一种血液灌流吸附剂及其制备方法

1.本发明涉及功能高分子材料中吸附剂树脂的生产工艺技术领域，具体涉及一种血液灌流吸附剂及其制备方法。


背景技术：

2.血液灌流技术广泛应用于中毒急救、肾病、肝病及危重病领域，其原理是借助动力将患者的血液引至体外循环，与血液灌流器中具有特殊吸附功能的吸附剂接触，除去患者血液中的内源性或外源性毒物或致病物质，从而达到血液净化的目的。我国自上个世纪70年代末，对血液灌流用的吸附剂开展了比较深入的研究，并得到了较为广泛的应用。特别在药物中毒、肝衰竭、肾衰竭、免疫吸附等方面已取得丰硕成果。目前，已应用于临床的灌流吸附剂有包膜活性炭、大孔吸附树脂、离子交换树脂、炭化树脂、dna免疫吸附与蛋白a免疫吸附等吸附剂类型。
3.聚苯乙烯基交联大孔吸附树脂和聚苯乙烯基离子交换树脂作为两种主要的血液灌流吸附剂，在血液灌流领域展示出优异的血液净化性能。然而，聚苯乙烯离子交换树脂和高交联多孔树脂在生产和使用中仍存在一定问题，如阴离子交换树脂由苯乙烯-二乙烯基苯交联聚合物先经氯甲基化，再经胺化制得；交联聚苯乙烯树脂，如超高交联聚苯乙烯树脂，主要采用大孔型低交联聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物的氯甲基化及friedel-crafts后交联制得。目前，业界广泛使用氯甲醚为氯甲基化试剂，由于其强致癌性及低沸点易挥发性，对生产操作人员的健康造成极大的威胁、对环境造成较大的污染，且制备成本高昂，从而影响到整个产业的持续发展，有待进一步的技术优化和改进。
4.另外，在血液灌流技术中，超高交联大孔吸附树脂，利用孔结构可吸附血液中过多的中大分子毒素，减少重要器官损伤及并发症；苯乙烯系阴离子交换树脂，依靠亲脂结合性和强烈静电作用力特异性吸附并清除带有负电特性的脏器损伤毒素，如胆红素和内毒素等。在人工肝治疗领域，通常将两种吸附剂结合一起进行治疗，如健帆公司的dpmas人工肝系统。然而，鉴于超高交联大孔吸附树脂和离子交换树脂各自的血液净化功能和原理上的区别，以及吸附清除效果的有限性，在临床使用中需采用多个分离/吸附器。因多个器件连接，导致管路复杂、操作繁琐、设备复杂、治疗成本高。开发具有更高广谱性毒素吸附清除功能的新型树脂，降低医疗成本，提高患者的救治率，已成为迫切的临床需求。
5.因而，研发一种避免使用氯甲醚为原料，制备工艺方法绿色环保、且性能可控、具有更高广谱性毒素吸附清除功能的新型吸附剂，对保障人类健康和促进血液灌流吸附剂树脂行业发展至关重要。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种血液灌流吸附剂及其制备方法，该吸附剂材料不使用氯甲醚为原料，制备工艺方法绿色环保、且结构与性能可控。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供一种血液灌流吸附剂，所述血液灌流吸附剂主要在溶胀剂、交联剂和催化剂的存在下，对带有含氮基团的多孔聚苯乙烯基微球进行后交联反应得到。
9.所述交联剂的分子式为：
[0010]10.的至少一种；
[0011]
其中，r1为*—ch3、*—ch2ch3、*—ch2ch2ch3、*—ch2ch2ch2ch3、*—ch(ch3)2的其中一种；k为0～18的整数；
[0012]
r2为氢，*—ch3、*—ch2ch3、的其中一种；
[0013]
r3为氢，*—ch3、*—ch2ch3、的其中一种；
[0014]
其中，*代表共价连接的点；
[0015]
所述的含氮基团为季铵盐基团结构、叔胺基团结构、仲胺基团结构、伯胺基团结构、吡啶基团结构、芳香胺基团结构、吡咯基团结构、咪唑基团结构的至少一种；
[0016]
所述的血液灌流吸附剂为球形颗粒，粒径在0.01mm～3mm；
[0017]
所述的血液灌流吸附剂比表面积为10～3500m2/g；
[0018]
所述血液灌流吸附剂的离子交换容量可控制为0.0001～5.0mmol/ml。
[0019]
本发明所述的血液灌流吸附剂的制备方法，依次包括如下步骤：
