CN117696017B - 一种血液净化吸附改性材料及其制备方法 - Google Patents
一种血液净化吸附改性材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于血液净化材料领域，具体涉及一种血液净化吸附改性材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将血液净化吸附材料浸泡于氧化剂酸性溶液中，并进行反应、清洗，得到羧基化净化吸附材料；在所述羧基化净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS‑MES缓冲液进行反应，再加入含胺基疏水化合物‑乙醇/水溶液进行反应，最后加入NO催化剂溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料。本发明在血液净化吸附材料表面修饰疏水性化合物和NO催化剂，既能有效保证吸附材料的生物相容性，减少凝血和炎症反应；也提高了对非极性有害物质、脂溶性药物、脂质溶性物质、非极性细菌内毒素及能与NO催化剂配位的有害蛋白质的去除。
Description
技术领域
本发明属于血液净化材料领域，具体涉及一种血液净化吸附改性材料及其制备方法。
背景技术
血液净化疗法是一种体外循环式的生命支持技术，在临床上已用于治疗各种疾病，如中毒（药物、农药、重金属、生物毒素、毒品等）、***、肝脏疾病、高血脂、败血症、自身免疫病等。这些疾病的患者因摄入有毒物质或因自身解毒、免疫、代谢***出现功能障碍，而在体内积累了大量的外源性或内源性毒素。在患者自身解毒器官（肾脏、肝脏）功能失效的情况下，血液净化疗法可将患者的血液引出体外并通过净化装置，使血液中的毒素被净化去除，再将净化后的血液输回患者体内，从而代替患者的解毒***实现毒素的清除。血液净化的方式包括有：血液透析、血液滤过与血液灌流。其中，血液灌流的核心净化材料是血液灌流吸附剂，基于“吸附”原理，通过吸附剂的广谱吸附和特异性吸附将血液中的毒素去除。广谱性吸附剂在这个过程中扮演了重要的角色，可以同时去除多种不同的有害物质，包括但不限于尿毒素、肌酐、胆红素、内毒素、炎症因子、药物残留、毒素等，缩短治疗时间和次数，减轻器官负担，从而减少患者的痛苦和经济压力。
广谱性吸附柱虽然已经广泛应用于临床，然而在使用过程中依然面临着诸多困难和挑战。包括：1）选择性与亲和性的平衡：广谱性吸附剂需要对多种物质具有高的吸附能力，但同时不希望对正常的血液成分（如蛋白质、电解质、营养物质等）产生过多的吸附作用。因此，设计和制备出同时具有高选择性和高亲和性的广谱性吸附剂是一个重大的挑战。2）生物相容性：吸附剂需要与血液直接接触，因此必须具有良好的生物相容性，以避免诱发血栓、炎症或免疫应答等不良反应。目前，许多吸附剂尚未达到理想的生物相容性。3）容易堵塞：血液中含有多种固体成分，例如红细胞、白细胞、血小板、纤维蛋白等，这些成分可能会堵塞吸附剂的孔隙，从而影响其吸附效果和灌流效率。4）广谱性能：血液中的有害物质种类繁多，包括有机物、无机物、药物、毒素、病原体、细胞等。开发一种能对这些多种物质都具有高效吸附性能的吸附剂是一个巨大的挑战。5）对蛋白质的吸附：血液中含有大量的蛋白质，一些吸附剂可能会对蛋白质产生非特异性的吸附作用，从而改变血液的组成和性质。
在血液灌流中，吸附剂的广谱性吸附作用主要包括范德华力、氢键力、静电力、疏水作用和配位作用等。因此，通过表面改性技术，使广谱性吸附剂具有多种作用力，是实现对多种物质高效吸附的有效手段。
故基于此，提出本发明技术方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的方案是提供一种血液净化吸附改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将血液净化吸附材料浸泡于氧化剂酸性溶液中，并进行反应、清洗，得到羧基化净化吸附材料；
（2）在所述羧基化净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液进行反应，最后加入NO催化剂溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料。
为便于理解本发明，对本发明的反应过程进行说明：
本发明的方法首先利用氧化剂的氧化作用，在血液净化吸附材料表面生成羧基；随后在羧基活化剂EDC/NHS的作用下，疏水性化合物通过酰胺反应和螯合作用分别与吸附材料表面的羧基和能催化NO供体分解释放NO的催化剂结合，通过化学接枝的方式将疏水性化合物和能催化NO供体分解释放NO的催化剂高效、牢固固定在吸附柱材料表面。血液净化吸附改性材料表面的疏水性增加提高了血液净化过程对毒素和废物的吸附能力；而能催化NO供体分解释放NO的催化剂可以催化血液中内源性NO供体源源不断的释放NO，保证血液净化吸附改性材料的生物相容性。疏水性化合物与能催化NO供体分解释放NO的催协同作用提高了血液净化吸附改性材料的吸附性能。本发明可应用于血液净化材料及器械的表面改性处理。
