CN114504953B - 一种中空纤维血液透析膜的制备方法 - Google Patents

一种中空纤维血液透析膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供的中空纤维血液透析膜的制备方法，铸膜液中包括溶剂和间苯二胺，芯液中包括柠檬酸，将铸膜液和芯液加入凝固浴中时，铸膜液中溶剂与凝固浴中非溶剂发生双扩散，进而分相，一相形成中空纤维膜主体，另一相成为中空纤维膜孔结构，最后形成膜内表面为致密层，内部有微孔结构作为支撑层，外表面为开孔微孔结构的中空纤维膜；同时，铸膜液中的间苯二胺和芯液中的柠檬酸单体在膜丝内表面和膜孔中缩水聚合生成聚酰胺，聚酰胺中富余的羧酸基团与凝固浴中NaOH经酸碱中和反应生成羧酸钠，从而在透析膜内表面和膜孔中形成稳定抗凝血功能层，从而将抗凝血剂柠檬酸钠固定到透析膜内表面和膜孔中，得到生物相容性好、高抗凝血性的血液透析膜。

Description

一种中空纤维血液透析膜的制备方法
技术领域
本申请涉及高分子生物膜材料技术领域，尤其涉及一种中空纤维血液透析膜的制备方法。
背景技术
应用于血液透析的中空纤维膜材料作为一种异体物质，透析膜与人体血管内皮细胞存在很大的差异；血液各种成分与膜材料之间发生的相互作用将产生一些列生物反应，如材料表面出现血浆蛋白被吸附、血小板黏附、凝血等，最终形成血栓。
在众多成膜材料中聚砜、聚醚砜以其良好的成膜性、柔韧性以及良好的力学性能成为了当前血液透析膜的主要材质；但是由于聚砜、聚醚砜亲水性较差，在透析过程中血液中的疏水性蛋白类物质如血小板等在膜表面粘附；细胞的粘度和挤压一方面导致细胞壁破裂，释放出细胞内的促凝血因子导致凝血反应的发生，另一方面也会堵塞膜孔降低超滤系数；抗凝血效果不够理想，患者在透析治疗过程中还会出现过敏反应、低氧血症、脂质代谢紊乱等并发症。
发明内容
本申请提供一种中空纤维血液透析膜的制备方法，以提供抗凝血、生物相容性较好的血液透析膜。
本申请提供的一种中空纤维血液透析膜的制备方法，包括：
将聚砜、间苯二胺、添加剂溶解于溶剂中从而得到铸膜液；
将柠檬酸、去离子水溶解于所述溶剂中从而得到芯液；
将NaOH水溶液作为凝固浴；
基于所述铸膜液、所述芯液和所述凝固浴，通过溶液纺丝法制备中空纤维膜，所述中空纤维膜为中空纤维血液透析膜。
可选地，将聚砜、间苯二胺、添加剂溶解于溶剂中从而得到铸膜液，包括：
所述添加剂包括成孔剂和去离子水，所述成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮；
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
按比例称取所述聚砜、所述聚乙烯吡咯烷酮、所述间苯二胺、所述去离子水，加热搅拌并溶解于所述N-甲基吡咯烷酮中，得到所述铸膜液；
其中，溶解温度30-80℃，搅拌速率400-1000r/min，搅拌时间8-24h。
可选地，将柠檬酸、去离子水溶解于所述溶剂中从而得到芯液，包括：
将所述柠檬酸、所述N-甲基吡咯烷酮、去离子水混合，静置脱泡得到芯液。
可选地，基于所述铸膜液、所述芯液和所述凝固浴，通过溶液纺丝法制备中空纤维膜，包括：
分别将所述铸膜液和所述芯液输送至喷丝头外孔和内孔，得到中空纤维；
所述中空纤维经过一段空气区域后进入所述凝固浴；
所述铸膜液中的溶剂和所述凝固浴中的非溶剂发生双扩散进而分相，一相形成中空纤维膜的主体，另一相成为所述中空纤维膜的孔结构。
可选地，所述中空纤维膜的内表面和膜孔中具有抗凝血功能层，所述抗凝血功能层以聚酰胺为骨架，以羧酸钠为功能物质。
可选地，所述中空纤维膜的单丝内径180-220um，壁厚30-50um。
可选地，所述聚乙烯吡咯烷酮包括:PVPK12、PVPK15、PVPK17、PVPK25、PVPK30、PVPK60、PVPK85、PVPK90或PVPK120的其中一种或任意两种以上的混合物。
