CN115651340A - 一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法 Download PDF

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CN115651340A CN202211114067.9A CN202211114067A CN115651340A CN 115651340 A CN115651340 A CN 115651340A CN 202211114067 A CN202211114067 A CN 202211114067A CN 115651340 A CN115651340 A CN 115651340A
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Abstract

本发明提供一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法，属于医用材料制造技术领域。本发明使用聚乙烯接枝甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3‑丁二醇二甲基丙烯酸酯后制成的改性聚乙烯薄膜，具有更好的热稳定性，适用于高温消毒；并且，这种改性聚乙烯薄膜与细胞接触时不会影响其活性，使用这种改性聚乙烯薄膜在温度较高的环境下储存细胞时，能够更长时间地维持细胞的高活性。本发明聚乙烯薄膜还具有较高的热合强度，能够避免运输或使用过程中破袋。

Description

一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料制造技术领域，具体涉及一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
细胞治疗是利用自体或异体的成体细胞或干细胞进行疾病治疗的方法。通常把健康的细胞或干细胞移植到患者体内，对病了的细胞进行补充与替换，激活器官功能，提高器官活性，改善器官的质量，延缓器官病变，恢复器官的正常生理功能，从而达到治疗疾病或对抗衰老的目的。
细胞治疗过程中，储液袋常被用于储存药品或细胞等活性物质，因此，储液袋应满足无毒、密封性好、耐热、有效阻隔细菌等要求。现有技术中储液袋往往在结构和制备方法上做出改进，在制备材料上的改进较少。例如中国专利CN113736173A公开了一种细胞治疗储液袋及其制造方法，这种储液袋内袋层为聚乙烯材料；保温层为纳米二氧化硅气凝胶材料；外袋层为聚丙烯、羧酸化苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物和纳米氧化锌共混材料。该发明通过利用二氧化硅气凝胶的隔热保温性能，提升了储液袋的保温效果。但该发明并未对内袋层和外袋层的材料和功能进行进一步研究。
不同种类的聚乙烯由于生产方法的不同，导致生产出的聚乙烯在结构和密度上存在较大的差别，从而具有不同的性质。例如高密度聚乙烯具有良好的耐热、耐寒、介电性、加工型、低透水性等，低密度聚乙烯具有良好的柔软性、延伸性、透明性、耐低温、低透水性等。对聚乙烯进行改性，可以使其在原有优良性能的基础上更加适用于制备细胞治疗用储液袋。
目前针对改性聚乙烯薄膜的研究大多仅涉及改性和制备方法，或是涉及农用聚乙烯薄膜，针对制备细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜的研究较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有生物相容性，耐高温的用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜及其制备方法，使用本发明制备方法能够制得均匀的改性聚乙烯薄膜，并且使用这种薄膜储存细胞时可以使细胞保持较高活性。
为达到上述发明目的，采用如下技术方案。
一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜，包括接枝有单体的改性聚乙烯，其中单体包括甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯。
聚乙烯接枝甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯后制成的改性聚乙烯薄膜，具有更好的热稳定性，适用于高温消毒；此外，这种改性聚乙烯薄膜对细胞没有毒性，与细胞接触时不会影响其生长；并且使用这种改性聚乙烯薄膜在温度较高的环境下储存细胞时，能够更长时间地维持细胞的活性，使用这种改性聚乙烯膜储存细胞时，即使短时间内无法冷链运输，也不会导致细胞大量失活。此外，改性聚乙烯薄膜的热合强度较高，能够避免运输或使用过程中破袋。
在一可选的实施方式中，聚乙烯为低密度聚乙烯。
本发明还公开了一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
采用熔融接枝法将单体接枝共聚在聚乙烯上制得改性聚乙烯，再将改性聚乙烯通过熔融挤出或熔融吹塑成膜即得改性聚乙烯薄膜，其中，所述单体包括甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3- 丁二醇二甲基丙烯酸酯。
熔融接枝是将单体，树脂和引发剂等按一定比例均匀混合，然后将混合物加入挤出机或密炼机中，在高于树脂熔点的温度下反应挤出。相比于其他接枝改性方法，熔融接枝法不需要在制备后回收溶剂，操作简单，适合工业化生产。
