CN115386226B

CN115386226B - 一种聚醚砜抗氧化微球、其制备方法及用途

Info

Publication number: CN115386226B
Application number: CN202211022882.2A
Authority: CN
Inventors: 谢毅; 赵长生; 魏志伟; 陈胜求; 张小华; 赵亚祺
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2023-08-18
Anticipated expiration: 2042-08-25
Also published as: CN115386226A

Abstract

本发明公开了一种聚醚砜抗氧化微球，属于生物材料技术领域，该微球是由聚醚砜溶液及抗氧化纳米酶组成，还公开了其制备方法：首先通过金属离子和多酚相互作用合成具有抗氧化作用的纳米材料，然后将上述抗氧化纳米材料在聚醚砜溶液中通过均匀分散，混合溶液通过静电喷球技术滴入凝固浴中相分离形成微球；该微球可应用于血液净化治疗，作为高效的抗氧化剂，对水溶液和血液中的活性氧和活性氮自由基具有良好的清除能力，与血液接触时具有良好的血液相容性，从而为接受血液净化的患者提供一种高效且安全的抗氧化治疗方案；并且制备本发明的微球的原料易得，生物质衍生的纳米酶可通过化工大量制得，制备工艺简单，易于实现工业量产。

Description

一种聚醚砜抗氧化微球、其制备方法及用途

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种聚醚砜抗氧化微球、其制备方法及用途。

背景技术

慢性肾脏疾病(CKD)是一种以肾功能进行性和永久性丧失为特征的临床综合征，导致尿毒症毒素积累，以及电解质水和酸碱平衡的改变，从而损害其他器官的生理和生化功能。在CKD的早期，临床患者氧化应激表现明显，并随着肾功能的恶化而进展，是CKD的突出发病机制之一。氧化应激由线粒体功能障碍发展而来，会产生过量的自由基，同时也会加剧许多其他并发症，如感染、心血管疾病、β-2微球蛋白淀粉样变性和营养不良。目前临床上只有肾脏置换和血液净化两种手段治疗CKD。血液净化是指通过各种技术和设备对血液中各种毒素进行体外治疗的方法。然而，由于血液透析膜的生物相容性较差，血液透析患者的多种并发症(如血脂异常、高血压、糖尿病、动脉粥样硬化)，血液净化过程中抗氧化剂的损失等因素，长期接受血液净化的CKD患者比CKD患者表现出更严重的氧化应激，导致高发病率和死亡率，成为21世纪临床的棘手问题。因此，研究安全有效的抗氧化方法是提高CKD患者生活质量和延长患者寿命的迫切需求。

虽然，通过增加透析剂量、开发生物相容性的血液透析膜(用维生素E或水蓟宾固定)、研究口服抗氧化剂(维生素E、硫辛酸、超氧化物歧化酶/过氧化氢酶等)和饮食调节(食用富含天然抗氧化剂的食物或水果)等手段，氧化应激可轻度缓解。然而，这些方法较低的ROS(活性氧化物)清除活性限制了其在临床的进一步应用。

发明内容

本发明的目的之一，就在于提供一种聚醚砜抗氧化微球，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：一种聚醚砜抗氧化微球，由下述重量份的组分组成：

1)聚醚砜溶液由以下组分制成：

聚醚砜14～16质量份

第一溶剂55～65质量份

2)抗氧化溶液由以下组分制成：

抗氧化成分0～2质量份，其中，抗氧化成分的含量大于0，

第二溶剂15～25质量份

上述聚醚砜溶液及抗氧化溶液的重量比为(70～80)：(15～25)。

作为优选的技术方案：所述第一溶剂为极性有机溶剂，选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。第二溶剂选自乙醇。

作为优选的技术方案：所述抗氧化成分为金属-多酚纳米酶，所述金属选自Cu、；所述多酚选自单宁酸(所述单宁酸的CAS号:1401-55-4)。

作为进一步优选的技术方案：所述金属为Cu，所述多酚为单宁酸，即所述抗氧化成分为Cu-TA纳米酶。

作为优选的技术方案：所述Cu-TA纳米酶的制备方法为：

1)定量称取0.1～0.3g F127溶于35～40mL去离子水和6～10mL乙醇的混合溶剂中，搅拌，形成均质溶液；本发明所述的F127，即聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)，粉末状，CAS号：9003-11-6；

