CN115138337B - 一种胺基化生物基磷吸附材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胺基化生物基磷吸附材料及其制备方法与应用，所述的胺基化生物基磷吸附材料以生物基高分子材料为原料，先经氯化反应，再与多元胺进行胺基化反应制备而得。本发明的胺基化生物基磷吸附材料由《中国药典》或FDA中允许的可用于口服制剂的药用辅料制成，生物相容性良好，体内降磷效果与市售司维拉姆给药组无显著差异，且膨胀度较司维拉姆显著降低，给药后未发现明显的胃肠道不适。本发明的胺基化生物基磷吸附材料的制备方法具有反应时间短、无需管制药品、反应可在水相进行的优点，适合大规模的工业化生产。

Description

一种胺基化生物基磷吸附材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种磷吸附材料及其制备方法与应用，更具体地说，是涉及一种胺基化生物基磷吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术

磷是自然界中的一种常见元素，磷酸根离子也是工业废水中的常见污染物之一。磷也是是人体的必要元素之一，在人体中的含量排在第六位，位于氧、碳、氢、氮和钙之后。健康人群中，机体可通过自身调节维持血磷的正常水平。但终末期慢性肾病患者由于肾功能衰竭，导致磷排泄困难，体内磷蓄积，诱发高磷血症。高磷血症将使终末期慢性肾病患者体内代谢进一步失衡，导致甲状旁腺亢进、肾性骨病、继发性肾性糖尿病等。更严重的是，高磷血症和甲状旁腺亢进将破坏体内钙磷平衡，体内钙离子的失衡将进一步诱发心血管疾病，这也是慢性肾病患者死亡的主要诱因。

目前降低人体内磷含量的方法，主要通过饮食控制、透析治疗及口服除磷药物三种途径。但由于磷是蛋白质和DNA的主要构成元素，从根本上杜绝磷的摄入几无可能。传统的血液透析或腹膜透析方法可清除血液或体液中部分游离状态的磷，但仅凭透析治疗目前尚不能使慢性肾病患者，尤其是终末期慢性肾病患者的血磷维持在正常水平。因此，口服磷结合剂，利用磷结合剂对胃肠道磷酸根离子的吸附作用，促进磷酸根离子以粪便形式排出，发展成为降低人体内磷含量的必要途径。

口服磷结合剂主要分为三类，第一类就是以活性炭，即口服炭片为代表的，以物理性吸附为主要机理的广谱类口服吸附剂。第二类是以铝剂、钙剂、镧剂为代表的金属离子类磷结合剂。第三类为以进口药物盐酸司维拉姆、碳酸司维拉姆为代表的高分子基口服磷吸附剂。然而，广谱类口服吸附剂缺乏对磷的专属性，难以实现高吸附效果。铝剂、钙剂已被临床证实具有诱发中枢损伤和加重钙磷失衡方面的副作用。对比上述制剂，以司维拉姆为代表的的高分子基磷结合剂具有不含金属元素，不被胃肠吸收，专属性强的优点，并且较上述吸附剂在抑制毒副作用方面具有显著优势，但其高膨胀度仍具有易诱发患者胃肠道不适方面的副作用。近年来，开发新型高分子基磷结合剂已发展成为该领域的热点。

专利US 2015/0368369 A1以天然产物阿拉伯胶为基材，以三氯化铁为原料，以水为溶剂，制备含有阿拉伯胶和铁离子的复合纤维，反应温度60℃，溶液pH为1~2，反应时长1h。体系冷却至室温后，利用氢氧化钠调节pH值至中性，洗涤干燥得产物。产物密度为1.1~2.0 g/cm³，产物不溶于水、乙醇、二甲基亚砜等常见溶剂，且当pH低于2时，产物仍在水中不溶解。将产物与高磷饲料进行混合（混合比例为0.2%或1%），饲喂5/6肾切除造膜大鼠。结果表明，实验组血磷水平与同剂量司维拉姆给药组无显著差异。该方法中的磷结合剂引入了铁离子，铁离子的摄入有破坏胃肠道黏膜和加剧全身代谢紊乱的风险。

专利CN95197325.8公开了一种交联产物，使用原料为含有氨基阳离子的聚合物和共聚物，所用交联剂为表氯醇、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,2-已二醇二缩水甘油醚等。该种交联产物亲水性强，具有较高的吸水膨胀度，在用于口服磷结合剂时易诱发胃肠道不适。