其中，NHS的CAS号为：6066-82-6，英文名称为：N-Hydroxysuccinimide， 中文名称为：N-羟基琥珀酰亚胺。
EDC的CAS号为：25952-53-8，英文名称为：
1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride，中文名称为：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐。
MES的CAS号为：4432-31-9，中文名称为：2-吗啉乙磺酸。
优选地，步骤（1）中，所述血液净化吸附材料为活性炭树脂、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、纳米活性炭、纳米石墨烯、琼脂糖中的一种。
优选地，步骤（1）中，所述氧化剂酸性溶液由氧化剂和酸性水溶液混合制得；
和/或，所述氧化剂为硝酸、高锰酸钾、过氧化氢中的一种或两种以上的组合；所述硝酸和过氧化氢的浓度为0.5~15%，所述高锰酸钾的浓度为0.5~5mg/mL；
和/或，所述酸性水溶液的pH为3~6.5。
优选地，步骤（1）中，所述反应的温度为10~40℃，反应的时间为1~48h。
优选地，步骤（2）中，所述EDC/NHS-MES缓冲液由EDC/NHS和MES缓冲液混合制得；
和/或，所述含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液由含胺基疏水化合物和乙醇/水溶液混合制得；
和/或，所述NO催化剂溶液由催化NO供体分解释放NO的催化剂和水混合制得。
优选地，所述MES缓冲液的pH为3~6.5；
和/或，所述EDC/NHS-MES缓冲液中，EDC的浓度为0.75~7.5mmol/L，NHS的浓度为0.5~5mmol/L；
和/或，所述含胺基疏水化合物为十六烷基胺、十二烷基胺、N-棕榈酰乙醇胺、N-油酰乙醇胺、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、聚二甲基硅氧烷胺、十二烷基三甲胺、氟代十二烷基胺、氟化聚胺、聚对氨基苯醚中的一种或两种以上的组合；
和/或，所述含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液中，含胺基疏水化合物的浓度为0.1~10 mg/mL；
和/或，所述催化NO供体分解释放NO的催化剂为Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Co2+、Ag+、抗坏血酸、铁酞菁、钴酞菁、依布硒啉、硒代胱胺中的一种或两种以上的组合；
和/或，所述NO催化剂溶液中，催化NO供体分解释放NO的催化剂的浓度为0.1~10mg/mL。
优选地，步骤（2）中，所述反应的温度为10~40℃，反应的时间为1~48h。
基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种由上述制备方法得到的血液净化吸附改性材料。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述的制备方法，在酸性水溶液中利用氧化剂的氧化作用，在血液灌流吸附剂的表面原位生成羧基，使惰性表面转化为活性表面。此羧基化表面过程具有非材料依赖性，可以将吸附剂的表面充分氧化并生成羧基，且不会对吸附剂材料本身造成不利的影响，具有广泛的适用性和安全性。
2、羧基化的吸附剂与含有胺基的疏水性化合物发生酰胺反应，通过化学键合的方式将疏水性化合物分子固定在材料表面，显著提高吸附剂材料的疏水性，并且不会影响吸附柱的孔隙大小。
3、吸附剂表面化学固定的NO催化剂与血液接触时，会催化血液中的NO供体分解并释放NO，NO作为一种血管信号分子，可以有效的抑制血小板的活化和聚集，从而减少血栓在吸附剂表面的形成，提高血液相容性；同时，NO可以抑制白细胞的黏附和迁移，抑制炎性细胞因子（如TNF-α、IL-1、IL-6）和趋化因子（如MCP-1）的释放，具有优异的抗炎作用。优异的血液相容性和抗炎作用可以进一步提高吸附剂的生物相容性，降低吸附剂孔隙的堵塞率，提高其吸附效果和灌流效率。
4、改性后的吸附剂与吸附质之间具有多种作用力，包括吸附剂材料本身的综合性能、疏水作用、NO催化剂的配位作用、范德华力、氢键和静电作用力，多种作用力中的两种或两种以上可以协同实现对血液中多种有害物质的高效吸附。
5、本发明所述方法操作简单，反应高效、不需要昂贵的设备，具有广谱实用性，可以将不同的疏水性化合物和NO催化剂固定在吸附剂表面，制备出具有优异吸附性能的血液净化吸附柱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1所述聚苯乙烯改性前/后的水接触角图。
