CN107174983A - 一种聚砜透析膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚砜透析膜及其制备方法和应用,所述聚砜透析膜为在聚多巴胺表面改性的聚砜膜上连接有生物活性分子,所述生物活性分子为人血清白蛋白、牛血清白蛋白、纳豆激酶、蚓激酶、凝血调节蛋白或水蛭素中的任意一种或至少两种的组合。本发明的聚砜透析膜能够保证活性生物分子的活性,具有良好的抗凝血功能,纯水通量在65‑140L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为25‑35%,对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量比未改性的聚砜膜均有显著降低。本发明所述方法条件温和,制备过程简单,不会导致膜结构和性能的劣化和生物活性大分子的失活或变性,具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子医用材料制备领域,涉及一种聚砜透析膜及其制备方法和应用。
背景技术
凝血和血栓形成是血液透析过程中面临的最大挑战。血液与外源性膜表面接触的最初反应是血浆蛋白的快速吸附,接着引发血小板的黏附和激活,最后形成血栓。血栓形成的关键因素取决于膜表面的理化性质以及膜表面与血浆蛋白和血小板的相互作用。为了解决这一问题,许多材料通过共混、表面涂层、表面接枝的方式去改善血液透析膜的抗凝性。常用的改性材料包括:亲水性聚合物(如聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮)、肝素类物质、两性离子聚合物和一些生物大分子(如氨基酸和蛋白质等)。
近年来,许多研究者证实在膜上固定氨基酸或蛋白质能够阻止血浆蛋白的吸附,从而具有良好的抗凝血能力。CN1680010A公开了将生物活性大分子DNA或蛋白质通过共混的方式引入聚醚砜膜液中,制得改性聚醚砜中空纤维膜。该制备方法中,DNA或蛋白质是通过简单的物理共混嵌入膜中,在膜使用过程中亲水性的DNA或蛋白质会随之流失,从而影响膜性能的稳定。CN104984664A公开了氨基酸修饰聚醚砜血液透析膜的制备方法,该方法是通过氯甲基聚醚砜膜上的氯甲基在碱性条件下与氨基酸上的羧基发生缩合反应,从而将氨基酸固定在聚醚砜膜上。该方法制得的氨基酸修饰聚醚砜血液透析膜虽然比中国专利CN1680010A制得的膜具有更好的性能稳定性,但是氨基酸接枝到氯甲基聚醚砜膜上的反应需要在强碱性条件下完成,会导致氯甲基聚醚砜膜结构和性能的劣化。同时,对一些具有生物活性的大分子而言,这种接枝方法也增加了生物活性大分子失活、变性的风险。
因此,开发一个反应条件温和的生物活性大分子固定在膜上的方法具有重要的实际应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种聚砜透析膜及其制备方法和应用。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一方面,本发明提供一种聚砜透析膜,所述聚砜透析膜为在聚多巴胺表面改性的聚砜膜上连接有生物活性分子,所述生物活性分子为人血清白蛋白、牛血清白蛋白、纳豆激酶、蚓激酶、凝血调节蛋白或水蛭素中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中,所述的活性生物分子如人血清白蛋白、牛血清白蛋白、纳豆激酶、蚓激酶、凝血调节蛋白或水蛭素为具有抗凝血功能的蛋白质。因此,本发明通过在聚砜膜形成聚多巴胺表面修饰,进而将生物活性分子连接至聚砜膜,可以使得该聚砜膜具有良好的抗凝血功能。
另一方面,本发明提供了第一方面所述的聚砜透析膜的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)多巴胺经自聚反应在聚砜基膜表面形成聚多巴胺,得到聚多巴胺改性聚砜膜;
(2)使生物活性分子与聚多巴胺发生反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上,对聚砜膜进行后处理得到所述聚砜透析膜。
优选地,步骤(1)所述多巴胺经自聚反应在聚砜膜表面形成聚多巴胺的方法为:聚砜膜浸于多巴胺溶液中进行反应,而后取出,清洗,得到聚多巴胺改性聚砜膜。
优选地,所述多巴胺溶液为多巴胺的Tris缓冲溶液。
优选地,所述多巴胺溶液的浓度为0.5-4mg/mL,例如0.5mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、1.3mg/mL、1.5mg/mL、1.8mg/mL、2mg/mL、2.2mg/mL、2.5mg/mL、2.8mg/mL、3mg/mL、3.2mg/mL、3.5mg/mL、3.8mg/mL或4mg/mL。