专利CN201811062711.6为本申请发明人早期研究成果，以纤维素等生物基材料为原料，具体实施方案可通过自由基接枝（包含氧化还原、光引发、微波引发、辐射引发和热引发等引发体系将）烯丙基胺，直接获得胺基化修饰生物基材料，可用于口服磷结合剂。对比市售制剂盐酸司维拉姆，其体外磷吸附水平可达盐酸司维拉姆的63%，体内降磷效果约为盐酸司维拉姆的50%。该反应路线中使用了易制爆类化学品——烯丙基胺，且降磷效果仍与市售制剂具有一定差异。

可见，上述报道的高分子基口服除磷药物或是具有易诱发患者胃肠道不适方面的副作用，或是降磷效果与市售制剂具有一定差异。因此开发一种降磷效果好且副作用小的生物基磷吸附材料具有重要的研究价值和商业前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种胺基化生物基磷吸附材料及其制备方法与应用，以解决现有高分子基口服除磷药物易诱发患者胃肠道不适方面的副作用、降磷效果与市售制剂具有一定差异的问题。

本发明是这样实现的：

一种胺基化生物基磷吸附材料，按照如下步骤制备：

（1）将生物基高分子材料均匀分散于溶剂1中，滴加氯化试剂，加热搅拌反应制得氯化产物；

（2）将氯化产物研磨成粉末，加入溶剂2中，搅拌；将多元胺加入到上述体系中，加热反应，结束后收集沉淀，洗涤后的产物即为胺基化生物基磷吸附材料。

步骤（1）中，生物基高分子材料为纤维素、淀粉、木质素、甲壳素以及他们的衍生物中的任意一种，优选为纤维素。生物基高分子材料的浓度为5~20g/L，优选为8~15 g/L，更优选为9~12 g/L。

步骤（1）中，反应温度为50~95℃，优选为70~90℃；反应时间为1~6h，优选为2~4h。

步骤（1）中氯化试剂滴加过程中，控制体系温度100℃以下。

步骤（1）中氯化试剂为二氯亚砜、浓盐酸、三氯化磷和五氯化磷中的至少一种，优选为二氯亚砜或三氯化磷，更优选为二氯亚砜。

步骤（1）中溶剂1为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、甲苯中的任意一种，优选为二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，更优选为N,N-二甲基甲酰胺。

步骤（2）中的多元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、季戊四胺、聚酰胺-胺中的一种，优选为乙二胺和丙二胺，更优选为丙二胺。

步骤（2）中氯化产物A的浓度为30~70g/L，优选为40~60 g/L，更优选为45~55 g/L。

步骤（2）中反应温度为50~95℃，优选为70~90℃。反应时间为1~6h，优选为2~4h。

步骤（2）中溶剂2为水、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环中的任意一种，优选为水。

所制备的胺基化生物基磷吸附材料的氮化比为4~8%，优选为5~7%。

所述的胺基化生物基磷吸附材料用于制备口服除磷药物。

本发明胺基化生物基磷吸附材料由《中国药典》或FDA中允许的可用于口服制剂的药用辅料制成，生物相容性良好，体内降磷效果与市售司维拉姆给药组无显著差异，且膨胀度较司维拉姆显著降低，给药后未发现明显的胃肠道不适。

本发明提供的基于多元胺制备生物基磷吸附材料的方法，具有反应时间短、无需管制药品、反应可在水相进行的优点，适合大规模的工业化生产。

本发明可高效的制备胺基化生物基磷吸附材料，且方法可调整胺基化修饰程度。所制备的胺基化生物基磷吸附材料具有较高的磷吸附能力，可通过降低胃肠道中磷的吸收，进一步降低血磷水平。

附图说明

图1为胺基化纤维素与纤维素的红外光谱谱图。

图2为胺基化纤维素的固体核磁谱图。

图3为胺基化纤维素的XPS能谱图。

图4为高磷血症大鼠血磷水平控制实验中不同组别大鼠的血磷水平统计情况。

图5为不同组别正常大鼠给药后的病理组织切片显微镜观察图。

图6为膨胀度-时间曲线。

图7为膨胀度考察实验照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法。所用试剂均为分析纯或化学纯，且均可市购或通过有机化学领域普通技术人员熟知的方法制备。

