(16.2-18.2)∶(2.5-3.5)。
4.根据权利要求1所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂与所述第三有机溶剂的质量比为(60-70)∶(10-30)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述第一搅拌状态的转速大于或等于60RPM。
6.根据权利要求5所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述第二搅拌状态的转速大于或等于120RPM。
7.根据权利要求1-4任一项所述的血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述进行热处理的步骤之后，降低搅拌速度，每次搅拌速度减少10RPM-30RPM，直至搅拌速度为5RPM-10RPM。
8.一种血液透析膜，其特征在于，所述血液透析膜由如权利要求1-7任一项所述的血液透析膜的制备方法制备而成。
9.一种血液透析装置，其特征在于，所述血液透析装置包括如权利要求8所述的血液透析膜。
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