优选地,所述多巴胺溶液的pH值为8-9,例如8、8.2、8.4、8.6、8.8、8.9或9。
优选地,所述自聚反应的温度为25-30℃,例如25℃、25.5℃、26℃、26.5℃、27℃、27.5℃、28℃、28.5℃、29℃、29.5℃或30℃。
优选地,所述自聚反应的时间为0.5-12小时,例如0.5小时、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时或12小时。
优选地,步骤(1)所述聚砜基膜为平片膜或中空纤维膜。
优选地,步骤(1)所述聚砜基膜的截留分子量为50000-200000,例如50000、55000、60000、70000、80000、90000、100000、120000、140000、150000、170000、180000、190000或200000。
优选地,步骤(2)所述生物活性分子与聚多巴胺发生michael加成反应。
优选地,步骤(2)所述使生物活性分子与聚多巴胺发生反应的方法为:利用聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤生物活性分子溶液,在此过滤过程中,蛋白质上的氨基与聚多巴胺上的儿茶酚发生michael加成反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上。
优选地,所述生物活性分子溶液为生物活性分子的PBS缓冲液。
优选地,所述生物活性分子溶液的浓度为0.5-3mg/mL,例如0.5mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.6mg/mL、1.8mg/mL、2mg/mL、2.2mg/mL、2.4mg/mL、2.6mg/mL、2.8mg/mL或3mg/mL。
优选地,所述死端过滤的时间为0.5-3小时,例如0.5小时、0.8小时、1小时、1.2小时、1.4小时、1.6小时、1.8小时、2小时、2.2小时、2.4小时、2.6小时、2.8小时或3小时。
优选地,所述后处理为:用PBS缓冲液清洗聚砜膜,再用去离子水清洗,然后用蔗糖溶液清洗聚砜膜表面,而后将所得聚砜膜干燥。利用PBS缓冲液清洗聚砜膜,再用去离子水清洗的目的是除去未固定的生物活性分子;用蔗糖溶液清洗膜表面的目的是防止膜表面上固定的生物活性分子在后续的干燥或储存过程中变性或失活。
优选地,用PBS缓冲液清洗聚砜膜的时间为5-60min,例如5min、8min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
优选地,所述干燥为常温常压或常温真空干燥。
优选地,所述干燥的时间为12-24小时,例如12小时、14小时、16小时、18小时、20小时、22小时或24小时。
作为本发明的优选技术方案,所述聚砜透析膜的制备方法具体包括以下步骤:
(1)将聚砜膜浸于pH值为8-9、浓度为0.5-4mg/mL的多巴胺的Tris缓冲溶液中,多巴胺经自聚反应在聚砜膜表面形成聚多巴胺,所述自聚反应的温度为25-30℃,时间为0.5-12小时,得到聚多巴胺改性聚砜膜;
(2)用步骤(1)所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为0.5-3mg/mL的蛋白质缓冲溶液0.5-3小时,使生物活性分子与聚多巴胺发生michael加成反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上,用PBS缓冲液清洗聚砜膜,再用去离子水清洗,然后用蔗糖溶液清洗聚砜膜表面,而后干燥,得到所述聚砜透析膜。
另一方面,本发明提供了利用第一方面所述的聚砜透析膜在样品分离中的应用。本发明的聚砜透析膜可用于蛋白质样品、血液样品等的透析分离。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
通过本发明方法将活性生物分子连接至聚多巴胺改性聚砜膜上,能够保证活性生物分子的活性,具有良好的抗凝血功能,纯水通量在65-140L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为25-35%,对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量比未改性的聚砜膜均有显著降低。本发明所述方法条件温和,制备过程简单,不会导致膜结构和性能的劣化和生物活性大分子的失活或变性。改性膜的结构和性能可以根据多巴胺和生物活性大分子的固定量精准调控,能方便地满足应用需求,具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
