CN101600467B - 一种用于从血产品中去除物质的过滤器 - Google Patents

一种用于从血产品中去除物质的过滤器 Download PDF

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Abstract

一种用于从血或血组分中去除物质的过滤器，特别用于去除白血球和血小板，所述过滤器包含具有聚氨酯涂层的聚合物过滤材料，其中聚氨酯具有的数均分子量不高于10,000Da；聚氨酯优选通过脂肪族二异氰酸酯、聚乙二醇和丁二醇的加成反应得到，通过使用过量的丁二醇，其中加成反应是化学计量不平衡的。

Description

一种用于从血产品中去除物质的过滤器
本发明涉及一种用于从血液或血组分中除去物质的过滤器，更具体而言，涉及除去白血球和血小板的过滤器，适用于血液净化装置，例如血袋***，所述血袋***常用于将全血分离成不含白血球的血成分。
本发明所涉及的血液过滤器，一般包含一个具有进口和出口的室(housing)，和至少一个在室内的多孔元件(element)，所述元件被放于进口和出口之间。多孔元件通常由网组成，所述网可以由一层或多层过滤材料组成，所述过滤材料一般是由聚合纤维材料制成的无纺布。
聚酯，例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，组成目前优选的聚合材料。已知由聚酯例如PET或PBT纤维制成的无纺布，可以和血小板发生强烈的相互作用；因此，他们在血液过滤中的应用会导致很高的血小板清除率。在另一方面，在过滤实验中，很明显的是所述聚合物具有低的除去白血球的能力，并且他们的低可湿性降低了血成分的流动速率和增加了灌注时间。因此，聚酯纤维的表面修饰在血液过滤装置中是特别优选的。
为了增加可湿性或临界润湿表面张力(CWST)，其是材料亲水性的量度，疏水树脂纤维，例如PBT，已经被涂布一层更亲水的聚合物，包括亲水性聚氨酯(polyurethane)。
聚氨酯(PU)被广泛应用于生物相容性聚合物，特别地，具有作为软嵌段的聚乙二醇链的嵌段聚氨酯被认为是能导致低血栓形成的生物相容性聚合物。
已知含有聚乙二醇(PEG)软嵌段的嵌段聚氨酯的可湿性可以通过对在聚合物中的聚乙二醇部分的修饰来调节。在另一方面，此种可湿性的增强经常伴随有水滤出物的增加。进一步地，更多的可湿材料可以导致血小板相容性的增加，和因此从被过滤的血成分中除去血小板的降低。
WO2005/113136描述了一种聚氨酯材料，具有改进的白血球吸收能力，由二异氰酸酯化合物结构单元，聚二醇化合物结构单元和链延伸部分结构单元组成，优选含有叔胺基团。根据说明书和权利要求，聚氨酯必须具有重均分子量等于或大于20,000和不多于1,000,000，因为据报道，使用聚氨酯作为白血球过滤材料时，具有重均分子量小于20,000的那种聚氨酯的水溶性还不够低。
根据本发明，已经发现-与WO2005/113136的教导相反——通过二异氰酸酯、聚合物二醇(例如聚乙二醇)和单体二醇加成反应得到的聚氨酯，如果他们的数均分子量不高于10,000Da，显示出这些性质的最佳折衷，所述性质是对他们用作合适的血液过滤材料而言是必须的。
特别地，本发明的聚氨酯允许优化不同的和有分歧的需要，例如：
-根据白血球和血小板去除的最佳折衷；
-不含相关的水滤出物；
-能确保血成分流过过滤器的好的可湿性；
-低的灌注时间。
本发明的主题因此是一种用于从血液或血成分中去除物质的过滤器，所述过滤器包括在所附权利要求中定义的过滤材料。
本发明的主题还直接指向过滤器用于在体外从全血或血成分中去除白血球和血小板的用途，以及含有所述过滤器的血液纯化***或装置，如所附的权利要求中所述。
此处所用的术语“聚氨酯”包括聚氨酯共聚物。
用于制备聚氨酯的二异氰酸酯，是优选脂肪族的二异氰酸酯，例如特别是异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1，3-二(异氰基甲基)环己烷和二聚酸的二异氰酸酯。
聚合物二醇优选聚乙二醇，尽管其他的聚合物二醇，例如聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、聚(乙二醇/丙二醇)共聚物、聚(乙二醇/四亚甲基二醇)共聚物也可以使用。
优选具有数均分子量不高于400Da的聚合二醇和特别聚乙二醇。
单体二醇优选丁二醇，特别是1，4-丁二醇，尽管一般来说具有2至6个碳原子的单体二醇化合物都可以使用。
根据本发明所用的聚氨酯的数均分子量低于10,000道尔顿；优选重均分子量也低于10,000道尔顿。优选的获得低聚合度的方法是在聚氨酯***中预设的化学计量不平衡。在化学计量平衡的聚氨酯中，在加成反应中，异氰酸酯基团的数目(当量)约等于聚合的二醇(PEG)和单体二醇(丁二醇)的羟基基团的总量。
在另外一方面，化学计量不平衡的聚氨酯通过在反应中使用化学计量过量的单体二醇来得到，其中在反应中由聚合二醇和单体二醇所提供的羟基基团的总数目(当量)，相比于异氰酸酯基团的数目(当量)，是过量的。
聚氨酯可以通过常规步骤来合成。根据优选的方法，二异氰酸酯先和一定量的化学计量不足的聚合二醇(PEG)反应，反应条件是在合适的有机溶剂中，例如无水甲基乙基酮，在回流温度下，存在催化剂，例如二乙酸二丁基锡；反应混合物被加热至回流温度并发生反应；然后，加入化学计量过量的单体二醇(丁二醇)，反应混合物继续在回流温度下发生反应，直到异氰酸酯的官能度消耗完。
