本发明涉及功能高分子材料领域，具体涉及一种抗凝血纤维膜及其制备方法和应用。
背景技术：
：聚偏氟乙烯膜(简称PVDF)是一种工程塑料，因其物化稳定性好，常被作为一种性能优异的功能高分子材料制备成平板膜或中空纤维膜，应用于血液净化等领域。但是聚偏氟乙烯膜不具有抗凝血性能，需要对聚偏氟乙烯膜进行改性，以提高膜在血液净化中的应用。目前，常用的改性方法为共混法，例如Rahimpour等人采用缩聚的方法合成了聚氨基-酰亚胺用以共混改性膜材料，使改性后的膜具有较好的抗凝血性能，如现有技术(ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces,2012,100,116)公开了一种三元共聚物共混改性聚醚砜膜材料，改性过后的聚醚砜显示出较好的亲水性以及抗凝血性。但是现有技术中共混得到的改性膜材料，在使用一段时间后，改性剂稳定性变差，导致改性剂从改性膜材料中析出，例如现有技术(PolymersforAdvancedTechnologies，2014,25,851)公开了利用聚乙烯基吡咯烷酮共混聚醚砜的方式来改善聚醚砜的抗凝性能，虽然改性后聚醚砜的抗凝性能有所提高，但是聚乙烯基吡咯烷酮改性剂会在使用过程中逐渐析出，降低膜材料的稳定性。技术实现要素：本发明提供了一种抗凝血纤维膜及其制备方法和应用，本发明提供的抗凝血纤维膜具有永久的抗凝血性能，而且抗凝血性能较好，活化部分凝血酶原的时间为42～60s。本发明提供了一种抗凝血纤维膜，包括聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料，所述带羧基的金属有机框架材料分散在所述聚偏氟乙烯膜中。优选的，所述抗凝血纤维膜的厚度为45～55μm。优选的，所述聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料的质量比为15～22:0.1～4。优选的，所述带羧基的金属有机框架材料具有式I所示的结构：本发明提供了上述技术方案所述抗凝血纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂混合，得到混合料液；(2)将所述步骤(1)得到的混合料液依次进行过滤、脱泡、熟化和纺丝处理，得到抗凝血纤维膜。优选的，所述步骤(1)中带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂的质量比为0.1～4:15～22:74～84.9。优选的，所述步骤(1)中极性有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N,N’-二甲基甲酰胺中的一种或多种。优选的，所述步骤(1)中带羧基的金属有机框架材料的制备方法包括以下步骤：(a)将5-硫代间苯二甲酸单钠、硝酸铜、N,N-二甲基甲酰胺和水混合，得到混合料液；将所述混合料液进行静置，析出沉淀；(b)将所述步骤(a)得到的沉淀与乙醇水溶液混合，静置，析出晶体，得到带羧基的金属有机框架材料。优选的，所述5-硫代间苯二甲酸单钠和硝酸铜的摩尔比为0.9～1.0:0.3～0.4。本发明还提供了上述技术方案所述抗凝血纤维膜或者上述技术方案所述制备方法制备得到的抗凝血纤维膜在制备血液净化装置中的应用。本发明提供了一种抗凝血纤维膜，包括聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料，所述带羧基的金属有机框架材料均匀分散在聚偏氟乙烯膜中。本发明提供的抗凝血纤维膜中金属有机框架材料可稳定存在于聚偏氟乙烯膜基体中，不会从聚偏氟乙烯膜基体中析出，使得本发明提供的抗凝血纤维膜具有永久稳定性。另外，本发明提供的抗凝血纤维膜中由于含有羧基，使得本发明提供的抗凝血纤维膜的抗凝血效果好，实施例结果表明，抗凝血纤维膜的活化部分凝血酶原时间为42～60s，抗凝血效果较好。而且本发明提供的抗凝血纤维膜中含有的金属有机框架材料含有羧基和磺酸基，使得抗凝血纤维膜具有较好的亲水性能，实施例结果表面抗凝血纤维膜与水接触角为50～80°。具体实施方式本发明提供了一种抗凝血纤维膜，包括聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料，所述带羧基的金属有机框架材料分散在所述聚偏氟乙烯膜中。