实施例1：胺基化纤维素磷吸附材料的制备

将500g纤维素和8L N,N-二甲基甲酰胺（DMF）加入到50 L的反应釜中，然后将1.4L氯化亚砜加入恒压滴液漏斗中，并将其连接到反应釜上。开启搅拌，并同时开始加热，体系呈现出白色浑浊液体状态。待温度升至80℃时，开始滴加氯化亚砜，控制温度在100℃以下。氯化亚砜全部加入完毕之后，保持温度在80~90℃之间反应2.5h。反应完成后降温至室温，将溶液加入到大量的冷水中，加入的过程中不断搅拌，水中产生黄褐色纤维状沉淀，真空干燥，即得氯化纤维素。

将500g氯化纤维素研磨成粉末，加入到10L蒸馏水中，开始搅拌。然后将2.5 L的1,3-丙二胺加入到搅拌的体系中，开始加热至回流状态，反应3.5h。反应结束后收集淡黄色沉淀，用大量清水进行清洗后干燥，得胺基化纤维素磷吸附材料。

合成路线为：

。

对所得胺基化纤维素磷吸附材料的结构进行表征，如图1～3所示。

实施例2：胺基化木质素的制备

将500g木质素和8L N,N-二甲基甲酰胺（DMF）加入到50 L的反应釜中，然后将1.4L三氯化磷溶液加入恒压滴液漏斗中，并将其连接到反应釜上。开启搅拌，并同时开始加热，体系呈现出白色浑浊液体状态。待温度升至80℃时，开始滴加氯化亚砜，控制温度在100℃以下。氯化亚砜全部加入完毕之后，保持温度在80~90℃之间反应2.5h。反应完成后降温至室温，将溶液加入到大量的冷水中，加入的过程中不断搅拌，水中产生黄褐色纤维状沉淀，真空干燥，即得氯化木质素。将氯化木质素500g研磨成粉末，加入到10L蒸馏水中，开始搅拌。然后将2.5 L的1,3-丙二胺加入到搅拌的体系中，开始加热至回流状态，反应3.5h。反应结束后收集淡黄色沉淀，用大量清水进行清洗后干燥，得胺化木质素。

实施例3：胺基化甲壳素的制备

将500甲壳素和8L N,N-二甲基甲酰胺（DMF）加入到50 L的反应釜中，然后将1.4L1.0M浓盐酸加入恒压滴液漏斗中，并将其连接到反应釜上。开启搅拌，并同时开始加热，体系呈现出白色浑浊液体状态。待温度升至80℃时，开始滴加氯化亚砜，控制温度在100℃以下。氯化亚砜全部加入完毕之后，保持温度在80~90℃之间反应2.5h。反应完成后降温至室温，将溶液加入到大量的冷水中，加入的过程中不断搅拌，水中产生黄褐色纤维状沉淀，真空干燥，即得氯化甲壳素。

将500g氯化甲壳素研磨成粉末，加入到10L蒸馏水中，开始搅拌。然后将2.5 L的1,3-丙二胺加入到搅拌的体系中，开始加热至回流状态，反应3.5h。反应结束后收集淡黄色沉淀，用大量清水进行清洗后干燥，得胺化甲壳素。

实施例4：胺基化纤维素的体外磷吸附水平

采用天津海益达科技有限公司的ZRS-8G型智能溶出试验仪对样品磷吸附水平进行测试。采用《中国药典》（2015年版）二部附录有关溶出度测定法第二法的装置，以磷酸二氢钾/氢氧化钠缓冲溶液（pH=6.8）为介质（[磷]=1.6mmol/L），温度37℃，转速100转/分钟。将主药含量为200 mg的粉末或200mg水凝胶粉末于零时刻放入介质中，于特定时刻吸取5mL液体。以RANDOX®试剂盒中工作溶液稀释100倍后配成待测液。采用美国雅培公司的ARCHITECT C8000型全自动生化分析仪在340 nm处测量对照品溶液待测液吸光度，以方法学中所配置对照品为参比，按照Lambert-Beer定律计算样品液中的磷含量。其磷吸附量（binding amount, BA）通过以下公式计算：

式中M是磷酸根离子的分子量，V是KH₂PO₄/NaOH 介质的体积，W是样品的重量。当Ct不再随时间变化时时，该点的磷吸附量即为平衡磷吸附能力（binding capacity, BC），单位mg/g。