图2是实施例2所述聚甲醛吸附柱材料改性前/后与急性肾损伤兔血液反应，血液中肌酐（a）和尿素氮（b）的含量。
图3是实施例3所述聚醚砜血液灌流吸附柱及微球（a），改性前/后聚醚砜微球与富血小板血浆反应的SEM形貌图（b）。
图4是实施例4所述改性聚丙烯后表面XPS全谱（a）和 Se元素的高分辨谱（b），以及催化NO供体释放NO的速率（c）。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种血液净化吸附改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将过氧化氢与pH=6的酸性水溶液混合，得到浓度为5%的过氧化氢水溶液；
（2）将EDC/NHS与pH=5的MES缓冲液混合，得到EDC/NHS-MES缓冲液；其中，EDC的浓度为1mmol/L，NHS的浓度为1.5mmol/L；
（3）将十二烷基胺与乙醇/水溶液混合，得到浓度为2mg/mL的十二烷基胺-乙醇/水溶液；其中，乙醇/水溶液中，乙醇与水的体积比为4:1；
（4）将氯化铜与水混合，得到浓度为1mg/mL的氯化铜溶液；
（5）将血液净化吸附材料聚苯乙烯充分浸泡于浓度为5 %的过氧化氢水溶液中，在20℃下反应2h，然后清洗得到羧基化的聚苯乙烯净化吸附材料；
（6）在所述羧基化的聚苯乙烯净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入十二烷基胺-乙醇/水溶液进行反应，最后加入氯化铜溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料；反应在20℃下进行，反应总时间为5h。
实施例2
本实施例提供一种血液净化吸附改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将硝酸与pH=3的酸性水溶液混合，得到浓度为1%的硝酸水溶液；
（2）将EDC/NHS与pH=3的MES缓冲液混合，得到EDC/NHS-MES缓冲液；其中，EDC的浓度为0.75mmol/L，NHS的浓度为0.5mmol/L；
（3）将异亮氨酸与乙醇/水溶液混合，得到浓度为0.1mg/mL的异亮氨酸-乙醇/水溶液；其中，乙醇/水溶液中，乙醇与水的体积比为4:1；
（4）将抗坏血酸与水混合，得到浓度为0.1mg/mL的抗坏血酸溶液；
（5）将血液净化吸附材料聚甲醛充分浸泡于浓度为1%的硝酸水溶液中，在10℃下反应12h，然后清洗得到羧基化的聚甲醛净化吸附材料；
（6）在所述羧基化的聚甲醛净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入异亮氨酸-乙醇/水溶液进行反应，最后加入抗坏血酸溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料；反应在10℃下进行，反应总时间为12h。
实施例3
本实施例提供一种血液净化吸附改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将高锰酸钾与pH=6.5的酸性水溶液混合，得到浓度为5mg/mL的高锰酸钾水溶液；
（2）将EDC/NHS与pH=6.5的MES缓冲液混合，得到EDC/NHS-MES缓冲液；其中，EDC的浓度为7.5mmol/L，NHS的浓度为5mmol/L；
（3）将十二烷基三甲胺与乙醇/水溶液混合，得到浓度为10mg/mL的十二烷基三甲胺-乙醇/水溶液；其中，乙醇/水溶液中，乙醇与水的体积比为4:1；
（4）将钴酞菁与水混合，得到浓度为10mg/mL的钴酞菁溶液；
（5）将血液净化吸附材料聚醚砜充分浸泡于浓度为5mg/mL的高锰酸钾水溶液中，在40℃下反应1h，然后清洗得到羧基化的聚醚砜净化吸附材料；
（6）在所述羧基化的聚醚砜净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入十二烷基三甲胺-乙醇/水溶液进行反应，最后加入钴酞菁溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料；反应在40℃下进行，反应总时间为1h。
实施例4
本实施例提供一种血液净化吸附改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将高锰酸钾与pH=6.5的酸性水溶液混合，得到浓度为2mg/mL的高锰酸钾水溶液；
（2）将EDC/NHS与pH=6.5的MES缓冲液混合，得到EDC/NHS-MES缓冲液；其中，EDC的浓度为7.5mmol/L，NHS的浓度为5mmol/L；
（3）将氟化聚胺与乙醇/水溶液混合，得到浓度为10mg/mL的氟化聚胺-乙醇/水溶液；其中，乙醇/水溶液中，乙醇与水的体积比为4:1；
（4）将依布硒啉与水混合，得到浓度为5mg/mL的依布硒啉溶液；
