CN114699584B

CN114699584B - 一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器及其应用

Info

Publication number: CN114699584B
Application number: CN202210362676.XA
Authority: CN
Inventors: 赵长生; 王艺霖; 魏然; 赵伟锋
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2042-04-08
Also published as: CN114699584A

Abstract

本发明公开了一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器及其应用，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层，所述固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层的体积比为（1‑2）：（3‑4）；本发明可减少血液净化中的肝素用量从而减小肝衰竭患者发生凝血障碍的风险，同时还可实现安全有效的胆红素清除和肝细胞代谢产物的清除，提高患者的临床预后；同时，抗凝微球和胆红素吸附微球的原料成本较低，可大大减轻患者的经济负担。

Description

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器及其应用

技术领域

本发明涉及血液净化技术领域，尤其涉及一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器及其应用。

背景技术

在肝衰竭患者的临床治疗中，一般采用药物治疗、人工肝支持系统治疗或肝移植治疗。然而，肝移植手术存在肝源稀缺、价格昂贵等特点，因此，大多数患者常采用人工肝支持系统来维持生命。人工肝支持系统的核心是解毒装置，通常为生物型人工肝或血液灌流等方式将病人的血液引出到解毒装置中进行毒素清除，净化后的血液再经管道返回体内，达到治疗目的。

血液净化主要的应用方式有血液透析、血液灌流、血液透析联合血液灌流模式及血浆分离吸附模式。血液灌流方法中的核心解毒装置为血液灌流器，血液灌流器可以吸附尿毒症中分子毒素、炎症因子、肝细胞代谢废物及毒性药物等。根据灌流器内装吸附剂的不同可用于不同疾病的治疗。

肝衰竭患者因肝细胞损伤通常伴有凝血机制障碍、高胆红素血症、肝性脑病、腹水等症状。胆红素是衰老红细胞的产物，正常人每天会产生250-350mg胆红素，这些胆红素在血液中与白蛋白结合并流入肝脏，胆红素被肝细胞处理后经肠道代谢排出，肝衰竭患者因肝细胞损伤而无法正常代谢胆红素从而形成高胆红素血症。

目前，临床已有商品化胆红素灌流器用于高胆红素血症的治疗，但其无法用于全血灌流，需要经过血浆分离等繁琐步骤。另外，肝脏是凝血因子合成的重要场所，临床血液灌流时常规的抗凝治疗可能会使肝衰竭患者摄入过量抗凝剂从而导致凝血功能紊乱，引起大出血等风险。

发明内容

本发明的目的之一，就在于提供一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器及其应用，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层，所述固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层的体积比为（1-2）：（3-4）。

作为优选的技术方案：所述固态凝胶抗凝微球层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300-1000μm。

作为进一步优选的技术方案：所述类肝素凝胶微球采用如下方法制成：（a）分别配置聚合物溶液和类肝素反应液凝固浴，所述类肝素反应液凝固浴中溶有羧酸类单体、磺酸类单体、交联剂、引发剂及去离子水；（b）将所述聚合物溶液滴入到类肝素反应液凝固浴中，形成微球；（c）将步骤（b）所得微球在60～90℃下反应1～3h进行交联反应得到类肝素凝胶微球。

作为优选的技术方案：所述多孔芳纶吸附微球由若干个芳纶微球填充而成；所述芳纶微球的直径为300-1000μm。

作为进一步优选的技术方案：所述芳纶微球采用如下方法制成：（a）通过对苯二甲酰氯和对苯二胺的缩聚反应制得芳纶的聚合物原液；（b）将所述聚合物原液稀释到0.1wt%-2wt%；（c）将稀释过后的芳纶溶液滴入到20%-50%的乙醇溶液中，形成微球。

本发明的目的之二，在于提供一种上述自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器在制备用于胆红素灌流器中的应用。