混合物然后被冷却至室温，通过将反应混合物滴加至非极性溶剂例如己烷中，使得到的聚合物沉淀。然后干燥所得沉淀并将其溶于极性溶剂中，例如丙酮。为了提高纯度，聚合物可以在水中进行进一步沉淀。特别地，聚氨酯在水中的两次沉淀可确保聚合物是水不溶的，和任何水溶成分都显著减少。
优选地，根据本发明所用的聚氨酯具有聚合二醇含量(优选PEG)不高于35％的重量含量；根据他们的亲水疏水平衡和由于优选的纯化步骤，合成的聚氨酯是水不溶的。
在本发明优选的实施例中，聚氨酯被用于涂布在无纺聚酯纤维上，所述聚酯纤维由PET或PBT的熔喷纤维得到。涂布可以通过常用溶液涂层技术来实现，如下面的可湿性测试中所述。
涂层和底物(也就是PBT)的相互作用可能是因为疏水的相互作用，和在涂层和底物之间的非共价键合似乎在涂层的任何步骤都涉及。
本发明由下面的非限定性实施例进一步阐释。实施例1和2涉及可用于本发明过滤器的化学计量不平衡的聚氨酯(鉴定为UB聚合物)的制备；实施例3-6是比较实施例，涉及化学计量的聚氨酯(鉴定为ST聚合物)。
实施例
实施例1
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入300ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量204.4Da的21.80g PEG(0.107mol)，48.06g异佛尔酮二异氰酸酯(0.216mol)和0.079g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加10.98g(0.122mol)丁二醇溶在35ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至800ml己烷中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的UB15)在2.21水中沉淀并然后干燥。
实施例2
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入300ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量204.4Da的23.11g PEG(0.113mol)，50.05g异佛尔酮二异氰酸酯(0.225mol)和0.073g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加11.72g(0.130mol)丁二醇溶在40ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至800ml己烷中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的UB20)在2.21水中沉淀并然后干燥。
实施例3-比较的
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入620ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量202.2Da的45.61g PEG(0.230mol)，100g异佛尔酮二异氰酸酯(0.450mol)和0.16g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加19.83g(0.220mol)丁二醇溶在60ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至41去离子水中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的ST27)又在水中沉淀(水/聚合物溶液＝5/1的重量比)并然后干燥。
实施例4-比较的
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入300ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量204.4Da的29.17g PEG(0.143mol)，44.88g异佛尔酮二异氰酸酯(0.202mol)和0.079g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加4.94g(0.055mol)丁二醇溶在30ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至800ml己烷中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的ST37)在2.2升水中沉淀并然后干燥。
实施例5-比较的
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入300ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量204.4Da的34.95g PEG(0.171mol)，42.05g异佛尔酮二异氰酸酯(0.189mol)和0.079g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加1.3g(0.014mol)丁二醇溶在30ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至800ml己烷中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的ST45)在2.2升水中沉淀并然后干燥。
