CN1185375C - 一种氧合器用的膜材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氧合器用的膜材料的制备方法，涉及生物工程技术领域。其特征是将致孔剂和聚丙烯腈共聚物混合后溶于二甲基亚砜中，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；经纺丝成形、水洗、保孔处理得中空纤维膜；加热氧化、炭化，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜；将其放入密闭反应器中，通入氟化氢和氟，室温下反应一定时间。然后置入苄基烷基氯化胺、肝素钠或浓硝酸、浓硫酸中浸泡，即得具有抗凝血的中空纤维膜；将中空纤维膜两端用环氧树脂密封，即为氧合器用的中空纤维膜材料。用本发明的中空纤维膜材料制备氧合器，生物相容性好，具有防水、透气及抗凝血性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧合器用的膜材料的制备方法，属生物工程技术领域。
背景技术
重症急性呼吸衰竭(如危重成人呼吸窘迫综合征)的病死率很高，机械通气和其他综合治疗有时不能凑效。现已使用聚丙稀、硅橡胶、聚四氟乙烯、聚砜等多种材料[参见谭小苹，裴觉民，《中国胸心血管外科临床杂志》，1994；1(1)：59-61]，开发出血膜式、鼓泡式、膜式三种氧合器。但由于种种原因只有鼓泡式氧合器与经二次拉伸成孔的聚丙烯中空纤维膜式氧合器应用于临床。由于鼓泡式氧合器通过气体与血液直接接触，易产生血栓、血液成分被破坏等副作用，已逐渐被淘汰。而聚丙烯氧合器由于空隙分布不均匀(孔径在20-200nm)，[参见江朝光，李连录，李功宋，《临时肺呼吸及辅助的方法》，中华胸心血管外科杂志]，1995；8(4)：237-238]生物相容性差，水与血浆容易渗透等原因，平均只能提供成人30％的气血交换量[参见Weike T，Tyrus，S，Akhil B，etai.Improved gas exchange performance of theintro exygenator by active blood mixing.ASAIO Journal 1994；40：527-532]，使用寿命在2-8h，使用范围受到很大的限制。由聚丙烯腈制备炭膜[参见Yang MC，Yu DG，Influenceof activation time on the properties of polyacryionitive-based activated carbonhollow fiber.journal of applied polymer science，1995；58：185-189]具有优良防水、透气及抗凝血性能，目前只用于工业气体的选择性分离，血液、水等成分的净化等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧合器用的具有防水、透气及抗凝血性能的膜材料的制备方法。
本发明提出的一种氧合器用的膜材料的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：
(1)将1-10wt％致孔剂和90-99wt％聚丙烯腈分子量Mw为104-7共聚物混合，所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯、聚乙烯基丁缩醛中的任何一种；
(2)将上述混合物溶于二甲基亚砜中制成7-30wt％的溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
(3)利用干喷湿纺法将上述纺丝溶液在纺丝机上进行纺丝成形，经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径为5-200μm，外经为50-250μm的中空纤维膜；
(4)将上述制备的中空纤维膜固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到氧化，所述氧化条件是缓慢加热到190-360℃，每升温10℃，恒温10min，然后在惰性气体保护下炭化，所述炭化条件是在3.5小时内从190℃-360℃升温至1000-1200℃，并停留1小时，即可制得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜；
(5)将中空纤维炭膜放入密闭反应器中，先通入氟化氢及氟，室温下反应；
(6)将上述制备的中空纤维炭膜置入苄基烷基氯化胺及肝素钠中浸泡后干燥，即得具有抗凝血的中空纤维膜；
(7)将抗凝血处理后的中空纤维膜两端用环氧树脂密封，即为氧合器用的中空纤维膜材料。
本发明所述制备方法中，还可将由步骤(5)制备的中空纤维膜分别在浓硝酸或浓硫酸中浸泡，得具有抗凝血性能的中空纤维膜。
由于本发明通过高分子致孔剂控制聚丙稀腈中空纤维的微孔结构，改善工艺制备超细中空纤维，在特定的温度条件下氧化及炭化改善其生物相容性，并通过氟化增强、增韧，吸附肝素纳等方法，因而制备的氧合器用的膜材料具有防水、透气及抗凝血性能。
具体实施方式
本发明使用的聚丙烯腈为高分子量(分子量Mw为104-7)聚丙烯腈，所用的二甲基亚砜由美国进口(Sigma Co.)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、肝素钠等为上海化工厂原料。苄基烷基氯化铵、氟、氟化氢(HF)、浓硝酸、浓硫酸等为北京化工厂产品。