在一可选的实施方式中，熔融接枝法具体包括以下步骤：
将聚乙烯与单体混合后加入助剂和引发剂，混合搅拌后升温进行熔融接枝。
在一可选的实施方式中，助剂包括苯乙烯。
在一可选的实施方式中，引发剂包括过氧化物引发剂。
在一可选的实施方式中，过氧化物引发剂包括过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰。
在一可选的实施方式中，相比于5-10重量份聚乙烯的单体，其用量为1-5重量份。
在一可选的实施方式中，相比于5-10重量份聚乙烯的引发剂，其用量为0.1-0.5重量份。
在一可选的实施方式中，相比于5-10重量份聚乙烯的苯乙烯，其用量为1-5重量份。
在一可选的实施方式中，熔融接枝的反应温度为168-185℃。
在一可选的实施方式中，熔融接枝的反应时间为10-18h。
在一可选的实施方式中，熔融接枝法具体包括以下步骤：
将5-10重量份聚乙烯与1-5重量份单体混合后加入1-5重量份苯乙烯和0.1-0.5重量份引发剂，混合搅拌后升温至168-185℃进行熔融接枝10-18h。
在一可选的实施方式中，助剂还包括N-叔丁基丙烯酰胺和芥酸酰胺。
制得改性聚乙烯后，无需除去N-叔丁基丙烯酰胺和芥酸酰胺，可直接制备改性聚乙烯薄膜，并且由此制得的改性聚乙烯薄膜耐磨性有所提高。
在一可选的实施方式中，相比于5-10重量份聚乙烯的N-叔丁基丙烯酰胺，其用量为1-4.5 重量份。
在一可选的实施方式中，相比于5-10重量份聚乙烯的芥酸酰胺，其用量为2-5重量份。
在一可选的实施方式中，熔融接枝法具体包括以下步骤：
将5-10重量份聚乙烯与1-5重量份单体混合后加入1-5重量份苯乙烯、1-4.5重量份N- 叔丁基丙烯酰胺、2-5重量份芥酸酰胺和0.1-0.5重量份引发剂，混合搅拌后升温至168-185℃进行熔融接枝10-18h。
在一可选的实施方式中，用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将5-10重量份聚乙烯与1-5重量份单体混合后加入1-5重量份苯乙烯、1-4.5重量份N- 叔丁基丙烯酰胺、2-5重量份芥酸酰胺和0.1-0.5重量份引发剂，混合搅拌后升温至168-185℃进行熔融接枝10-18h；将改性聚乙烯加入挤出机中制成改性聚乙烯薄膜。
在一可选的实施方式中，挤出机的条件设置为：料筒温度170-180℃，模头温度170-180℃，挤出压力30-35MPa，吹胀比1:2-3。
本发明还公开了改性聚乙烯薄膜在制备细胞治疗储液袋中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明制得的改性聚乙烯薄膜使用聚乙烯与甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯制得改性聚乙烯后再挤出成膜，改性聚乙烯薄膜，具有更好的热稳定性，适用于高温消毒环境；此外，使用这种改性聚乙烯薄膜储存细胞时，即使储存温度较高，膜内的细胞液能够较长时间地维持活性，至少能够在40℃储存7d。此外，将N-叔丁基丙烯酰胺、芥酸酰胺与苯乙烯组合用做助剂制成的改性聚乙烯，在制成薄膜后磨损质量降低，可降低至0.02 以内，使薄膜更加耐磨。并且，本发明制得的改性聚乙烯薄膜的热合强度较高，能够减少运输或使用过程中的破袋。
附图说明
图1为改性聚乙烯的红外扫描结果；
图2为改性聚乙烯薄膜对细胞活性影响的测定结果。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的方法的例子。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，或按照制造厂商所建议的条件。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例与对比例中所使用的低密度聚乙烯购自上海金孛工程塑料有限公司，牌号为3020D。
实施例1
改性聚乙烯薄膜的制备
将8.5g聚乙烯与3g甲基丙烯酸二甲氨乙酯混合后加入3g苯乙烯和0.25g过氧化二异丙苯，混合搅拌后升温至180℃进行熔融接枝12h；将改性聚乙烯加入挤出机中，设置料筒温度 180℃，模头温度170℃，挤出压力30MPa，吹胀比1:2.5，制成改性聚乙烯薄膜。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例2
改性聚乙烯薄膜的制备
将5g聚乙烯与1g甲基丙烯酸二甲氨乙酯混合后加入1g苯乙烯和0.1g过氧化苯甲酰，混合搅拌后升温至168℃进行熔融接枝10h；将改性聚乙烯加入挤出机中，设置料筒温度170℃，模头温度178℃，挤出压力32MPa，吹胀比1:2.5，制成改性聚乙烯薄膜。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例3
改性聚乙烯薄膜的制备
将10g聚乙烯与5g甲基丙烯酸二甲氨乙酯混合后加入5g苯乙烯和0.5g过氧化二异丙苯，混合搅拌后升温至185℃进行熔融接枝18h；将改性聚乙烯加入挤出机中，设置料筒温度 175℃，模头温度180℃，挤出压力35MPa，吹胀比1:2.5，制成改性聚乙烯薄膜。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例4
改性聚乙烯薄膜的制备