[0020]
(1)由苯乙烯类单体、含氮基团单体、共聚单体、有机致孔剂、引发剂组成油相，所述油相在由分散剂、分散助剂和水组成的水相中进行悬浮聚合，将聚合得到的树脂中的致孔剂去除，净化、干燥，得到带有含氮基团的多孔聚苯乙烯基微球；
[0021]
在悬浮聚合反应的单体中，所述苯乙烯类单体为多乙烯基芳香族单体、单乙烯基芳香族单体的至少一种；
[0022]
所述多乙烯基芳香族单体包括由二乙烯基苯、间-二乙烯基苯和对-二乙烯基苯的混合物、三乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基萘，及其衍生物例如卤代物，比如氯代二乙烯基苯等组成的一类化合物。这些化合物可以单独或者以两种或以上的混合物使用。所述的多乙烯基芳香族单体优选为间-二乙烯基苯和对-二乙烯基苯的至少一种；特别优选的多乙烯基芳香族单体混合物由间-二乙烯基苯和对-二乙烯基苯组成。在本发明的步骤(1)悬浮聚合制备聚苯乙烯基微球中，所述的多乙烯基芳香族单体的量为以共聚物干重计；所述单体包含至少1wt％多乙烯基芳香族单体；所述的多乙烯基芳香族单体的量为以共聚物干重计，优选1-80wt％。
[0023]
在悬浮聚合反应的单体中，所述的单乙烯基芳香族单体包括但不限于，例如，苯乙烯和c
1-c4烷基取代的苯乙烯，比如乙基苯乙烯、间-乙基苯乙烯和对-乙基苯乙烯及其混合物、衍生物例如卤代物，比如氯代苯乙烯和氯代乙基苯乙烯。这些化合物可以单独或者以两种或以上的混合物使用；所述的单乙烯基芳香族单体优选为苯乙烯、间-乙基苯乙烯、对-乙基苯乙烯的至少一种；特别优选的混合物，如间-乙基苯乙烯和对-乙基苯乙烯混合物和苯乙烯、间-乙基苯乙烯和对-乙基苯乙烯的混合物。在本发明的步骤(1)悬浮聚合制备聚苯乙烯基微球中，所述的单乙烯基芳香族单体的量为以共聚物干重计；所述单体包含不超过99wt％单乙烯基芳香族单体；所述的单乙烯基芳香族单体的量为以共聚物干重计，优选20～99wt％。
[0024]
所述含氮基团单体为：
[0025][0025]
的至少一种；
[0026]
其中，r4为氢、甲基、乙基、丙基、异丙基的其中一种；r5为0～6个碳原子的亚烷基；
[0027]
r6为季铵盐基团结构、叔胺基团结构、仲胺基团结构、伯胺基团结构、吡啶基团结构、芳香胺基团结构、吡咯基团结构、咪唑基团结构的其中一种；
[0028]
当r6为叔胺基团结构时，含氮基团单体优选为n-甲基二烯丙基胺、二甲基丙烯酰胺、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、n,n,n',n'-四甲基二丙烯三胺、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、n,n-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯；
[0029]
当r6为仲胺基团结构时，含氮基团单体优选为羟甲基丙烯酰胺；
[0030]
当r6为伯胺基团结构时，含氮基团单体优选为丙烯胺、2-丙烯-1-胺甲基、；
[0031]
当r6为吡啶基团结构时，含氮基团单体优选为4-乙烯吡啶、2-甲基-3-乙烯吡啶、3-甲基-5-乙烯吡啶、5-乙基-2-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、4-苯乙烯基吡啶；
[0032]
当r6为芳香胺基团结构时，含氮基团单体优选为丙烯酰苯胺、n-(2-氨基苯基)丙
烯酰胺；
[0033]
当r6为吡咯基团结构时，含氮基团单体优选为n-乙烯吡咯烷酮；
[0034]
当r6为咪唑基团结构时，含氮基团单体优选为2-乙烯咪唑、1-乙烯基咪唑；
[0035]
所述的共聚单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、n-羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯的至少一种；
[0036]