可选地，所述凝固浴中NaOH浓度为0.000001-0.01mol/L。
本申请提供的一种中空纤维血液透析膜的制备方法，铸膜液中包括溶剂和间苯二胺，芯液中包括柠檬酸，将铸膜液和芯液加入凝固浴中时，铸膜液中的溶剂与凝固浴中的非溶剂发生双扩散，铸膜液中的非溶剂含量不断增加，使得铸膜液由热力学稳态转变为热力学不稳定状态，进而发生液-液或固-固相分离，分成聚合物(聚砜)富相和聚合物贫相，聚合物(聚砜)富相固化后形成膜的主体，聚合物贫相中的PVP(成孔剂)会被水置换出来，从而形成孔结构，最后形成膜内表面为致密层，内部有微孔结构作为支撑层，外表面为开孔微孔结构的中空纤维膜；与此同时，铸膜液中的间苯二胺和芯液中的柠檬酸单体在纺丝过程中，二者在膜丝内表面和膜孔中缩水聚合生成聚酰胺，聚酰胺中富余的羧酸基团与凝固浴中的NaOH经酸碱中和反应生成羧酸钠，从而在透析膜内表面和膜孔中形成稳定的抗凝血功能层，该功能层以聚酰胺为骨架，以羧酸钠为功能物质，从而将抗凝血剂柠檬酸钠固定到透析膜内表面和膜孔中，得到具有高度生物相容性、高抗凝血性的血液透析膜。
附图说明
为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的方法的实际流程等的限制。
图1为根据一些实施例的一种中空纤维血液透析膜的制备方法流程图；
图2为根据一些实施例的一种中空纤维血液透析膜的截面电镜扫描示意图；
图3为根据一些实施例的一种中空纤维血液透析膜的内表面电镜扫描示意图；
图4为根据一些实施例的一种中空纤维血液透析膜的外表面电镜扫描示意图。
具体实施方式
为清楚说明本申请的实施例，下面结合图1对本申请实施例提供的一种中空纤维血液透析膜的制备方法进行描述。
需要说明的是，图1所示流程只是一种示例，并非对本申请保护范围的限定。本申请实施例中，也可采用其他功能类似物质来实现类似功能。
本发明所述的一种抗凝血中空纤维血液透析膜的制备方法，其制备流程包括以下步骤：
步骤一：按比例称取聚砜或聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、间苯二胺、去离子水，加热搅拌溶解于溶剂中形成混合溶液，该混合溶液为铸膜液；其中溶解温度30-80℃，搅拌速率400-1000r/min，搅拌时间8-24h，脱泡时间8-12h。
聚砜或聚醚砜为常用的成膜材料，聚乙烯吡咯烷酮为成孔剂，溶剂可选用聚乙烯吡咯烷酮，具体可选PVPK12、PVPK15、PVPK17、PVPK25、PVPK30、PVPK60、PVPK85、PVPK90或PVPK120的其中一种或任意两种以上的混合物。
步骤二：按比例称取溶剂、去离子水、柠檬酸，搅拌混合均匀形成混合溶液，该混合溶液为芯液。
溶剂可选用聚乙烯吡咯烷酮，具体可选PVPK12、PVPK15、PVPK17、PVPK25、PVPK30、PVPK60、PVPK85、PVPK90或PVPK120的其中一种或任意两种以上的混合物。
步骤三：配制一定摩尔浓度的NaOH水溶液，非溶剂为水，作为凝固浴。
NaOH浓度为0.000001-0.01mol/L。
需要说明的是，本申请实施例中的溶剂和非溶剂是相对聚砜或聚醚砜而言。
步骤四：在0.3～0.5MPa氮气压力下，铸膜液从纺丝釜中通过管道连接的过滤器，由计量泵加压定量输送至喷丝头外孔，同时芯液在压力作用下经过流量计定量输送入喷丝头内孔，喷纺的中空纤维经过一段空气区域后进入凝固浴中，制成中空纤维膜，将其在纯水中水洗，脱除残余溶剂和添加剂；在经烘干后得到中空纤维血液透析膜，进而制成中空纤维血液透析器。