已公开文献“氨基酸接枝改性PAN纳米纤维膜制备及其性能研究”也公开了胆红素吸附的应用，但是，该文献中氨基酸接枝改性PAN纳米纤维膜材料只验证了在体外PBS缓冲液中的胆红素吸附情况，未进行血浆或全血吸附实验，故其用于血浆胆红素吸附或全血胆红素吸附的安全性及有效性无法评估。另外，临床所用大多数吸附剂因其血液相容性不佳故只能用于血浆环境，而芳纶微球经实验证明可用于全血环境吸附胆红素。相对于该文献的氨基酸接枝改性PAN纳米纤维膜材料，本专利中的芳纶微球具有以下优势：（1）制备方法简单且成本较低，本专利通过简单的相分离法即可得到芳纶微球，而纳米纤维膜需用静电纺丝法制备，能耗高且产率低；（2）血液灌流吸附剂大多采用微球的形式而非膜的形式，微球的形态可以大大增加血液与吸附剂的接触面积，从而提高吸附效率；（3）相较于PAN纳米纤维膜，芳纶微球本身具有的强氢键作用和π-π共轭相互作用更有利于对胆红素分子的清除。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的具有两层结构的血液灌流器，在使用少量抗凝剂的条件下，实现了胆红素的有效清除。在血液净化的过程中，血液先通过固态凝胶微球抗凝层，类肝素凝胶微球通过抑制凝血因子的活性实现体外暂时的抗凝作用，避免了液体抗凝剂回输体内后对凝血系统的长期抑制作用；利用芳纶微球与胆红素之间的强氢键作用可实现胆红素的有效清除，并且芳纶微球还具有良好的血液相容性，对血液组分无明显影响，可实现全血灌流。通过将抗凝微球和胆红素吸附微球组装到一个灌流柱中可实现抗凝和吸附的最大作用；这种双层灌流柱提出了新的抗凝方法，具有更高的安全性，可用于全血灌流；同时，抗凝微球和胆红素吸附微球的原料成本较低，可大大减轻患者的经济负担。

附图说明

图1为本发明实施例的灌流器的结构示意图。

图中：1、固态凝胶微球抗凝层；2、多孔芳纶微球吸附层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，如图1所示，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层1和多孔芳纶微球吸附层2。

本发明使肝衰竭患者血液依次通过固态凝胶微球抗凝层1和多孔芳纶微球吸附层2达到血液净化的目的，其中，首先通过固态凝胶微球抗凝层1增强了血液在净化过程中的抗血栓能力，保证了血液净化的顺利进行；然后通过多孔芳纶微球吸附层2将血液中胆红素、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、谷氨酰转肽酶、乳酸盐脱氢酶等进行吸附最终达到净化血液的目的，避免了使用肝素抗凝对肝衰竭患者造成凝血功能紊乱的风险，提高了血液灌流治疗的安全性，并可大大降低治疗成本。

所述固态凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成，所述凝胶微球抗凝层的体积为60-120mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300-1000μm。

为了有效增强血液的抗凝作用，优选地，本发明的凝胶微球抗凝层采用了类肝素凝胶微球进行填充，而凝胶微球抗凝层的固定类肝素凝胶微球的结构可以采用网状结构制成；将若干个类肝素凝胶微球填充在所述网状结构内构成凝胶微球抗凝层；优选的，凝胶微球抗凝层的体积为60-120mL；凝胶微球抗凝层内每个微球的直径为300-1000μm，从而保证抗凝处理的充分。

为保证血液灌流的正常进行，第一层装载了具有抗凝作用的类肝素凝胶微球。类肝素凝胶微球的制备方法为：首先通过原位交联的方法，制备出生物相容性良好的高分子聚合物A和N-乙烯基吡咯烷酮溶液，高分子聚合物A可为聚醚砜、聚苯乙烯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯甲酯等；之后将溶液填充到静电喷球装置中，施加电压，聚合物溶液在电压作用下以微球状滴入类肝素反应凝固浴中，凝固浴包含羧酸类单体、磺酸类单体、去离子水、交联剂、以及引发剂。在相转换过程中，微球中的有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺被反应液迅速置换，得到骨架微球。随后将骨架微球加热引发交联反应，得到类肝素凝胶微球。