2)添加0.3～0.5mL氨水溶液(用于调节pH值)和0.1～0.5g单宁酸到上述均质溶液中，所得混合溶液在室温下搅拌12h以上；

3)将氯化钠、氯化钾、氯化铵、六水合硝酸锌或三水合硝酸铜(0.1～0.5g)添加到步骤2)处理后的溶液中，室温下搅拌12h；

4)将溶液转移到反应釜中，在80～120℃下进一步反应8～16h；将最终溶液离心得到黑色沉淀；

5)洗涤，然后将溶液冷冻干燥，得到Cu-TA纳米酶。

本发明的目的之二，在于提供一种上述的聚醚砜抗氧化微球，采用的技术方案为，包括下述步骤：

1)聚醚砜溶液的配制

定量称取14～16份聚醚砜溶解于55～65份第一溶剂中，搅拌溶解12～24小时得到聚醚砜溶液；

2)抗氧化溶液的配制

定量称取0～2份抗氧化成分，将其溶解在15～25份第二溶剂中；

3)抗氧化成分-聚醚砜悬浮液的配置

按照聚醚砜溶液及抗氧化溶液的重量比为(70～80)：(15～25)的比例配置，室温下搅拌2～6小时，超声分散1～4小时，并在负压下脱泡0.5～1小时，得到抗氧化成分-聚醚砜悬浮液；

4)纳米酶-聚醚砜抗氧化微球的配制

将上述抗氧化成分-聚醚砜悬浮液抽取到注射器，在静电场内，推注注射器，使所述悬浮液在空气中形成微小的液滴，下落至凝固浴发生相转换，形成大小均一的微球，即得。

作为优选的技术方案：步骤4)中，通过静电纺丝机形成所述静电场，通过调整静电电压、注射器针头孔径或推注速度，将微球的直径控制在200～2000μm。

作为优选的技术方案：步骤4)中，所述凝固浴为去离子水和乙醇混合溶剂。

本发明首先通过金属和多酚的相互作用制备具有抗氧化活性的金属-多酚纳米酶，然后配制好聚醚砜溶液，加入纳米酶溶液，通过超声分散均匀，通过静电喷球技术和相分离技术制备纳米酶工程化聚醚砜抗氧化微球。

该制备方法简便，操作方便，且多酚如单宁酸来源广泛。现有血液净化技术的核心材料通常不具备抗氧化功能，无法用于缓解血液净化过程中的氧化应激问题。通过本发明的方法，利用简单纳米酶制备、超声分散和相分离法成球；纳米酶-聚醚砜抗氧化微球用于实现理想的血液相容性和抗氧化效果；纳米酶通过金属与多酚的相互作用形成纺锤状晶体，其外形结构如图1所示。

本发明的目的之三，在于提供一种上述的聚醚砜抗氧化微球在制备血液净化器械中的用途。

作为优选的技术方案：所述血液净化为出现氧化应激状态的患者的血液净化。

添加的纳米酶溶液与聚合物溶液充分混合后经相分离形成微球，纳米酶均匀分散并固定在多孔的聚合物基质中，为微球提供良好的抗氧化能力和血液相容性。

本发明的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球具有良好的抗氧化能力主要基于其添加的纳米酶粉末所具有的优异的抗氧化性能，具体而言：在人类血液中，各种活性氧，比如过氧化氢(H₂O₂)，超氧阴离子(O₂ ^.-)和羟基自由基(.OH)，是超出正常指标的，尤其是正在接受血液净化治疗的患者的血液中。因此，清除各种各样的高活性的活性氧是在血液净化过程中必须要考虑的问题。