在该步骤中，铸膜液中的溶剂与凝固浴中的非溶剂发生双扩散，铸膜液中的非溶剂含量不断增加，使得铸膜液由热力学稳态转变为热力学不稳定状态，进而发生液-液或固-固相分离，分成聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相固化后形成膜的主体，聚合物贫相中的聚乙烯吡咯烷酮会被水置换出来，从而形成孔结构，最后形成膜内表面为致密层，内部有微孔结构作为支撑层，外表面为开孔微孔结构的中空纤维膜，该中空纤维膜可用于血液透析。其中，中空纤维膜的截面、内表面和外表面的电镜扫描示意图分别如图2、图3和图4所示。
与此同时，铸膜液中的间苯二胺和芯液中的柠檬酸单体在纺丝过程中，二者在膜丝内表面和膜孔中缩水聚合生成聚酰胺，聚酰胺中富余的羧酸基团与凝固浴中的NaOH经酸碱中和反应生成羧酸钠，从而在透析膜内表面和膜孔中形成稳定的抗凝血功能层，该功能层以聚酰胺为骨架，以羧酸钠为功能物质，从而将抗凝血剂柠檬酸钠固定到透析膜内表面和膜孔中，得到具有高度生物相容性、抗凝血性的血液透析膜。由于加入的物质为亲水性物质，因此本申请得到的中空纤维膜的亲水性较好，而亲水性好的材料具有较好的生物相容性。
本申请实施例提供的中空纤维血液透析膜具有非对称全海绵孔结构，其内径为180-220um，壁厚为30-50um，超滤系数为40～100mL/m2.h.mmHg，尿素清除率100-150mL/min.m2，牛血清白蛋白截留率98％-99.7％。
本申请制备工艺简单、可连续生产、结构稳定性好；透析膜表面亲水性改善，抗凝血能力显著提高，生物相容性良好。
下面结合具体实施例对本申请提供的中空纤维血液透析膜的制备流程进行说明。
实施例1
步骤一：将160g聚砜、60g聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、20g间苯二胺、20g去离子水溶于740g N-甲基吡咯烷酮中，溶解温度80℃、搅拌速率1000rpm、搅拌时间12h，膜液经真空脱泡时间8h，得到铸膜液。
步骤二：将50g柠檬酸、400g N-甲基吡咯烷酮、550g去离子水搅拌溶解混合，静置脱泡2h待用，得到芯液。
步骤三：将40g NaOH固体溶解于1000mL去离子水中作为凝固浴。
步骤四：制成中空纤维膜：将所述聚砜/聚醚砜铸膜液真空脱泡、静置脱泡过滤后倒入丝液釜，芯液倒入芯液釜静置脱泡后，采用溶液纺丝法中的干/湿诱导相转化法纺制备中空纤维膜；膜丝经水洗、烘干后制成透析器。
经测试，本实施例制备的中空纤维血液透析膜的超滤系数为45mL/m2.h.mmHg，尿素清除率为120mL/min.m2，牛血清白蛋白截留率为99.5％。同时抗凝血效果良好、无中毒、发炎等不良反应。
实施例2
步骤一：将150g聚砜、50g聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、25g间苯二胺、50g去离子水溶于725g N-甲基吡咯烷酮中，溶解温度80℃、搅拌速率1000rpm、搅拌时间12h，膜液经真空脱泡时间8h，得到铸膜液。
步骤二：将100g柠檬酸、400g N-甲基吡咯烷酮、500g去离子水搅拌溶解混合，静置脱泡2h待用，得到芯液。
步骤三：将40g NaOH固体溶解于1000mL去离子水中作为凝固浴。
步骤四：制成中空纤维膜：将所述聚砜/聚醚砜铸膜液真空脱泡、静置脱泡过滤后倒入丝液釜，芯液倒入芯液釜静置脱泡后，采用溶液纺丝法中的干/湿诱导相转化法纺制备中空纤维膜；膜丝经水洗、烘干后制成透析器。
经测试，本实施例制备的中空纤维血液透析膜的超滤系数为65mL/m2.h.mmHg，尿素清除率为180mL/min.m2，牛血清白蛋白截留率为98.0％。同时抗凝血效果提高、无中毒、发炎等不良反应。
实施例3
步骤一：将150g聚醚砜、35g聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、25g间苯二胺、60g去离子水溶于730g N-甲基吡咯烷酮中，溶解温度80℃、搅拌速率1000rpm、搅拌时间12h。膜液经真空脱泡时间8h，得到铸膜液。
步骤二：配制芯液：将200g柠檬酸、450g N-甲基吡咯烷酮、500g去离子水搅拌溶解混合，静置脱泡2h待用，得到芯液。