测得实施例1所得胺基化纤维素磷吸附材料的体外平衡磷吸附能力为14.8 mg/g。

实施例5：高磷血症大鼠血磷水平控制

选用6周龄健康雄性SD大鼠为实验对象，体重160-180克，来源：斯贝福(北京)生物技术有限公司。大鼠于23 ± 2℃下正常喂养，给予标准饲料，实验过程已获动物实验伦理委员会批准（No. IACUC- 201819）。环境适应一周后，将正常大鼠随机分为2组，分别为假手术对照组（n=8）和实验组（n=48）。其中实验组采取5/6肾切除的方法构建慢性肾病高磷血症模型，然后给予高磷饲料饮食。6周后，实验组分为司维拉姆给药组(0.50 g/kg/d)、胺基化纤维素给药组(0.50 g/kg/d)和模型组，每日给药一次，持续给药4周后考察血磷变化情况。结果见图4。

结果表明，同剂量下的胺基化纤维素与司维拉姆均可有效降低高磷血症大鼠的血磷水平，二者之间无显著差异。

实施例6 胺基化纤维素对正常大鼠的病理学考察

选用6周龄健康雄性SD大鼠为实验对象，体重160-180克，来源：斯贝福(北京)生物技术有限公司。大鼠于23±2℃下正常喂养，给予标准饲料，实验过程已获动物实验伦理委员会批准（No. IACUC- 201819）。将健康大鼠给予高磷饲料饮食1周后，随机分为司维拉姆给药组(0.50 g/kg/d)、氨基化纤维素给药组(0.50 g/kg/d)和空白对照组，给药四周后麻醉处死。处死后摘取大鼠肾脏、肠道、胃等组织，进行组织病理学考察。将取出的肾、胃和肠组织在10%甲醛中性缓冲液中固定48小时。然后将标本转移到70%乙醇中，石蜡包埋，制成5μm切片，并用苏木精-伊红染色。切片在二甲苯中脱蜡，乙醇脱水处理，在苏木精中染色1分钟，并在自来水中冲洗。随后，样本在曙红中进一步复染2分钟，并在自来水中冲洗。于显微镜下观察司维拉姆给药组、氨基化纤维素给药组和空白对照组的组织病理学情况，结果见图5。

结果表明，对比空白对照组大鼠，司维拉姆给药组和氨基化纤维素给药组的肾、胃和肠组织均未出现间质间隙增宽、严重的炎性细胞浸润缩等现象，表明胺基化纤维素良好的生物相容性。

实施例7：胺基化纤维素和盐酸司维拉姆的膨胀度考察

将100mg样品置于空白洁净样品管中，水浴加热37℃，分别加入5mL模拟胃液（0.2%NaCl（w/v），0.7%HCl（v/v））。在模拟胃液中培养0、20 min、60 min、120 min和300 min，记录膨胀体积，以膨胀度-时间作图，见图6。实验照片见图7。

结果表明，胺基化纤维素膨胀度较司维拉姆显著降低。

Claims (5)

1.一种胺基化生物基磷吸附材料在制备口服除磷药物中的应用，其特征是，所述的胺基化生物基磷吸附材料按照如下步骤制备而得：

（1）将生物基高分子材料均匀分散于溶剂1中，滴加氯化试剂，加热搅拌反应制得氯化产物；生物基高分子材料为纤维素；氯化试剂滴加过程中，体系温度不高于100℃；

（2）将氯化产物研磨成粉末，加入溶剂2中，搅拌，氯化产物的浓度为30~70g/L，溶剂2为水；将多元胺加入到上述体系中，加热反应，结束后收集沉淀，洗涤后的产物即为胺基化生物基磷吸附材料；所述多元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、季戊四胺、聚酰胺-胺中的任意一种或任意两种及以上的组合；所得胺基化生物基磷吸附材料的氮化比为4~8%。

2.根据权利要求1所述的胺基化生物基磷吸附材料在制备口服除磷药物中的应用，其特征是，所述步骤（1）中，生物基高分子材料的浓度为5~20g/L；反应温度为50~95℃，反应时间为1~6h。

3.根据权利要求1所述的胺基化生物基磷吸附材料在制备口服除磷药物中的应用，其特征是，所述步骤（1）中，氯化试剂为二氯亚砜、浓盐酸、三氯化磷或五氯化磷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的胺基化生物基磷吸附材料在制备口服除磷药物中的应用，其特征是，所述步骤（1）中，溶剂1为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、甲苯中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的胺基化生物基磷吸附材料在制备口服除磷药物中的应用，其特征是，所述步骤（2）中，反应温度为50~95℃。