本发明提出的一种氧合器用的膜材料的制备方法，依次包括下列各步骤：
a.纺丝原液的制备
将1-10wt％致孔剂和90-99wt％聚丙稀腈(分子量Mw为104-7)共聚物混合；将混合物溶于二甲基亚砜中制成7-30wt％的浓溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
b.聚丙稀腈中空纤维膜的制备
采用干喷湿纺法在纺丝机上进行纺丝成形。初生纤维经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径在5-200μm，外经为5-250μm的中空纤维膜。
c.中空纤维氧化膜的制备
将聚丙稀腈中空纤维膜定长固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到190-360℃(每升温10℃，恒温10min)，即可制得中空纤维氧化膜；
d.中空纤维炭膜的制备
将上述制得的中空纤维氧化膜置于炉子内，在3.5h内从190℃-360℃升温至1000-1200℃，并停留1h，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜。中空纤维炭膜的断裂强度为0.2-2.0GPa，断裂伸长为0.5-1.5％；
e.中空纤维膜机械强度和韧性的增强
将上述制备的中空纤维炭膜放入聚四氟乙烯垫圈盖镍反应器中，先通入0.1-0.5巴(106dyn/cm2)氟化氢，然后通入1-2巴的氟，室温下反应4-6h，得中空纤维炭膜的断裂强度为0.26-2.6GPa，断裂伸长为0.6-2.6％；
f.中空纤维膜的抗凝血性处理
将上述制备的中空纤维炭膜置入0.1-1M的苄基烷基氯化胺中浸泡1-3h，然后在0.1-0.2M的肝素钠中浸泡1-2h，或者分别在浓硝酸和浓硫酸中浸泡2-3h，此中空纤维膜的抗凝血时间为3-8天。
利用本发明的中空纤维膜制备的氧合器，由于在特定的温度条件下氧化及炭化改善了其生物相容性，因而从根本上改变了以往医用高分子材料普遍存在的凝血、致癌、致歧等不良反应状况。由高分子致孔剂致孔，可将疏水中空纤维膜上微孔孔径的分布范围控制在0.1-150nm区域内，从而大大地提高了氧合器的氧合效率和使用寿命。根据本发明制备的氧合器，具有优异的防水、防血浆渗透和抗凝血性，氧合效率高于目前临床使用效果最好的聚丙烯中空纤维氧合器的20％以上，材料的机械强度适中，可以作为体外或血管内氧合器长期使用。此外，本产品还可以经丙烯处理回收，反复使用。
实施例1
a.纺丝原液的制备
将1wt％聚乙二醇和99wt％聚丙稀腈(分子量Mw为104)共聚物混合；将混合物溶于二甲基亚砜中制成7wt％的浓溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
b.聚丙稀腈中空纤维膜的制备
采用干喷湿纺法在纺丝机上进行纺丝成形。初生纤维经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径在5μm，外经为50μm的中空纤维膜。
c.中空纤维氧化膜的制备
将聚丙稀腈中空纤维膜定长固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到190℃(每升温10℃，恒温10min)，即可制得中空纤维氧化膜；
d.中空纤维炭膜的制备
将上述制得的中空纤维氧化膜置于炉子内，在3.5h内从190℃升温至1000℃，并停留1h，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜。中空纤维炭膜的断裂强度为0.25±0.01GPa，断裂伸长为0.6±0.01％；
e.中空纤维膜机械强度和韧性的增强
将上述制备的中空纤维炭膜放入聚四氟乙烯垫圈盖镍反应器中，先通入0.1巴(106dyn/cm2)氟化氢，然后通入1巴的氟，室温下反应4h，得中空纤维炭膜的断裂强度为0.27±0.01GPa，断裂伸长为0.6±0.01％；
f.中空纤维膜的抗凝血性处理
将上述制备的中空纤维炭膜置入0.1M的苄基烷基氯化胺中浸泡1h，然后在0.1M的肝素钠中浸泡1h，此中空纤维膜的抗凝血时间为3天以上。
实施例2
a.纺丝原液的制备
将4wt％聚乙二醇和96wt％聚丙稀腈(分子量Mw为105)共聚物混合；将混合物溶于二甲基亚砜中制成15wt％的浓溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
b.聚丙稀腈中空纤维膜的制备
采用干喷湿纺法在纺丝机上进行纺丝成形。初生纤维经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径在50μm，外经为100μm的中空纤维膜。
c.中空纤维氧化膜的制备
将聚丙稀腈中空纤维膜定长固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到250℃(每升温10℃，恒温10min)，即可制得中空纤维氧化膜；
d.中空纤维炭膜的制备
将上述制得的中空纤维氧化膜置于炉子内，在3.5h内从250℃升温至1000℃，并停留1h，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜。中空纤维炭膜的断裂强度为0.6±0.01GPa，断裂伸长为0.8±0.01％；
e.中空纤维膜机械强度和韧性的增强