（5）将血液净化吸附材料聚丙烯充分浸泡于浓度为1mg/mL的高锰酸钾水溶液中，在40℃下反应48h，然后清洗得到羧基化的聚丙烯净化吸附材料；
（6）在所述羧基化的聚丙烯净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入氟化聚胺-乙醇/水溶液进行反应，最后加入依布硒啉溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料；反应在40℃下进行，反应总时间为48h。
验证例
图1是实施例1所述聚苯乙烯改性前/后的水接触角图，从图中可以看出，改性后，吸附柱材料表面的水接触显著提高。
图2是实施例2所述聚甲醛吸附柱材料改性前/后与急性肾损伤兔血液反应，血液中肌酐（a）和尿素氮（b）的含量。从图中可以发现，改性后的聚甲醛材料可以明显减少血液中肌酐和尿素氮的含量，证明改性吸附柱对血液中的有毒物质具有优异的吸附性能。
图3是实施例3所述聚醚砜血液灌流吸附柱及微球（a），改性前/后聚醚砜微球与富血小板血浆反应的SEM形貌图（b）。从图中可以发现，改性后的聚醚砜依然具有优异的血液相容性。
图4是实施例4所述改性聚丙烯后表面XPS全谱（a）和 Se元素的高分辨谱（b），以及催化NO供体释放NO的速率（c）。从图中可以发现，催化NO供体分解、释放NO的依布硒林成功修饰到了材料表面，且可以催化释放生理浓度范围内的NO。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将血液净化吸附材料浸泡于氧化剂酸性溶液中，并进行反应、清洗，得到羧基化净化吸附材料；其中：
所述血液净化吸附材料为活性炭树脂、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、纳米活性炭、纳米石墨烯、琼脂糖中的一种；
（2）在所述羧基化净化吸附材料的表面先加入EDC/NHS-MES缓冲液进行反应，再加入含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液进行反应，最后加入NO催化剂溶液进行反应，完成后清洗、干燥，得到血液净化吸附改性材料；其中：
所述NO催化剂溶液由催化NO供体分解释放NO的催化剂和水混合制得；
所述催化NO供体分解释放NO的催化剂为Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Co2+、Ag+、抗坏血酸、铁酞菁、钴酞菁、依布硒啉、硒代胱胺中的一种或两种以上的组合；
所述NO催化剂溶液中，催化NO供体分解释放NO的催化剂的浓度为0.1~10 mg/mL。
2.根据权利要求1所述血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氧化剂酸性溶液由氧化剂和酸性水溶液混合制得；
和/或，所述氧化剂为硝酸、高锰酸钾、过氧化氢中的一种或两种以上的组合；所述硝酸和过氧化氢的浓度为0.5~15%，所述高锰酸钾的浓度为0.5~5mg/mL；
和/或，所述酸性水溶液的pH为3~6.5。
3.根据权利要求1所述血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述反应的温度为10~40℃，反应的时间为1~48h。
4.根据权利要求1所述血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述EDC/NHS-MES缓冲液由EDC/NHS和MES缓冲液混合制得；
和/或，所述含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液由含胺基疏水化合物和乙醇/水溶液混合制得。
5.根据权利要求4所述血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，所述MES缓冲液的pH为3~6.5；
和/或，所述EDC/NHS-MES缓冲液中，EDC的浓度为0.75~7.5mmol/L，NHS的浓度为0.5~5mmol/L；
和/或，所述含胺基疏水化合物为十六烷基胺、十二烷基胺、N-棕榈酰乙醇胺、N-油酰乙醇胺、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、聚二甲基硅氧烷胺、十二烷基三甲胺、氟代十二烷基胺、氟化聚胺、聚对氨基苯醚中的一种或两种以上的组合；
和/或，所述含胺基疏水化合物-乙醇/水溶液中，含胺基疏水化合物的浓度为0.1~10mg/mL。
6.根据权利要求1所述血液净化吸附改性材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述反应的温度为10~40℃，反应的时间为1~48h。
7.权利要求1~6任一所述制备方法得到的血液净化吸附改性材料。
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