本发明提供了一种抗凝血纤维膜；所述抗凝血纤维膜的厚度优选为45～55μm，进一步优选为48～50μm。本发明提供的抗凝血纤维膜的组成材料包括聚偏氟乙烯膜，本发明对所述聚偏氟乙烯膜的来源没有特别限定，采用市售商品即可。本发明提供的抗凝血纤维膜的组成材料包括带羧基的金属有机框架材料，所述带羧基的金属有机框架材料优选具有式I所示的结构：在本发明中，所述带羧基的金属有机框架材料分散在聚偏氟乙烯膜基体中。在本发明中，所述带羧基的金属有机框架材料的化学式优选为Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6。本发明以所述带羧基的金属有机框架材料为抗凝血纤维膜的组成材料，一方面所述金属有机框架材料中的羧基基团具有抗凝血性能，有利于使制备得到的纤维膜具有较好的抗凝血性能；另一方面，所述金属有机框架材料稳定性较好，在长期使用过程中，不会从抗凝血纤维膜中析出，使本申请提供的抗凝血纤维膜具有永久性。本发明对所述带羧基的金属有机框架材料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的产品或自行制备而成。当所述带羧基的金属有机框架材料采用自行制备的方式获得时，所述带羧基的金属有机框架材料的制备方法优选包括以下步骤：(a)将5-硫代间苯二甲酸单钠、硝酸铜、N,N-二甲基甲酰胺和水混合，得到混合料液；然后将所述混合料液进行静置，析出沉淀；(b)将所述步骤(a)得到的沉淀与乙醇水溶液混合，静置，析出晶体，得到带羧基的金属有机框架材料。本发明优选将5-硫代间苯二甲酸单钠、硝酸铜、N,N-二甲基甲酰胺和水混合，然后静置，析出沉淀。在本发明中，所述5-硫代间苯二甲酸单钠和硝酸铜的摩尔比优选为0.9～1.0:0.3～0.4，进一步优选为0.932:0.34。在本发明中，所述N,N-二甲基甲酰胺和水的体积比优选为1:0.5～1.5，进一步优选为1:1。在本发明中，所述硝酸铜的物质的量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比优选为0.3～0.4mmol:1～2mL，进一步优选为0.34mmol:1.5mL。本发明优选先将5-硫代间苯二甲酸单钠与N,N-二甲基甲酰胺和水混合，然后加热处理，得到5-硫代间苯二甲酸单钠溶液；得到5-硫代间苯二甲酸单钠溶液后，将所述5-硫代间苯二甲酸单钠溶液和硝酸铜混合，得到混合料液。在本发明中，所述加热处理的温度优选为65～75℃，进一步优选为70℃；所述加热处理的时间优选为5～15min，进一步优选为10min。得到5-硫代间苯二甲酸单钠溶液后，本发明优选将所述5-硫代间苯二甲酸单钠溶液和硝酸铜混合，得到混合料液。得到混合料液后，本发明优选将混合料液进行静置，析出沉淀。在本发明中，所述静置的时间优选为4.5～5.5周，进一步优选为4周。所述静置前，本发明优选将混合料液进行过滤处理，去除混合料液中不溶性杂质。本发明优选将静置析出的沉淀与乙醇水溶液混合，得到混合物料。在本发明中，所述沉淀的质量与乙醇水溶液的体积比优选为60～70mg:1.5～2.5mL，进一步优选为65mg:2.0mL。在本发明中，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比优选为1:0.5～1.5，进一步优选为1:1。得到混合物料后，本发明优选将所述混合物料静置，析出晶体，得到带羧基的金属有机框架材料。在本发明中，所述混合物料静置的时间优选为1.5～2.5周，进一步优选为2周。本发明采用静置析出沉淀后，将沉淀再溶解再静置析出的方法制备带羧基的金属有机框架材料，第一次静置析出的沉淀是不纯的带羧基的金属有机框架材料且尺寸较小，没有达到单晶衍射测试条件而无法确定其结构，再溶解再静置后析出的沉淀是纯度较高的带羧基的金属有机框架材料，而且晶体尺寸较大。本发明优选采用上述方法制备得到带羧基的金属有机框架材料，有利于制备得到结晶度高且纯度高的金属有机框架材料，进而有利于提高抗凝血纤维膜的结构稳定性。在本发明中，抗凝血纤维膜中聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料的质量比优选为15～22:0.1～4，进一步优选为16～21:0.5～3.5，更优选为18～20:1.0～3.0，最优选为18.5～19.5:1.5～2.5。