发明人以一种添加Cu-TA的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球为例，对DPPH，ABTS.⁺，H₂O₂，O₂.^-，.OH五种自由基进行了清除测试，发现微球对上述所有的自由基都可以实现有效清除。

本发明最大的特点就是率先利用金属和多酚的相互作用合成了具有良好抗氧化活性的金属多酚纳米酶，纳米酶的引入保持了聚醚砜微球的血液相容性，并赋予聚醚砜微球广谱自由基清除能力。通过这种方法制备的微球成本较低，且性能出众。

采用本发明的方法，本发明所制得的微球材料，在生理盐水环境下可以稳定存在；微球对各种自由基都具有良好的清除效果；微球具有不高于1％的溶血率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球，具有良好的广谱自由基清除性能及优良血液相容性；

2、本发明的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球用于血液净化，降低血液净化患者的氧化应激状态；

3、本发明制备的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球含有的纳米酶，提高了微球的血液相容性和抗氧化活性；

4、本发明制备的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球具有多孔结构和良好的亲水性，能较快地降低血液中的自由基水平，保护生物大分子免受氧化损伤；

5、本发明制备的纳米酶工程化聚醚砜抗氧化微球所用原料为化工常用原料，可通过化工大量制得，资源丰富、成本低廉，有利于工业化。

附图说明

图1为本发明实施例所制得的金属-单宁酸纳米酶的显微外形图；

图2为添加Cu-TA纳米酶工程化聚醚砜抗氧化微球表面和断面的扫描电镜图；

图3为各实施例中微球对羟基自由基的清除能力；

图4为各实施例中微球对超氧阴离子自由基的清除能力；

图5为各实施例中微球对过氧化氢的清除能力；

图6为各实施例中微球催化过氧化氢产生氧气的能力；

图7为各实施例中微球的溶血率。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。需要说明的是：本发明中的份数，除非特别说明，均是指重量份。

本发明实施例1-4所制得的微球的性能测试方法为：

对于微球的活性氧测试，由以下方法得到。

(1)羟基自由基清除能力测试：采用羟基自由基测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，A018-1-1)按照说明书测定实施例1-4所制得的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球对羟基自由基(.OH)的清除能力：将实施例1-4所制得的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球分散在工作液中，按照说明书进行测试；然后用酶标仪测量550nm处的吸光度；然后，根据制造商的说明书，计算聚醚砜抗氧化微球对.OH的清除活性，结果如图3所示；

(2)超氧自由基清除能力测试：将聚醚砜抗氧化微球(3mg)加入含核黄素、蛋氨酸和NBT的混合溶液(1.5mL)中；将混合溶液在恒定强度的紫外光下照射5分钟，然后在560nm处测量溶液的吸光度，结果如图4所示；

(3)过氧化氢清除能力测试：通常情况下，在500μL 2.5mM的H₂O₂溶液中加入实施例1-4所制得的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球(3mg)；将混合溶液孵育过夜(12h)，然后将50μL混合溶液加入到100μLTi(SO₄)₂溶液中；每30分钟在405nm处测量混合溶液的吸光度。为测量纳米酶-聚醚砜抗氧化微球的产氧活性，将H₂O₂(2M)和纳米酶-聚醚砜抗氧化微球(10mg)溶于20mL的去离子水中，室温下混合，然后每1分钟使用溶氧计测量O₂浓度，结果如图5和6所示。

对于微球的血液相容性测试，以溶血率测试为例。将5mg抗氧化微球样品用磷酸盐缓冲液浸泡预处理12小时，在37℃孵育1小时。将磷酸缓冲液按与全血的体积比为1：1的比例加入全血，使用离心机分离15分钟，离心速率为2000rpm，得到红细胞。上述分离得到红细胞的操作重复5次。将0.2mL的红细胞和0.8mL磷酸缓冲液被添加到上述经过预处理的微球样品，在37℃孵化箱中振荡2小时。使用离心机在8000rpm离心速率下离心5分钟得到悬浮液。使用紫外可见光谱仪测试悬浮液的吸光度。设置去离子水和磷酸缓冲液分别作为正对照和负对照。溶血率计算公式如下:

溶血率(％)＝(悬浮液吸光度-负对照的吸光度)/(正对照的吸光度–负对照的吸光度)×100％；结果如图7所示。

下述实施例1-4的“纳米酶”，其制备方法为：

1)定量称取0.2g F127溶于37mL去离子水和8mL乙醇的混合溶剂中，搅拌，形成均质溶液；

2)添加0.4mL氨水溶液和0.2g单宁酸(TA)到上述均质溶液中，所得混合溶液在室温下搅拌12h；

3)将氯化钠、氯化钾、氯化铵、六水合硝酸锌或三水合硝酸铜(0.1g)添加到步骤2)处理后的溶液中，室温下搅拌12h；

4)将溶液转移到反应釜中，在100℃下进一步反应12h；将最终溶液离心得到黑色沉淀；

5)分别用去离子水和乙醇各洗涤三次，然后冷冻干燥，得到Cu-TA纳米酶；

上述的纳米酶通过金属与多酚的相互作用形成纺锤状晶体，其外形结构如图1所示。

实施例1.

本实施例旨在说明一种较为理想的纳米酶-聚醚砜抗氧化微球配方及工艺：

将聚醚砜溶液(14份聚醚砜，63份N，N-二甲基乙酰胺)77份，加入纳米酶溶液(2份纳米酶，21份乙醇)23份得到混合溶液，将配制好的纳米酶工程化聚醚砜溶液，室温下搅拌6小时，超声分散4小时，并在负压下脱泡1小时，得到纳米酶工程化聚醚砜悬浮液；装入注射器，在静电场下电喷雾顺利形成液滴，推注容易；悬浮液均一稳定，不易出现分层；在乙醇与水的混合凝固浴(体积比1:3)中迅速发生相分离，形成大小均一的微球。微球冷冻干燥后表面和切半剖面的扫描电镜图如图2所示，从图2中可以看出，微球形貌良好，表面光滑规整，内部结构则具有多孔特征。

按照上述的方法进行羟基自由基清除、超氧阴离子自由基清除以及过氧化氢清除能力和溶血率测试，其结果见图3-7，从图中可以看出，本实施例的微球具有广谱自由基清除能力，与较低的溶血率。

实施例2.

本实施例旨在说明纳米酶的含量对纳米酶工程化聚醚砜抗氧化微球的自由基清除效果的影响，本实施例与实施例1的区别在于纳米酶含量的不同：

将聚醚砜溶液(15份聚醚砜，63份N，N-二甲基乙酰胺)78份，加入纳米酶溶液(1份纳米酶，21份乙醇)22份得到混合溶液，将配制好的纳米酶工程化聚醚砜溶液，室温下搅拌6小时，超声分散4小时，并在负压下脱泡1小时，得到纳米酶工程化聚醚砜悬浮液；装入注射器，在静电场下电喷雾顺利形成液滴，推注容易；悬浮液均一稳定，不易出现分层；在乙醇与水的混合凝固浴(1:3)中迅速发生相分离，形成大小均一的微球。微球冷冻干燥后保存，微球形貌良好，内部结构具有多孔特征。

性能方面，从图中可以看出，本实施例制备的微球具有较好的自由基清除性能，但是相比实施例1有所下降，溶血率相比实施例1相近。

实施例3.

将聚醚砜溶液(15.5份聚醚砜，63份N，N-二甲基乙酰胺)78.5份，加入纳米酶溶液(0.5份纳米酶，21份乙醇)21.5份得到混合溶液，将配制好的纳米酶-聚醚砜溶液，室温下搅拌6小时，超声分散4小时，并在负压下脱泡1小时，得到纳米酶-聚醚砜悬浮液；装入注射器，在静电场下电喷雾顺利形成液滴，推注容易；悬浮液均一稳定，不易出现分层；在乙醇与水的混合凝固浴(1:3)中迅速发生相分离，形成大小均一的微球。微球冷冻干燥后保存，微球形貌良好，表面光滑规整，内部结构具有多孔特征。

性能方面，从图中可以看出，本实施例制备的微球具有自由基清除性能，但是相比实施例1和2都有所下降，溶血率相比实施例1和2相近。

实施例4.