实施例6-比较的
反应烧瓶，配有加液漏斗和回流冷凝管，向其中加入130ml的无水丁酮(MEK)，平均分子量403.4Da的10.61g PEG(0.026mol)，18.00g异佛尔酮二异氰酸酯(0.081mol)和0.043g的二乙酸二丁基锡。反应混合物被缓慢的加热至回流(内部温度是约82℃)。经过两小时后，中断加热，并滴加4.93g(0.055mol)丁二醇溶在40ml MEK中的溶液。然后重新加热至混合物回流。经过15小时，通过在红外谱中检查异氰酸酯键的缺失来评估反应的完成程度。混合物被冷却至室温，和通过将反应混合物滴至800ml己烷中使聚合物沉淀。将所得的沉淀物干燥并溶解在丙酮中得到20％的溶液。为了得到更纯化的聚合物，聚合物(下文中的ST30-400)在2.2升水中沉淀并然后干燥。
制备的聚合物的分子量通过GPC分析来确定。
配有PL-Gel 5μm MIXED-D柱和R.I.检测器的Shimadzu HPLC***10Avp被用于分析。GPC测定在30℃下进行，使用四氢呋喃作为流动相；***根据单分散的聚苯乙烯标准进行校正。
分析结果总结于表I中。
表I
    聚合物     ％PEG1     Mn(Da)     Mw(Da)     Mw/Mn
    UB15     27     3450     8412     2.4
    UB20     27     3310     7570     2.3
    ST27     27     56199     156529     2.7
    ST37     37     14500     29783     2.0
    ST45     45     14939     30580     1.2
    ST-30-400     32     18905     41395     2.2
1聚乙二醇(加料的wt％)
水滤出物的评估
根据以下实施例中用于水滤出物的评估方法，其是欧洲药典(Ph.Eur.)3.2.6方法的改进，如ISO EN 10993/12中所述，成功测试了用于根据本发明过滤器的涂层PBT纤维对水可溶性物质的可能去除。
用于水滤出物的评估，40层具有表面积为50cm2的纤维(用0.5％聚氨酯丙酮溶液涂布)被引入到具有进口和出口的小室中。
250ml蒸馏水经蠕动泵循环通过过滤器，流动速率是1 l/h，在37℃下流动2小时。分析所得溶液，如下所示。
测量溶液的吸收是在230和360nm。
将20ml的溶液与20ml 0.01N的高锰酸钾在存在硫酸时，在沸点温度下反应三分钟。冷却溶液，加入过量的碘化钾，将形成的碘用0.01N的硫代硫酸钠滴定。以相同的方式来处理空白溶液。计算高锰酸钾滴定体积差(ΔOx，ml)。
测量干的固体残余物的重量：蒸发100ml的溶液，残余物在100-105℃下干燥至恒重。
对于所有的测试聚合物，在整个量程中，测量的吸收值少于0.2，ΔOx＜1ml和干的固体残余物＜3mg。
可湿性测试
所有合成的材料都被用于涂布基于无纺纤维的PBT。纤维被浸没于聚合物在丙酮的溶液中，挤压除去过量的溶液和然后在70℃空气中干燥16小时。
涂层纤维的水可湿性是通过在纤维上放五滴水并测量水滴被纤维完全吸收所需要的时间来评估。用于可湿性测量的涂层溶液具有2％wt的聚合物浓度。
吸收时间示于表II中。
表II
聚合物 PBT  UB15  UB20 ST27  ST37  ST45 ST30-400
时间(秒) ＞600  227  107 ＞600  490  73 10
血液过滤测试
在健康随机的志愿者中，用含有70ml CPD的PVC包采集全血(范围450-550ml)。
小规模过滤
2％涂层和非涂层的PBT无纺纤维样品被冲压剪切成3cm直径的圆块，并放置于有进口和出口的固定器中，所述进口和出口允许血液通过纤维流过。
通过含有三层无纺纤维的装置过滤2ml人全血。
通过自动细胞计数器来测量每个样品的细胞含量。
所报道的结果(表III)是至少五次过滤实验的平均值。
表III
  聚合物   PLT去除率％   WBC去除率％
  NT   48   79
  UB15   34   92
  UB20   35   92
  ST27   31   81
  ST45   27   90
ST30-400 20 92
从所报道的数据中明显可以看出，血小板(PLT)和白血球(WBC)去除的最佳折衷是在用UB系列聚氨酯涂层的纤维中获得的。
血-空白-量度过滤
过滤器的制备：表面积为50cm2的40层纤维(涂布有0.5％的在丙酮中的聚氨酯溶液或者未被涂布)被放置于进口和出口的小室中，以允许在重力效应下发生血液过滤。
所有的全血捐献物在1，4-丁二醇盘中被冷却至20-24℃。在过滤前和过滤后，为了确定全部血小板(PLT)的去除率％，通过血中的自动细胞计数器来测定细胞浓度。在过滤后血中的白细胞(WBCs)用Nageotte细胞来计算。
所得结果总结于表IV。
表IV
运行 过滤纤维 过滤时间(分钟) PLT去除率％ 剩余物WBC/单位×106
1 未处理的PBT 30 99 0.70±0.5
2 UB15 14 100 0.32±0.2
3 UB20 14 100 0.19±0.1
4 ST45 16 75 0.18±0.3
5 ST27 20 98 0.52±0.5
因此确认使用UB系列的聚氨酯增强了涂层纤维的过滤性能(细胞去除和过滤时间)。