本实施例与实施例1的接枝单体不同，使用1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯代替甲基丙烯酸二甲氨乙酯，其余操作步骤均相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例5
改性聚乙烯薄膜的制备
本实施例与实施例2的接枝单体不同，使用1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯代替甲基丙烯酸二甲氨乙酯，其余操作步骤均相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例6
改性聚乙烯薄膜的制备
本实施例与实施例3的接枝单体不同，使用1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯代替甲基丙烯酸二甲氨乙酯，其余操作步骤均相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例7
改性聚乙烯薄膜的制备
本实施例与实施例1所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、3g N-叔丁基丙烯酰胺、4g芥酸酰胺，其余操作均与实施例1相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
实施例8
改性聚乙烯薄膜的制备
本实施例与实施例4所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、3g N-叔丁基丙烯酰胺、4g芥酸酰胺，其余操作均与实施例4相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
对比例1
改性聚乙烯薄膜的制备
本对比例与实施例1所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、3g N-叔丁基丙烯酰胺，其余操作均与实施例1相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
对比例2
改性聚乙烯薄膜的制备
本对比例与实施例1所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、4g芥酸酰胺，其余操作均与实施例1相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
对比例3
改性聚乙烯薄膜的制备
本对比例与实施例4所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、2g N-叔丁基丙烯酰胺，其余操作均与实施例4相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
对比例4
改性聚乙烯薄膜的制备
本对比例与实施例4所使用助剂不同，本实施例使用的助剂为3g苯乙烯、4g芥酸酰胺，其余操作均与实施例4相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
对比例5
改性聚乙烯薄膜的制备
本对比例使用未改性聚苯乙烯直接制成聚苯乙烯薄膜，制膜时挤出机的设置与实施例1 相同。测定得改性聚乙烯薄膜厚度为25μm。
试验例1
改性聚乙烯的表征
将实施例1和4中制得的改性聚乙烯薄膜使用KBr压片法制样后使用红外光谱仪进行扫描，扫描范围4000cm-1-500cm-1。扫描结果如图1所示，其中1为实施例1中制得的改性聚乙烯薄膜的红外图，2为实施例4中制得的改性聚乙烯薄膜的红外图。
由图1可以看出，1和2中均在1710cm-1附近出现了C＝O的振动峰，在1145cm-1附近出现了C-O-C的振动峰，这两种峰均是单体中酯基团的特征峰，说明单体已经成功接枝在聚乙烯上；并且，在1中还能观察到1240cm-1附近出现C-N的振动峰，进一步说明单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯成功接枝在聚乙烯上。
试验例2
改性聚乙烯薄膜性能测定
一、耐磨性测定
使用塑料磨损试验机，按照GB/T 3960-2016《塑料滑动摩擦磨损试验方法》记载的方法对实施例1、4、7、8和对比例1-5制得的改性聚乙烯薄膜的磨损质量进行测定。测定结果如表1所示。
表1改性聚乙烯薄膜耐磨性测定
磨损质量(g)
实施例1 0.027
实施例4 0.027
实施例7 0.016
实施例8 0.017
对比例1 0.027
对比例2 0.026
对比例3 0.028
对比例4 0.027
对比例5 0.028
对比表1中各组数据可知，实施例7和8中制得的改性聚乙烯薄膜的磨损质量较其他受试样品均有减少，而实施例1、4与对比例1-4中制得的改性聚乙烯薄膜以及实施例5中制得的改性聚乙烯薄膜的磨损质量接近；说明当苯乙烯、N-叔丁基丙烯酰胺和芥酸酰胺三者共同作为助剂使用时，能够减少改性聚乙烯薄膜的磨损质量，从而使改性聚乙烯薄膜更加耐磨，助剂为苯乙烯、苯乙烯与N-叔丁基丙烯酰胺、苯乙烯与芥酸酰胺时，几乎无法提高改性聚乙烯薄膜的耐磨性；并且接枝单体的不同对改性聚乙烯耐磨性没有明显影响。
二、热稳定性测定
使用热重分析仪对实施例1、4、7、8和对比例1-4制得的改性聚乙烯薄膜以及对比例5 制得的聚乙烯薄膜进行热稳定性的测定，氮气气氛保护下按照10℃/min的速度从室温升高至 500℃，记录失重50％和失重80％时的温度。测定结果如表2所示。