本实施例旨在说明纳米酶的存在对纳米酶-聚醚砜抗氧化微球的自由基清除效果的影响，本实施例与实施例1的区别在于没有添加纳米酶：

将聚醚砜溶液(16份聚醚砜，63份N，N-二甲基乙酰胺)79份，加入纳米酶溶液(0份纳米酶，21份乙醇)21份得到混合溶液，室温下搅拌6小时，超声分散4小时，并在负压下脱泡1小时，得到聚醚砜溶液；装入注射器，在8kV静电场下电喷雾顺利形成液滴，推注容易；悬浮液均一稳定，不易出现分层；在乙醇与水的混合凝固浴(1:3)中迅速发生相分离，形成大小均一的微球。微球冷冻干燥后断面的扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出，微球形貌良好，表面光滑规整，内部结构具有多孔特征。

性能方面，从图3-6中可以看出，本实施例的微球与实施例1相比，自由基清除性能大幅度下降，几乎没有自由基清除性能，溶血率相比实施例1无明显变化，均低于1％，远低于美国材料与试验协会标准(ASTM，F-756，2008)低于5％的要求，满足临床使用。

Claims

1.一种聚醚砜抗氧化微球，其特征在于，由下述重量份的组分组成：

1)聚醚砜溶液由以下组分制成：

聚醚砜 14～16质量份

第一溶剂 55～65质量份

2)抗氧化溶液由以下组分制成：

抗氧化成分0.5～2质量份；所述抗氧化成分为铜-单宁酸纳米酶；

第二溶剂 15～25质量份

上述聚醚砜溶液及抗氧化溶液的重量比为(70～80)：(15～25)。

2.根据权利要求1所述的聚醚砜抗氧化微球，其特征在于：所述第一溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的聚醚砜抗氧化微球，其特征在于：所述铜-单宁酸纳米酶的制备方法为：

1)定量称取0 .1～0 .3g F127溶于35～40mL去离子水和6～10mL乙醇的混合溶剂中，搅拌，形成均质溶液；

2)添加0 .3～0 .5mL氨水溶液和0 .1～0 .5g单宁酸到上述均质溶液中，所得混合溶液在室温下搅拌12h以上；

3)将0 .1～0 .5g三水合硝酸铜添加到步骤2)处理后的溶液中，室温下搅拌12h；

5)洗涤，然后冷冻干燥，得到铜-单宁酸纳米酶。

4.权利要求1-3任一项的聚醚砜抗氧化微球的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：1)聚醚砜溶液的配制

定量称取14～16质量份聚醚砜溶解于55～65质量份第一溶剂中，搅拌溶解12～24小时得到聚醚砜溶液；

2)抗氧化溶液的配制

定量称取0.5～2质量份抗氧化成分，将其溶解在15～25质量份第二溶剂中；

3)抗氧化-聚醚砜悬浮液的配置

按照聚醚砜溶液及抗氧化溶液的重量比为(70～80)：(15～25)的比例配置，室温下搅拌2～6小时，超声分散1～4小时，并在负压下脱泡0 .5～1小时，得到抗氧化-聚醚砜悬浮液；

4)纳米酶-聚醚砜抗氧化微球的配制

将上述抗氧化-聚醚砜悬浮液抽取到注射器，在静电场内，推动注射器，使所述悬浮液在空气中形成微小的液滴，下落至凝固浴发生相转换，形成大小均一的微球，即得。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤4)中，通过静电喷球机形成所述静电场，通过调整静电电压、注射器针头孔径或推注速度，将微球的直径控制在200～2000μm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤4)中，所述凝固浴为去离子水和乙醇混合溶剂。

7.权利要求1-3任意一项的聚醚砜抗氧化微球在制备血液净化器械中的用途。

8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于：所述血液净化为出现氧化应激状态的患者的血液净化。