将截留分子量为100000的聚砜膜浸泡在pH值为8.5,多巴胺浓度为2mg/mL的Tris缓冲溶液中,在25℃下浸泡1小时,然后取出,用去离子水震荡冲洗12小时,除去多余的多巴胺缓冲液,得到聚多巴胺改性聚砜膜。用所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为1mg/mL的牛血清白蛋白(BSA)缓冲溶液1小时。过滤结束之后,用PBS缓冲液震荡清洗改性膜30min,再用去离子水冲洗3次,以除去未固定的蛋白质。然后用蔗糖溶液冲洗膜表面,以防止膜表面上固定的蛋白质在后续的干燥或储存过程中变性或失活;最后所得的膜经过常温常压或常温真空干燥24小时后,得到抗凝血聚砜血液透析膜。
所得的抗凝血聚砜血液透析膜的纯水通量为140L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为25%左右。对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量分别比未改性的聚砜膜降低14%、27%和79%。
实施例2
将截留分子量为100000的聚砜膜浸泡在pH值为8,多巴胺浓度为2mg/mL的Tris缓冲溶液中,在25℃下浸泡3小时,然后取出,用去离子水震荡冲洗6小时,除去多余的多巴胺缓冲液,得到聚多巴胺改性聚砜膜。用所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为0.5mg/mL的纳豆激酶缓冲溶液2小时。过滤结束之后,用PBS缓冲液震荡清洗改性膜20min,再用去离子水冲洗2次,以除去未固定的蛋白质。然后用蔗糖溶液冲洗膜表面,以防止膜表面上固定的蛋白质在后续的干燥或储存过程中变性或失活;最后所得的膜经过常温常压或常温真空干燥12小时后,得到抗凝血聚砜血液透析膜。
所得的抗凝血聚砜血液透析膜的纯水通量为129L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为30%左右。对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量分别比未改性的聚砜膜降低21%、37%和83%。
实施例3
将截留分子量为50000的聚砜膜浸泡在pH值为9,多巴胺浓度为0.5mg/mL的Tris缓冲溶液中,在25℃下浸泡1小时,然后取出,用去离子水震荡冲洗4小时,除去多余的多巴胺缓冲液,得到聚多巴胺改性聚砜膜。用所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为2mg/mL的蚓激酶缓冲溶液0.5小时。过滤结束之后,用PBS缓冲液震荡清洗改性膜60min,再用去离子水冲洗2次,以除去未固定的蛋白质。然后用蔗糖溶液冲洗膜表面,以防止膜表面上固定的蛋白质在后续的干燥或储存过程中变性或失活;最后所得的膜经过常温常压或常温真空干燥16小时后,得到抗凝血聚砜血液透析膜。
所得的抗凝血聚砜血液透析膜的纯水通量为65L/m2.h.bar,对BSA的截留率为98%以上,对溶菌酶的截留率为35%左右。对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量分别比未改性的聚砜膜降低57%、63%和93%。
实施例4
将截留分子量为200000的聚砜膜浸泡在pH值为8.5,多巴胺浓度为4mg/mL的Tris缓冲溶液中,在30℃下浸泡9小时,然后取出,用去离子水震荡冲洗8小时,除去多余的多巴胺缓冲液,得到聚多巴胺改性聚砜膜。用所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为1mg/mL的凝血调节蛋白缓冲溶液1.5小时。过滤结束之后,用PBS缓冲液震荡清洗改性膜10min,再用去离子水冲洗3次,以除去未固定的蛋白质。然后用蔗糖溶液冲洗膜表面,以防止膜表面上固定的蛋白质在后续的干燥或储存过程中变性或失活;最后所得的膜经过常温常压或常温真空干燥24小时后,得到抗凝血聚砜血液透析膜。
所得的抗凝血聚砜血液透析膜的纯水通量为89L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为20%左右。对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量分别比未改性的聚砜膜降低43%、59%和85%。
实施例5
将截留分子量为80000的聚砜膜浸泡在pH值为8.5,多巴胺浓度为1mg/mL的Tris缓冲溶液中,在30℃下浸泡12小时,然后取出,用去离子水震荡冲洗5小时,除去多余的多巴胺缓冲液,得到聚多巴胺改性聚砜膜。用所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为3mg/mL的人血清白蛋白缓冲溶液1.5小时。过滤结束之后,用PBS缓冲液震荡清洗改性膜60min,再用去离子水冲洗3次,以除去未固定的蛋白质。然后用蔗糖溶液冲洗膜表面,以防止膜表面上固定的蛋白质在后续的干燥或储存过程中变性或失活;最后所得的膜经过常温常压或常温真空干燥12小时后,得到抗凝血聚砜透析膜。