Claims (19)

1.一种用于从血中去除物质的过滤器，所述过滤器包括具有包含聚氨酯的涂层的聚合过滤材料，其特征在于所述聚氨酯具有的数均分子量不高于10,000Da。
2.根据权利要求1的过滤器，其中所述血是血组分。
3.根据权利要求1的过滤器，其中所述聚氨酯是通过二异氰酸酯、聚合二醇和单体二醇的加成反应得到的。
4.根据权利要求3的过滤器，其中二异氰酸酯是脂肪族二异氰酸酯。
5.根据权利要求4的过滤器，其中二异氰酸酯是异佛尔酮二异氰酸酯。
6.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中聚合二醇具有的数均分子量不高于400Da。
7.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中所述聚氨酯中的聚合二醇的含量不高于35％重量。
8.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中聚合二醇是聚乙二醇。
9.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中单体二醇是丁二醇。
10.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中所述聚氨酯是能够通过化学计量不平衡的加成反应得到的。
11.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中所述聚氨酯是通过添加过量单体二醇使加成反应的化学计量不平衡而得到的。
12.根据权利要求3至5任何一项的过滤器，其中所述聚合过滤材料包含涂布有所述聚氨酯涂层的无纺聚酯纤维。
13.根据权利要求12的过滤器，其中所述无纺聚酯纤维包含熔喷的聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。
14.根据权利要求1至5任何一项的过滤器，其中所述聚氨酯具有不高于10,000dA的重均分子量。
15.根据权利要求1至14任何一项的过滤器在活体外过滤步骤中从全血中去除白血球和血小板中的非治疗应用。
16.根据权利要求15的非治疗应用，其中所述血是血组分。
17.包含有根据权利要求1至14任何一项的过滤器的血液净化装置。
18.根据权利要求17的血液净化装置，所述装置包含用于将血分离成不含白血球的血组分的血袋装置，该血袋装置包含第一个袋，在流体流动通行中，通过根据权利要求1至14任何一项的过滤器与第二个袋相连。
19.用于制备根据权利要求1至14任何一项的过滤器的方法，所述方法包括将由聚酯纤维材料的无纺纤维组成的多孔底物用如权利要求1至14中任何一项的过滤器中所述的聚氨酯涂层涂布。
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