表2改性聚乙烯薄膜热稳定性测试结果
失重50％温度(℃) 失重80％温度(℃)
实施例1 379.2 427.8
实施例4 397.4 431.6
实施例7 385.4 434.9
实施例8 409.5 441.5
对比例1 376.3 421.2
对比例2 378.5 423.5
对比例3 382.1 429.6
对比例4 385.7 425.5
对比例5 357.6 381.2
由表2可知，实施例1、4、7、8以及对比例1-4中制得的改性聚乙烯薄膜的失重50％温度和失重80％温度均分别高于实施例5中制得的聚乙烯薄膜，说明接枝有单体的改性聚乙烯制成的薄膜热稳定性增加；分别对比实施例1和4、实施例7和8可知，实施例4和8中制得的改性聚乙烯薄膜的失重50％温度和失重80％温度均分别高于实施例1和7中制得的改性聚乙烯薄膜，说明接枝单体为1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯时改性聚乙烯薄膜的热稳定性稍高于接枝甲基丙烯酸二甲氨乙酯时改性聚乙烯薄膜的热稳定性，这可能与这两种单体的接枝率不同有关；分别对比实施例7、对比例1、对比例2以及实施例8、对比例3、对比例4可知，实施例7和8中制得的改性聚乙烯薄膜的失重50％温度和失重80％温度均分别高于对比例1、 2和对比例3、4中制得的改性聚乙烯薄膜，这可能是由于助剂为苯乙烯、N-叔丁基丙烯酰胺和芥酸酰胺时，有助于进一步提高聚乙烯薄膜的热稳定性。
三、细胞活性测定
测定1、4、7、8中制得的改性聚乙烯薄膜以及对比例5中制得的聚乙烯薄膜对细胞活性的影响：
将培养至对数生长期的小鼠成纤维细胞使用胰蛋白酶消化后加入PBS培养基稀释至 5×104个；将改性聚乙烯薄膜裁成合适大小并消毒后，铺在96孔板内，之后每孔接种30μL 细胞液和270μL PBS培养基；将改性聚乙烯薄膜封口，置于40℃进行培养7d；第0、1、3、 5、7天使用MTT细胞增殖及细胞毒性检测试剂盒(购自上海源叶生物科技有限公司)按说明书操作对细胞活性进行测定，记录吸光度，吸光度越高说明细胞数量越多，细胞活性越高。
测定结果如图2所示。
由图2可知，实施例1、4、7、8中的细胞活性明显高于对比例5，并且生长较为正常，而对比例5中的细胞在第1天时细胞数量有所下降；说明在实施例1、4、7、8中制得的改性聚乙烯薄膜的包裹中，细胞能够在较高温度时正常生长。
四、热合强度测试
根据YBB00012203-2015记载的方法对实施例1、4、7、8和对比例5中制得的改性聚乙烯薄膜或聚乙烯薄膜的热合强度进行测定；其中，热封温度130℃，热封时间0.7s，热封压力 0.2Mpa。
测定结果如表3所示。
表3热合强度测定结果
热合强度(N/15mm)
实施例1 9.2
实施例4 9.7
实施例7 10.3
实施例8 10.5
对比例5 5.1
由表3可知，相比于对比例5，实施例1、4、7、8的热合强度均较高，分别对比实施例1和4以及实施例7和8可知，接枝单体不同对热合强度影响较小；分别对比实施例1和7，实施例4和8可知，加入含有苯乙烯、N-叔丁基丙烯酰胺和芥酸酰胺作为助剂制备聚乙烯薄膜时，能够进一步增加聚乙烯薄膜的热合强度。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性聚乙烯薄膜，包括接枝共聚有单体的改性聚乙烯；所述单体包括甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯。
2.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜，其特征在于，所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
3.一种用于细胞治疗储液袋的改性聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
采用熔融接枝法将单体接枝共聚在聚乙烯上制得改性聚乙烯，再将改性聚乙烯通过熔融挤出或熔融吹塑成膜即得改性聚乙烯薄膜，其中，所述单体包括甲基丙烯酸二甲氨乙酯或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔融接枝法具体包括以下步骤：
将聚乙烯与单体混合后加入助剂和引发剂，混合搅拌后升温进行熔融接枝。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述助剂包括苯乙烯。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括过氧化物引发剂。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，相比于5-10重量份所述聚乙烯的单体，其用量为1-5重量份。
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔融接枝的反应温度为168-185℃。
9.权利要求1或2所述的改性聚乙烯薄膜在制备细胞治疗储液袋中的用途。
10.甲基丙烯酸二甲氨乙酯和/或1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯在制备聚乙烯薄膜中的用途，包括以下至少一种：
增强聚乙烯薄膜的热稳定性；
增强聚乙烯薄膜的热合强度。
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