所得的抗凝血聚砜血液透析膜的纯水通量为132L/m2.h.bar,对BSA的截留率为95%以上,对溶菌酶的截留率为28%左右。对BSA、血纤蛋白原和血小板的吸附量分别比未改性的聚砜膜降低38%、45%和81%。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的聚砜透析膜及其制备方法和应用,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种聚砜透析膜,其特征在于,所述聚砜透析膜为在聚多巴胺表面改性的聚砜膜上连接有生物活性分子,所述生物活性分子为人血清白蛋白、牛血清白蛋白、纳豆激酶、蚓激酶、凝血调节蛋白或水蛭素中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的聚砜透析膜的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)多巴胺经自聚反应在聚砜基膜表面形成聚多巴胺,得到聚多巴胺改性聚砜膜;
(2)使生物活性分子与聚多巴胺发生反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上,对聚砜膜进行后处理得到所述聚砜透析膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述多巴胺经自聚反应在聚砜膜表面形成聚多巴胺的方法为:聚砜膜浸于多巴胺溶液中进行反应,而后取出,清洗,得到聚多巴胺改性聚砜膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述多巴胺溶液为多巴胺的Tris缓冲溶液;
优选地,所述多巴胺溶液的浓度为0.5-4mg/mL;
优选地,所述多巴胺溶液的pH值为8-9。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述自聚反应的温度为25-30℃;
优选地,所述自聚反应的时间为0.5-12小时。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述聚砜基膜为平片膜或中空纤维膜;
优选地,步骤(1)所述聚砜基膜的截留分子量为50000-200000。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述生物活性分子与聚多巴胺发生michael加成反应;
优选地,步骤(2)所述使生物活性分子与聚多巴胺发生反应的方法为:利用聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤生物活性分子溶液,在此过滤过程中,蛋白质上的氨基与聚多巴胺上的儿茶酚发生michael加成反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上;
优选地,所述生物活性分子溶液为生物活性分子的PBS缓冲液;
优选地,所述生物活性分子溶液的浓度为0.5-3mg/mL;
优选地,所述死端过滤的时间为0.5-3小时。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述后处理为:用PBS缓冲液清洗聚砜膜,再用去离子水清洗,然后用蔗糖溶液清洗聚砜膜表面,而后将所得聚砜膜干燥;
优选地,用PBS缓冲液清洗聚砜膜的时间为5-60min;
优选地,所述干燥为常温常压或常温真空干燥;
优选地,所述干燥的时间为12-24小时。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将聚砜膜浸于pH值为8-9、浓度为0.5-4mg/mL的多巴胺的Tris缓冲溶液中,多巴胺经自聚反应在聚砜膜表面形成聚多巴胺,所述自聚反应的温度为25-30℃,时间为0.5-12小时,得到聚多巴胺改性聚砜膜;
(2)用步骤(1)所得的聚多巴胺改性聚砜膜死端过滤浓度为0.5-3mg/mL的蛋白质缓冲溶液0.5-3小时,使生物活性分子与聚多巴胺发生michael加成反应,从而将生物活性分子连接在聚砜膜上,用PBS缓冲液清洗聚砜膜,再用去离子水清洗,然后用蔗糖溶液清洗聚砜膜表面,而后干燥,得到所述聚砜透析膜。
10.根据权利要求1所述的聚砜透析膜在样品分离中的应用。
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