本层的主要作用是为了防止血栓形成，保证其后的多孔芳纶微球吸附层和血液接触时不凝血；凝胶微球抗凝层的体积为60-120mL；本层中生物相容性良好的聚合物材料为工程塑料，交联剂可为二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）或N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)等；引发剂可为过硫酸铵(APS)或偶氮二异丁腈(AIBN)等；微球中羧酸类单体和磺酸类单体的摩尔比例可为0.25到4. 类肝素凝胶微球的直径为300-1000μm；本层固定方式为不锈钢网、聚碳酸酯PC网或聚丙烯PP网；

固态凝胶微球抗凝层制备例1：选用凝胶微球抗凝层的体积为60mL，类肝素凝胶微球的直径为300μm、MBA为交联剂、APS为引发剂，羧酸类单体（聚丙烯酸）和磺酸类单体（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）的化学比例为4:1，反应温度为60℃，反应时间为3h，其溶血率为0.1%，APTT（活化部分凝血活酶时间）时间为200s，TT（体外人血浆中凝血酶时间）时间为30s。

上述效果数据，是指仅采用抗凝层测得的凝血时间数据和溶血率，测试时无吸附层。同理，后面吸附层的制备例中也无抗凝层。

固态凝胶微球抗凝层制备例2：选用凝胶微球抗凝层的体积为90mL，类肝素凝胶微球的直径为300μm、MBA为交联剂、APS为引发剂，羧酸类单体（聚丙烯酸）和磺酸类单体（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）的化学比例为3:2，反应温度为70℃，反应时间为2h，其溶血率为0.1%，APTT时间为580s，TT时间为120s。

固态凝胶微球抗凝层制备例3（优选条件）：选用凝胶微球抗凝层的体积为120mL，类肝素凝胶微球的直径为300μm、MBA为交联剂、APS为引发剂，羧酸类单体（聚丙烯酸）和磺酸类单体（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）的化学比例为1:4，反应温度为80℃，反应时间为1.5h，其溶血率为0.1%，APTT时间为600s，TT时间为180s。

芳纶是一种具有高强度高模量的特种纤维，是重要的军事战略物资。芳纶纤维的超高强度及模量来源于其超强的分子间和分子内氢键，胆红素是一种亲脂疏水的分子，芳纶中强大的氢键作用力能实现快速高效的胆红素清除。另外，芳纶还具有极高的物理化学稳定性，对血液中的血细胞、酸碱离子平衡、血浆蛋白等组分影响较小，并且便于运输及保存。

为了将肝衰竭患者血液中无法代谢的胆红素、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、谷氨酰转肽酶、乳酸盐脱氢酶等毒素清除。发明人在双层灌流柱的第二层采用了芳纶微球吸附层。芳纶微球可通过本发明的如下方法制备而成：通过对苯二甲酰氯和对苯二胺的缩聚反应制得芳纶的聚合物原液，将该聚合物原液稀释到0.1wt%-2wt%；利用相转变的方法，将聚合物溶液滴入到20%-50%的乙醇溶液中，形成多孔芳纶微球。多孔芳纶微球具备高效清除胆红素的能力及较高的血液相容性，可安全有效的应用于血液灌流。本层微球体积为180-240mL；本层微球直径为300-1000μm；本层固定方式为不锈钢网、聚碳酸酯PC网或聚丙烯PP网。

芳纶微球吸附层制备例1：选用聚合物原液浓度0.5%制备微球，凝固浴为20%乙醇溶液，多孔芳纶微球吸附层的体积为240mL，直径300μm，其全血灌流2h对胆红素、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、谷氨酰转肽酶、乳酸盐脱氢酶的清除率为29%、24%、26%、30%、21%、31%，溶血率为0.2%。

芳纶微球吸附层制备例2（优选方案）：选用聚合物原液浓度1.0%制备微球，凝固浴为30%乙醇溶液，多孔芳纶微球吸附层的体积为180mL，多孔芳纶微球的直径为300μm时，其全血灌流2h的对胆红素、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、谷氨酰转肽酶、乳酸盐脱氢酶的清除率为39%、32%、31%、35%、28%、35%，溶血率为0.2%。