步骤三：将40g NaOH固体溶解于1000mL去离子水中作为凝固浴。
步骤四：制成中空纤维膜：将所述聚砜/聚醚砜铸膜液真空脱泡、静置脱泡过滤后倒入丝液釜，芯液倒入芯液釜静置脱泡后，采用溶液纺丝法中的干/湿诱导相转化法纺制备中空纤维膜；膜丝经水洗、烘干后制成透析器。
经测试，本实施例制备的中空纤维血液透析膜的超滤系数为72mL/m2.h.mmHg，尿素清除率为200mL/min.m2，牛血清白蛋白截留率为97.8％。同时抗凝血效果进一步提高、无中毒、发炎等不良反应。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，包括：
将聚砜、间苯二胺、添加剂溶解于溶剂中从而得到铸膜液；
将柠檬酸、去离子水溶解于所述溶剂中从而得到芯液，所述柠檬酸过量；
将NaOH水溶液作为凝固浴；
基于所述铸膜液、所述芯液和所述凝固浴，通过溶液纺丝法制备中空纤维膜，所述中空纤维膜为中空纤维血液透析膜。
2.根据权利要求1所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，将聚砜、间苯二胺、添加剂溶解于溶剂中从而得到铸膜液，包括：
所述添加剂包括成孔剂和去离子水，所述成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮；
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
按比例称取所述聚砜、所述聚乙烯吡咯烷酮、所述间苯二胺、所述去离子水，加热搅拌并溶解于所述N-甲基吡咯烷酮中，得到所述铸膜液；
其中，溶解温度30-80℃，搅拌速率400-1000 r/min，搅拌时间8-24 h。
3.根据权利要求2所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，将柠檬酸、去离子水溶解于所述溶剂中从而得到芯液，包括：
将所述柠檬酸、所述N-甲基吡咯烷酮、去离子水混合，静置脱泡得到芯液。
4.根据权利要求1所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，基于所述铸膜液、所述芯液和所述凝固浴，通过溶液纺丝法制备中空纤维膜，包括：
分别将所述铸膜液和所述芯液输送至喷丝头外孔和内孔，得到中空纤维；
所述中空纤维经过一段空气区域后进入所述凝固浴；
所述铸膜液中的溶剂和所述凝固浴中的非溶剂发生双扩散进而分相，一相形成中空纤维膜的主体，另一相成为所述中空纤维膜的孔结构。
5.根据权利要求1所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述中空纤维膜的内表面和膜孔中具有抗凝血功能层，所述抗凝血功能层以聚酰胺为骨架，以羧酸钠为功能物质。
6.根据权利要求1所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述中空纤维膜的单丝内径180-220 um，壁厚30-50 um。
7.根据权利要求2所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮包括:PVPK12、PVPK15、PVPK17、PVPK25、PVPK30、PVPK60、PVPK85、PVPK90或PVPK120的其中一种或任意两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的中空纤维血液透析膜的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中NaOH浓度为0.000001-0.01 mol/L。
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