将上述制备的中空纤维炭膜放入聚四氟乙烯垫圈盖镍反应器中，先通入0.1巴(106dyn/cm2)氟化氢，然后通入1巴的氟，室温下反应4h，得中空纤维炭膜的断裂强度为0.8±0.01GPa，断裂伸长为1.2±0.01％；
f.中空纤维膜的抗凝血性处理
将上述制备的中空纤维炭膜置入0.1M的苄基烷基氯化胺中浸泡1h，然后在0.1M的肝素钠中浸泡1h，此中空纤维膜的抗凝血时间为3天以上。
实施例3
a.纺丝原液的制备
将8wt％聚乙二醇和92wt％聚丙稀腈(分子量Mw为106)共聚物混合；将混合物溶于二甲基亚砜中制成25wt％的浓溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
b.聚丙稀腈中空纤维膜的制备
采用干喷湿纺法在纺丝机上进行纺丝成形。初生纤维经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径在150μm，外经为200μm的中空纤维膜。
c.中空纤维氧化膜的制备
将聚丙稀腈中空纤维膜定长固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到300℃(每升温10℃，恒温10min)，即可制得中空纤维氧化膜；
d.中空纤维炭膜的制备
将上述制得的中空纤维氧化膜置于炉子内，在3.5h内从300℃升温至1100℃，并停留1h，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜。中空纤维炭膜的断裂强度为1.5±0.02GPa，断裂伸长为1.2±0.01％；
e.中空纤维膜机械强度和韧性的增强
将上述制备的中空纤维炭膜放入聚四氟乙烯垫圈盖镍反应器中，先通入0.3巴(106dyn/cm2)氟化氢，然后通入2巴的氟，室温下反应5h，得中空纤维炭膜的断裂强度为1.9±0.02GPa，断裂伸长为1.8±0.01％；
f.中空纤维膜的抗凝血性处理
将上述制备的中空纤维炭膜分别在浓硝酸和浓硫酸中浸泡3h，此中空纤维膜的抗凝血时间为6天以上。
实施例4
a.纺丝原液的制备
将10wt％聚乙二醇和90wt％聚丙稀腈(分子量Mw为107)共聚物混合；将混合物溶于二甲基亚砜中制成30wt％的浓溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
b.聚丙稀腈中空纤维膜的制备
采用干喷湿纺法在纺丝机上进行纺丝成形。初生纤维经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径在200μm，外经为250μm的中空纤维膜。
c.中空纤维氧化膜的制备
将聚丙稀腈中空纤维膜定长固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到360℃(每升温10℃，恒温10min)，即可制得中空纤维氧化膜；
d.中空纤维炭膜的制备
将上述制得的中空纤维氧化膜置于炉子内，在3.5h内从360℃升温至1200℃，并停留1h，得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜。中空纤维炭膜的断裂强度为2.0±0.02GPa，断裂伸长为1.5±0.01％；
e.中空纤维膜机械强度和韧性的增强
将上述制备的中空纤维炭膜放入聚四氟乙烯垫圈盖镍反应器中，先通入0.5巴(106dyn/cm2)氟化氢，然后通入2巴的氟，室温下反应6h，得中空纤维炭膜的断裂强度为2.6±0.02GPa，断裂伸长为2.6±0.01％；
f.中空纤维膜的抗凝血性处理
将上述制备的中空纤维炭膜分别在浓硝酸和浓硫酸中浸泡3h，此中空纤维膜的抗凝血时间为8天以上。
Claims (2)
1、一种氧合器用的膜材料的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：
(1)将1-10wt％致孔剂和90-99wt％聚丙烯腈分子量Mw为104-7共聚物混合，所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯、聚乙烯基丁缩醛中的任何一种；
(2)将上述混合物溶于二甲基亚砜中制成7-30wt％的溶液，经过滤、脱泡制成纺丝溶液；
(3)利用干喷湿纺法将上述纺丝溶液在纺丝机上进行纺丝成形，经双向拉伸、水洗、保孔处理得内径为5-200μm，外经为50-250μm的中空纤维膜；
(4)将上述制备的中空纤维膜固定在石英管的两端，置于炉子内，缓慢加热到氧化，所述氧化条件是缓慢加热到190-360℃，每升温10℃，恒温10min，然后在惰性气体保护下炭化，所述炭化条件是在3.5小时内从190℃-360℃升温至1000-1200℃，并停留1小时，即可制得膜孔孔径为0.1-150nm的中空纤维炭膜；
(5)将中空纤维炭膜放入密闭反应器中，先通入氟化氢及氟，室温下反应；
(6)将上述制备的中空纤维炭膜置入苄基烷基氯化胺及肝素钠中浸泡后干燥，即得具有抗凝血的中空纤维膜；
(7)将抗凝血处理后的中空纤维膜两端用环氧树脂密封，即为氧合器用的中空纤维膜材料。
2、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)为“将上述制备的中空纤维炭膜分别在浓硝酸和浓硫酸中浸泡，得具有抗凝血的中空纤维膜”。
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