本发明优选将聚偏氟乙烯膜和带羧基的金属有机框架材料的质量比控制在上述范围内，有利于使带羧基的金属有机框架材料能够充分分散在聚偏氟乙烯膜中，进而提高抗凝血纤维膜的凝血性能和永久性能。本发明还提供了上述技术方案所述抗凝血纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂混合，得到混合料液；(2)将所述步骤(1)得到的混合料液依次进行过滤、脱泡、熟化和纺丝处理，得到抗凝血纤维膜。本发明将带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂混合，得到混合料液。在本发明中，所述带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂的质量比优选为0.1～4:15～22:74～84.9，进一步优选为0.5～3.5:16～21:75～84，更优选为1.0～3.0:18～20:78～83，最优选为1.5～2.5:18.5～19.5:80～82。在本发明中，所述极性有机溶剂优选包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N,N’-二甲基甲酰胺中的一种或多种。本发明优选采用上述极性有机溶剂，为抗凝血纤维膜的制备提供合适的溶解介质，使带羧基的金属有机框架材料能够与聚偏氟乙烯均匀混合。在本发明中，所述混合的方式优选为，先将带羧基的金属有机框架材料与极性有机溶剂混合，得到混合溶液；然后将混合溶液与聚偏氟乙烯混合，得到混合料液。在本发明中，所述带羧基的金属有机框架材料与极性有机溶剂混合分散的方式优选为超声混合。本发明对超声的具体实施条件没有特别限制，采用常见的超声条件即可。得到带羧基的金属有机框架材料与极性有机溶剂的混合溶液后，本发明优选将所述混合溶液与聚偏氟乙烯混合，得到混合料液。在本发明中，所述混合溶液与聚偏氟乙烯混合优选在加热搅拌条件下进行，所述加热搅拌的温度优选为60～80℃，进一步优选为70～75℃；所述加热搅拌的时间优选为5～15min，进一步优选为10～15min。本发明优选采用加热搅拌混合的方式，有利于使混合溶液与聚偏氟乙烯充分混合。得到带羧基的金属有机框架材料、聚偏氟乙烯和极性有机溶剂的混合料液后，本发明将所述混合料液依次进行过滤、脱泡、熟化和纺丝处理，得到抗凝血纤维膜。本发明对所述混合料液进行过滤，收集滤液。本发明对过滤的方式没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的过滤方式即可。本发明优选通过过滤处理，除去混合料液中杂质。得到滤液后，本发明对所述滤液进行脱泡处理；在本发明中，所述脱泡的方式优选为真空脱泡，所述脱泡的压力优选为10～15mmHg；所述脱泡的时间优选为12～14h。本发明通过真空脱泡处理，能够去除滤液中的小气泡，避免纺丝过程中出现断丝、气泡等现象。本发明对脱泡处理后的滤液进行熟化处理，得到纺丝原液。在本发明中，所述熟化处理的方式优选为静置熟化，所述静置熟化的时间优选为12～14h。本发明通过熟化处理，使得到的纺丝原液成分均匀。得到纺丝原液后，本发明对所述纺丝原液进行纺丝处理，得到抗凝血纤维膜。在本发明中，所述纺丝处理优选包括依次进行的喷丝头挤出、空气浴、水浴、塑化浴和水煮处理。本发明优选将纺丝原液经喷丝头挤出，得到初生纤维。在本发明中，所述喷丝头优选包括同心圆状的中空喷丝头。本发明优选采用上述形状的喷丝头，有利于制备得到中空结构的纤维膜。在本发明中，所述挤出的速度优选为2～15mL/min，进一步优选为8～10mL/min。本发明对所述喷丝头挤出的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的方式即可。得到初生纤维后，本发明优选将所述初生纤维经过空气浴后，进行水浴处理，得到纤维丝。在本发明中，所述空气浴的距离优选为5～40cm，进一步优选为20～30cm。在本发明中，所述水浴处理的温度优选为20～50℃，进一步优选为35～40℃。本发明优选将水浴处理的温度控制在上述范围内，有利于使水浴中的纤维丝凝固成型。