所述有机致孔剂为有机氯、碳氢化合物、醇的至少一种；所述有机氯为亚甲基二氯、二氯化乙烯、二氯化丙烯、氯苯、氯甲苯的至少一种；所述碳氢化合物为环己胺、甲基环己胺、乙基环己胺、苯、甲苯、二甲苯、乙苯的至少一种；所述醇为甲基异丁基甲醇、二异丁基甲醇、异辛醇的的至少一种；
[0037]
所述引发剂为过氧化物和偶氮化合物的至少一种；所述过氧化物优选过氧化二苯甲酰、2-乙基过氧己酸叔丁酯、过氧化二月桂酰；所述偶氮化合物优选偶氮二异丁腈、2，2
’-
偶氮二-2-甲基丁腈。
[0038]
所述分散剂为聚乙烯醇、明胶、纤维素衍生物或聚丙烯酰胺的至少一种；
[0039]
所述分散助剂为焦磷酸钠、聚乙二醇、聚二烯二甲基氯化铵、丙烯酰胺、纤维素、异丙醇、正丁醇、异辛醇的至少一种，优选聚乙二醇和聚二烯二甲基氯化铵。
[0040]
进一步的，所述苯乙烯类单体、含氮基团单体、共聚单体、有机致孔剂、引发剂的质量比为1:(0.01～1):(0～1):(0.1～10):(0.001～0.1)；
[0041]
所述水、分散剂、分散助剂的质量比为1:(0.0001～0.1):(0～0.01)；
[0042]
所述油相和水相的质量比为1:(0.5～10)；
[0043]
所述悬浮聚合反应温度为20～90℃，反应时间为1～24h；
[0044]
鉴于含氮基团单体在水中有一定的溶解度，为减少含氮基团单体在水中的溶解度，可在水相中加入盐类物质，所述盐类物质可包括氯化钠、硫酸镁、碳酸钠、碳酸氢钠等。
[0045]
(2)交联反应
[0046]
将带有含氮基团的多孔聚苯乙烯基微球与溶胀剂、交联剂相混合，加入催化剂进行后交联反应，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0047]
所述的溶胀剂为二氯甲烷、二氯乙烷、二氯化丙烯、氯苯、氯甲苯、硝基苯的至少一种；
[0048]
所述的催化剂为三氯化铁，氯化铝、氯化锌的至少一种；
[0049]
所述带有含氮基团的多孔聚苯乙烯基微球、溶胀剂、催化剂、交联剂的质量比为1:(1～100):(0.1～10):(0～10)；
[0050]
所述后交联反应条件为在40～130℃温度下回流反应2～80h。
[0051]
步骤(2)中，可采用将带有含氮基团的多孔聚苯乙烯基微球与溶胀剂混合，在10～60℃条件下溶胀1～12h；再加入交联剂和催化剂，进行交联反应。
[0052]
采用步骤(2)中的交联方法，亦可对现有商品化树脂，如带有胺类基团的离子交换树脂，如带有季胺基团的强碱性阴离子交换树脂和带有氨基、吡啶基团、仲胺基团、叔胺基团等的弱碱性阴离子交换树脂进行后交联反应，得到所对应的血液灌流吸附剂。
[0053]
另外，悬浮聚合反应、交联反应条件对产物的功能基团容量、表面积和孔容等性能有影响，所述的悬浮聚合反应条件包括，例如，加入单体的种类和含量、交联的程度、致孔剂
的存在与否和种类等；交联反应条件包括，例如，催化剂的量、交联剂的种类和含量、反应时间和反应温度等。通过适当改变反应条件，可有效调控吸附剂的结构和性能，获得理想性能目标产物。
[0054]
在所获得的带有含氮基团的血液灌流吸附剂的基础上，可对吸附剂的含氮基团进行进一步的化学反应改性，进一步调控吸附剂材料的结构与性能。以乙烯基吡啶作为含氮基团单体为例，其与苯乙烯、二乙烯苯等苯乙烯类单体共聚得到带有吡啶基团的多孔聚苯乙烯基微球，再进一步与与溶胀剂、交联剂相混合，加入催化剂进行后交联反应，净化，得到血液灌流吸附剂。所得到的血液灌流吸附剂内部带有吡啶功能基团。本发明可进一步对吡啶基团进行化学反应，如季胺化反应，通过加入季胺化试剂，如卤代烷、有机酸、苄基氯、氯代醇、硫酸酯等，将吡啶基团进一步季胺化，来改变吸附剂的表面化学性质，进而调控吸附剂对毒素的吸附性能。
[0055]
本发明还提供一种用于清除血液中的内源性或外源性毒物或致病物质的灌流器，灌流器包含上述血液灌流吸附剂或由上述制备方法制得的血液灌流吸附剂。本发明的血液灌流用吸附树脂或由本发明的制备方法制得的血液灌流用吸附树脂可用于在血液灌流吸附人体或动物体内内源性或外源性毒物或致病物质，具体地，可以用在灌流器中，作为吸附剂。