芳纶微球吸附层制备例3：选用聚合物原液浓度2.0%制备微球，凝固浴为40%乙醇溶液，多孔芳纶微球吸附层的体积为210mL，多孔芳纶微球的直径为1000μm时，其全血灌流2h的对胆红素、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、谷氨酰转肽酶、乳酸盐脱氢酶的清除率为27%、21%、24%、26%、18%、29%，溶血率0.2%。

实施例1（优选方案）

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层1和多孔芳纶微球吸附层2；其中，所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例3制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为60mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例2制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为240mL；所述多孔芳纶微球的直径为300μm。

实施例2

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层和多孔芳纶微球吸附层；所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例2制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为90mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例3制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为210mL；所述多孔芳纶微球的直径为1000μm。

实施例3

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层和多孔芳纶微球吸附层；所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例1制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为60mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为500μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球杂化微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例1制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为240mL；所述多孔芳纶微球微球的直径为300μm。

实施例4

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层和多孔芳纶微球吸附层；所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例3制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为120mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球杂化微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例1制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为240mL；所述多孔芳纶微球微球的直径为300μm。

实施例5

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层和多孔芳纶微球吸附层；所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例2制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为90mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为400μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球杂化微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例2制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为180mL；所述多孔芳纶微球微球的直径为700μm。

实施例6

一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶微球抗凝层和多孔芳纶微球吸附层；所述凝胶微球抗凝层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述固态凝胶微球抗凝层由制备例1制得；所述凝胶微球抗凝层的体积为60mL；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为500μm；所述多孔芳纶微球吸附层由若干个多孔芳纶微球杂化微球填充而成；所述多孔芳纶微球吸附层由制备例3制得；所述多孔芳纶微球吸附层的体积为210mL；所述多孔芳纶微球微球的直径为500μm。

各实施例微球体积、微球直径、原料配比等如表1所示。将本发明的血液灌流器用于净化肝衰竭患者血液2h，分析本发明的灌流器的净化能力，净化效果具体数据如下表2所示。

表1 各实施例微球体积、微球直径、原料配比等

表2 采用各实施例的灌流器进行血液净化后的净化效果

从上表可知，通过本发明的灌流器处理后的患者血液中，其各项指标都大幅下降，说明本发明的灌流器具有较好的血液净化效果。在血液净化后，凝血时间基本恢复正常同时未出现溶血现象，说明本发明的灌流器对肝衰竭患者来说具有较高的安全性。另外，本发明避免了大量使用肝素，降低了肝衰竭患者凝血功能失常的风险同时还节约了资源成本，实现了对血液的安全有效净化。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器，其特征在于：包括灌流器本体；所述灌流器本体内沿血液流动方向依次设有固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层，所述固态凝胶抗凝微球层和多孔芳纶吸附微球层的体积比为（1-2）：（3-4）；

其中，所述固态凝胶抗凝微球层由若干个具有抗凝作用的类肝素凝胶微球填充而成；所述微球采用工程塑料制成；所述类肝素凝胶微球的直径为300-1000μm；所述类肝素凝胶微球采用如下方法制成：（a）分别配置聚合物溶液和类肝素反应液凝固浴，所述类肝素反应液凝固浴中溶有羧酸类单体、磺酸类单体、交联剂、引发剂及去离子水；（b）将所述聚合物溶液滴入到类肝素反应液凝固浴中，形成微球；（c）将步骤（b）所得微球在60～90℃下反应1～3h进行交联反应得到类肝素凝胶微球；

所述多孔芳纶吸附微球由若干个芳纶微球填充而成；所述芳纶微球的直径为300-1000μm；所述芳纶微球采用如下方法制成：（a）通过对苯二甲酰氯和对苯二胺的缩聚反应制得芳纶的聚合物原液；（b）将所述聚合物原液稀释到0.1wt%-2wt%；（c）将稀释过后的芳纶溶液滴入到20%-50%的乙醇溶液中，形成微球。

2.权利要求1所述的自抗凝双层多孔芳纶血液灌流器在制备用于胆红素灌流器中的应用，其特征在于：所述胆红素灌流器用于全血环境吸附胆红素。