本发明对空气浴和水浴的实施方式没有特别限制，采用本领域技术人员所熟知的即可。得到纤维丝后，本发明优选将所述纤维丝进行塑化浴处理，得到纤维膜毛坯。本发明优选通过塑化浴对纤维丝进行牵伸和卷绕处理，所述卷绕速度优选为5～50m/min，进一步优选为20～35m/min。在本发明中，所述纤维膜毛坯的内径优选为160～190μm，进一步优选为170～180μm；所述纤维膜毛坯的膜壁厚度优选为45～50μm。本发明优选通过塑化浴处理，有利于进一步交换溶剂，使纤维膜尺寸更加稳定。得到纤维膜毛坯后，本发明将所述纤维膜毛坯进行水煮处理，得到抗凝血纤维膜。在本发明中，所述水煮处理的温度优选为50～60℃，所述水煮处理的时间优选为8～72h，进一步优选为20～60h，更优选为30～30h。本发明优选通过水煮处理，除去纤维膜毛坯中的溶剂等杂质，得到抗凝血纤维膜。本发明还提供了上述技术方案所述抗凝血纤维膜或者上述技术方案所述制备方法制备得到的抗凝血纤维膜在制备血液净化装置中的应用。在本发明中，所述抗凝血纤维膜优选作为过滤血液用介质用于制备血液净化装置。下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1一种由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜制备方法，所述方法步骤如下：(1)将5-硫代间苯二甲酸单钠(0.932mmol)溶解在3mL的去离子水与N,N-二甲基甲酰胺(体积比1:1)在70℃搅拌10分钟。向上述溶液中加入Cu(NO3)2·3H2O(0.340mmol)水溶液0.5mL，搅拌30分钟。过滤，将母液静置4周，出现沉淀，将沉淀溶解在2mL的去离子水和乙醇的混合溶液中(体积比1:1)，在室温下得到蓝绿色溶液，静置2周，得到蓝色晶体，用去离子水进行洗涤，晾干后研磨得到带羧基的金属有机框架材料；(2)在反应器中加入0.1质量份带羧基的金属有机框架材料及84.9质量份N-甲基吡咯烷酮，常温下超声分散1h后将15份聚偏氟乙烯加入反应器中，于60℃下搅拌4h，得到混合料液；(3)将混合料液通过100μm滤网过滤后，将滤液转移到圆底烧瓶中，于10mmHg的真空度下脱泡12h，并静置12h使其熟化，得到纺丝原液；(4)将纺丝原液压滤后，经计量泵和两个同心圆的中空纤维喷丝头以2mL/min的挤出速度挤出，得到初生纤维；初生纤维在空气浴中经5cm距离后，于20℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸、卷绕(卷绕速度为5m/min)，得到内径为160m，膜壁厚度为50m的中空纤维膜毛坯；将空纤维膜毛坯在50℃的水中煮8h，以除去残留的溶剂等杂质，得到本实施例所述由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜。实施例2一种由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜制备方法，所述方法步骤如下：(1)将5-硫代间苯二甲酸单钠(0.932mmol)溶解在3mL的去离子水与N,N-二甲基甲酰胺(体积比1:1)在70℃搅拌10分钟。向上述溶液中加入Cu(NO3)2·3H2O(0.340mmol)水溶液0.5mL，搅拌30分钟。过滤，将母液静置4周，出现沉淀，将沉淀溶解在2mL的去离子水和乙醇的混合溶液中(体积比1:1)，在室温下得到蓝绿色溶液，静置2周，得到蓝色晶体，用去离子水进行洗涤，晾干后研磨得到带羧基的金属有机框架材料；(2)在反应器中加入4质量份带羧基的金属有机框架材料及74质量份N,N’-二甲基甲酰胺，常温下超声分散1h后将22份聚偏氟乙烯膜加入反应器中，于60℃下搅拌10h，得到混合料液；(3)将混合料液通过100μm滤网过滤后，将滤液转移到圆底烧瓶中，于10mmHg的真空度下脱泡12h，并静置12h使其熟化，得到纺丝原液；(4)将纺丝原液压滤后，经计量泵和两个同心圆的中空纤维喷丝头以15mL/min的挤出速度挤出，得到初生纤维；初生纤维在空气浴中经40cm距离后，于50℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸、卷绕(卷绕速度为50m/min)，得到内径为190m，膜壁厚度为45m的中空纤维膜毛坯；将空纤维膜毛坯在60℃的水中煮72h，以除去残留的溶剂等杂质，得到本实施例所述由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜。实施例3一种由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜制备方法，所述方法步骤如下：(1)将5-硫代间苯二甲酸单钠(0.932mmol)溶解在3mL的去离子水与N,N-二甲基甲酰胺(体积比1:1)在70℃搅拌10分钟。向上述溶液中加入Cu(NO3)2·3H2O(0.340mmol)水溶液0.5mL，搅拌30分钟。过滤，将母液静置4周，出现沉淀，将沉淀溶解在2mL的去离子水和乙醇的混合溶液中(体积比1:1)，在室温下得到蓝绿色溶液，静置2周，得到蓝色晶体，用去离子水进行洗涤，晾干后研磨得到带羧基的金属有机框架材料；(2)在反应器中加入2质量份带羧基的金属有机框架材料及78质量份N,N’-二甲基乙酰胺，常温下超声分散1h后将20份聚偏氟乙烯膜加入反应器中，于60℃下搅拌8h，得到混合料液；(3)将混合料液通过100μm滤网过滤后，将滤液转移到圆底烧瓶中，于10mmHg的真空度下脱泡12h，并静置12h使其熟化，得到纺丝原液；(4)将纺丝原液压滤后，经计量泵和两个同心圆的中空纤维喷丝头以8mL/min的挤出速度挤出，得到初生纤维；初生纤维在空气浴中经30cm距离后，于35℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸、卷绕(卷绕速度为35m/min)，得到内径为170m，膜壁厚度为45m的中空纤维膜毛坯；将空纤维膜毛坯在60℃的水中煮72h，以除去残留的溶剂等杂质，得到本实施例所述由金属有机框架材料Cu2(μ2-OH2)2(HSIP)2(H2O)6杂化的聚偏氟乙烯膜抗凝血纤维膜。对实施例1～3制备得到的抗凝血纤维膜进行水接触测试，测试结果如表1所示。表1实施例1～3抗凝血纤维膜的水接触角实施例1实施例2实施例3水接触角75～80°50～55°57～60°在本发明中，所述水接触角采用德国Dataphysics公司生产的水接触角的仪器OCA20进行测试。由表1测试结果可知，本发明提供的抗凝血纤维膜的水接触角为50～80°，说明本发明提供的抗凝血纤维膜亲水性较好。对实施例1～3制备得到的抗凝血纤维膜的“活化部分凝血酶原时间(APTT)”进行测量，测试结果如表2所示。表2实施例1～3抗凝血纤维膜的活化部分凝血酶原时间在本发明中，所述活化部分凝血酶原时间按照文献NieSQ.etal.,JournalofMaterialsChemistryB,2014,2:4911中记载的方法进行测量。由表2测试结果可知，本发明提供的抗凝血纤维膜的活化部分凝血酶原时间(APTT)为42～60s，说明本发明提供的抗凝血纤维膜抗凝血效果好。将实施例1～3的抗凝血纤维膜分别浸泡在去离子水中，每天换两次水，浸泡一周，测试浸泡一周后抗凝血纤维膜与水的接触角，测试结果如表3所示。表3实施例1～3抗凝血纤维膜浸泡前后的水接触角由表3测试结果可知，本发明提供的抗凝血纤维膜在去离子水中浸泡一周后(每天换2次水)，抗凝血纤维膜与水的接触角保持稳定，由此说明带羧基的金属有机框架材料可以稳定地存在于聚偏氟乙烯薄膜中，本发明提供的抗凝血纤维膜具有较好的稳定性。因为聚四氟乙烯膜的水接触角比抗凝血纤维膜的水接触角高，如果带羧基的金属有机框架材料从抗凝血纤维膜中流失的话，会使水接触角升高。本发明提供的抗凝血纤维膜在浸泡前后，水接触角保持稳定，说明本发明提供的抗凝血纤维膜中的改性带羧基的金属有机框架材料材料没有流失，膜的稳定性较高。综上所述，本发明提供的抗凝血纤维膜具有较好的亲水性能，抗凝血纤维膜与水接触角为50～80°；而且本发明提供的抗凝血纤维膜的活化部分凝血酶原时间为42～60s，抗凝血效果较好；另外，本发明提供的抗凝血纤维膜中金属有机框架材料可稳定存在于聚偏氟乙烯膜基体中，不会从聚偏氟乙烯膜基体中析出，使得本发明提供的抗凝血纤维膜具有永久稳定性。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3