[0056]
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
[0057]
1、本发明的制备方法，由于制备过程中避免了致癌性氯甲基甲醚的使用，因此解决了传统工艺中使用致癌性氯甲基甲醚带来的安全环保问题；
[0058]
2、本发明采用新型交联剂体系，在聚苯乙烯微球的基础上，一步法实现吸附剂树脂的后交联和含氮基团功能化，反应过程简单；
[0059]
3、本发明的新型吸附剂树脂的制备开发，有助于提高吸附剂的广谱性毒素吸附清除功能，降低医疗成本。
附图说明
[0060]
图1为实施例4中血液灌流吸附剂的制备原理示意图；
[0061]
图2为实施例7中血液灌流吸附剂的制备原理示意图；
[0062]
图3为实施例7中血液灌流吸附剂的内部sem图；
[0063]
图4为实施例8中血液灌流吸附剂的制备原理示意图；
[0064]
图5为实施例8中血液灌流吸附剂的内部sem图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图和实施例子对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0066]
实施例1
[0067]
将30g 80％二乙烯基苯/20％乙基苯乙烯、60g苯乙烯、30g n-甲基二烯丙基胺、150g甲苯、20g异辛醇、1.4g过氧化苯甲酰搅拌均匀组成油相；将油相加入预溶解均匀的由900g去离子水、5g聚乙烯醇组成的水相，开启搅拌，梯度加热混合物至60-80℃，恒温15小时。将聚合得到的树脂中的致孔剂去除，净化得到带有含叔胺基团的多孔聚苯乙烯基微球。
[0068]
实施例2
[0069]
将50g 63％二乙烯基苯/37％乙基苯乙烯、50g苯乙烯、50g 4-乙烯基吡啶、10g甲苯、190g甲基环己烷、1.8g过氧化苯甲酰搅拌均匀组成油相；将油相加入预溶解均匀的由600g去离子水、25g明胶组成的水相，开启搅拌，梯度加热混合物至60-90℃，恒温9小时。将聚合得到的树脂中的致孔剂去除，净化得到带有含吡啶基团的多孔聚苯乙烯基微球。
[0070]
实施例3
[0071]
将90g 55％二乙烯基苯/45％乙基苯乙烯、10g苯乙烯、100g 1-乙烯基咪唑、90g甲苯、90g乙基环己胺、1.8g偶氮二异丁腈搅拌均匀组成油相；将油相加入预溶解均匀的由1000g去离子水、5g明胶组成的水相，开启搅拌，梯度加热混合物至60-75℃，恒温12小时。将聚合得到的树脂中的致孔剂去除，净化得到带有含咪唑基团的多孔聚苯乙烯基微球。
[0072]
实施例4
[0073]
取100g实施例1所制备的带有含叔胺基团的多孔聚苯乙烯基微球,与500g二氯乙烷、200g二甲氧基甲烷和400g三氯化铁混合，在50-80℃梯度升温条件下回流反应12h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0074]
图1为实施例4中血液灌流吸附剂的制备原理示意图。
[0075]
实施例5
[0076]
取100g实施例1所制备的带有含叔胺基团的多孔聚苯乙烯基微球,与400g二氯乙烷混合，室温溶胀12h后，加入100g原甲酸三甲酯、100g 1,1,3,3-四甲氧基丙烷和50g三氯化铝，在50-80℃梯度升温条件下回流反应20h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0077]
实施例6
[0078]
取100g实施例2所制备的带有含吡啶基团的多孔聚苯乙烯基微球,与1000g亚甲基二氯、200g 1,1-二甲氧基丙酮、50g原甲酸三甲酯和1000g三氯化铁混合，在50-80℃梯度升温条件下回流反应18h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0079]
实施例7
[0080]
取100g实施例2所制备的带有含吡啶基团的多孔聚苯乙烯基微球,与2000g二氯乙烷、10g二甲氧基甲烷和300g三氯化铁混合，在50～80℃梯度升温条件下回流反应120h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0081]
图2为实施例7中血液灌流吸附剂的制备原理示意图；图3为实施例7中血液灌流吸附剂的内部sem图，从图中可以看到，所制备的血液灌流吸附剂的内部具有明显的多孔结构。
[0082]
实施例8
[0083]
取100g实施例3所制备的带有含咪唑基团的多孔聚苯乙烯基微球,与800g二氯乙烷、300g二甲氧基甲烷和600g三氯化铁混合，在50～80℃梯度升温条件下回流反应12h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0084]
图4为实施例8中血液灌流吸附剂的制备原理示意图；图5为实施例8中血液灌流吸附剂的内部sem图；从图中可以看到，所制备的血液灌流吸附剂的内部具有明显的多孔结构。
[0085]
实施例9
[0086]
取100g市售带有季铵基阴离子交换树脂(amberlite-400)，与500g二氯乙烷、20g
原甲酸三甲酯、10g二甲氧基甲烷和700g三氯化铁混合，在80℃条件下回流反应1h，净化，得到血液灌流吸附剂。
[0087]
实施例10
[0088]
取100g实施例7所制备的血液灌流吸附剂，与500g二甲基亚砜混合，再加入80g氯化苄，与60℃条件下回流反应12h，净化，得到含有季胺基团的超高交联聚多孔树脂。
[0089]
对于上面的多个实施例分别得到的吸附剂，同时以商品化树脂amberlite xad16，商品化灌流器树脂ha130和bs330作为参照样，依次进行了吸附剂物化参数评价、吸附性能评价和安全性评价等。
[0090]
(1)物化参数评价
[0091]
采用比表面积与孔隙分析仪，n2吸附-脱附法测定树脂的孔径与比表面积数据。
[0092]
将5ml吸附剂树脂与15ml纯水溶液混合，置于60℃条件下100h，检测溶液的ph值，即为保存液ph值。
[0093]
表1实施例及对照例的物化评价数据
[0094][0095][0096]
通过实施例与对照例的比较，可知通过改变制备工艺条件，可获得具有不同孔结构的吸附剂。
[0097]
(2)吸附性能评价的操作方法如下：
[0098]
分别取含乐果、戊巴比妥钠、白介素6(il-6)、的肿瘤坏死因子tnf-α、甲状旁腺激素pth、胆红素、胆汁酸、硫酸对甲酚pcs、硫酸吲哚酚is的血浆溶液10ml，加入上述实施例和对照例所得的吸附树脂1ml，在37℃下震荡2小时后，分别测定被吸附物质的变化，结果参见
下面的表2和表3。
[0099]
表2实施例及对照例的吸附性能数据
[0100][0101]
从表2中结果可以看出，实施例4～10制备的吸附剂均有较高对甲状旁腺激素(pth)、乐果、戊巴比妥钠、白细胞介素il-6、肿瘤坏死因子tnf-a的吸附率，优于对照样。
[0102]
表3实施例及对照例的蛋白结合毒素吸附性能数据
[0103][0104]
从表3中结果可以看出，实施例4～10制备的吸附剂对总胆红素、总胆汁酸、硫酸吲哚酚(is)以及硫酸对甲酚(pcs)等蛋白结合类毒素具有较好的吸附性能，优于对照样。
[0105]
(3)血液相容性和安全性评价如下：
[0106]
主要采用溶血和血小板粘附，即试验根据gb/t16886.4-2003和gb/t16175-1996进行材料的血液相容性和安全性测试。结果参见下面的表4。
[0107]
表4实施例及对照例的溶血及血小板粘附评价数据
[0108]
[0109][0110]
从表4中结果可以看出，实施例4～10具有较低的溶血率和血小板粘附率，表现出较好的血液相容性。同时，对本发明实施例4～10的吸附剂进行细胞毒性、血栓形成、凝血、补体激活、免疫性等生物相容性进行检测，均显示出优异的生物相容性结果。
[0111]
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。