专利名称：改性聚醚砜中空纤维膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种改性聚醚砜中空纤维膜及其制造方法。属于功能高分子材料的合成与制备领域。
背景技术：
聚醚砜(Polyethersulfone，简称PES)特种工程塑料，由于其玻璃化温度高，物化稳定性好，是一种优异的工程用特种高分子材料。作为血液净化用膜材料，本发明者分别于1997年和1998年申请了中国发明专利，ZL97107831.9“聚醚砜中空纤维膜及其制造方法和用途”，以及ZL98111939.5“小面积中空纤维膜血浆分离滤器”。国外，日本Nikkiso公司G.Setin等，ArtifiOrgans，17(5)339-345，1993，于1993年报道了用聚酯合金(含聚醚砜)制作成血液透析器的临床研究。
上海东华大学陈雪英等人采用聚乙烯基类的聚合物或共混物，纤维素及其酯类，共混改性聚醚砜，其致孔剂为PVP和PEG或无机物氧化铝、硝酸纳，申请了制备血液透析膜的专利(申请号01139267.3，01112899.2)；常州郎生医疗器械公司也申请了聚芳砜空心纤维膜及其制造方法，其主要组份由聚砜，聚醚砜组成(申请号00112038.7)。上述材料改性制备的中空纤维膜的血液相容性差，与血液接触时容易造成凝血。
东丽株式会社申请了血液处理用透析器及其制造方法(申请号00135582.1)，其内容涉及一种内部装有含疏水性高分子、亲水性高分子作为构成成分的半透膜的血液处理用透析器，疏水性高分子为聚砜，亲水性高分子为聚乙烯吡咯烷酮，是通过干态膜水合而制造。尼普洛株式会社申请了透析器及其制造方法(申请号200310119358.8)，其提供的透析器主要是在壳体内壁和中空丝束的间隙中插入筒状弹性管，组装时不会破损中空丝膜，进而通过减少透析液流路的断面积，增加内部过滤量及内部逆过滤量。其发明专利仅仅是提供了制备透析器的方法，而通过膜材料的改性以提高膜的血液相容性没有涉及。材料的抗凝血性能仍没得到改善。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提出一种改性聚醚砜中空纤维膜及其制备的方法，其特点是将生物活性大分子DNA和蛋白质，和聚醚砜共混制备纺丝原液，通过干-湿法纺制改性聚醚砜中空纤维。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
生物活性分子改性聚醚砜中空纤维膜的配方组分为聚醚砜10-30份生物活性大分子0.01-0.5份亲水性高分子分子量为10000-100000 0.1-20份成孔剂0.5-30份溶剂 40～80份水0.1-10份其中生物活性大分子为DNA或者蛋白质。
亲水性高分子为分子量在10000-100000的聚乙二醇(PEG)或者聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
成孔剂为分子量在1000～10000的聚乙烯吡咯烷酮或者分子量在1000～10000的聚乙二醇、丙二醇、乙二醇、氯化钠和氯化钾中的至少一种。
溶剂为N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种。
改性聚醚砜中空纤维的制造方法(1)溶液的制备将聚醚砜10～30份，亲水性高分子0.1-20份，成孔剂0.5-30份，溶剂40～80份加入带有搅拌器、温度计的容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时；在另一容器内将生物活性大分子0.01～0.5份溶解于0.1～10份水中，在室温下混合均匀。然后将生物活性大分子的水溶液分批缓慢加入到聚醚砜溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。
(2)干-湿法纺丝采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤经计量泵或通过一定压力经喷丝头挤出，纺丝液挤出速度为2～10ml/min；初生纤维在空气中经5～50cm距离(干态距离)，后于温度为20～42℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸卷绕，速度为5～50m/min，则得改性的聚醚砜中空纤维膜。
(3)纤维后处理纺制的中空纤维在温度30～42℃水中处理4～24小时，并需不断更换水，以除去残留的溶剂和成孔添加剂。纤维经离心脱水，在保孔剂中进行保孔处理。
(4)改性聚醚砜中空纤维膜血液净化器的组装血液净化器的组装 将纤维等长截切，并按一定数量排列捆扎成束，放入封装模具内。临时配制聚氨酯灌封胶，采用双端离心灌封成型，切除多余胶料，拧上端盖，装好封塞，经环氧乙烷蒸汽或γ-射线消毒，包装成品。
血液净化器的膜面积0.4～2.5m2，纤维内径200～800μm，纯水超滤系数5～3000ml/m2.h.mmHg，膜孔径0.006～0.6μm，白蛋白截留率0.5～100％，最大耐受压力760mmHg，适合于血浆分离、血液滤过和血液透析。
本发明具有如下优点(1)用生物活性大分子改性聚醚砜中空纤维膜，得到的膜生物相容性优异，超滤率大、选择分离性高的优点。
(2)膜的通透性好，膜结构为非对称型，类似于肾小球的结构。
(3)该方法设备简单、工艺较简便，适宜于规模型生产。
(4)本发明利用生物活性大分子改性聚醚砜中空纤维膜，可以制作各种血液净化器，包括血液透析器、血液滤过器和血浆分离器。
(5)本发明采用自己的技术路线，制作生物活性分子改性聚醚砜中空纤维膜血液净化器，填补了国内空白，在国际上也具有先进甚至领先水平。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1、将聚醚砜18克，聚乙烯吡咯烷酮8克，丙二醇2克，N-甲基吡咯烷酮66.9克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在75～95℃温度下搅拌溶解15小时；在另一容器内将生物活性大分子DNA 0.1份溶解于5份水中，在室温下混合均匀。然后将DNA水溶液分批缓慢加入聚醚砜的高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，纯水为芯液；纺丝液挤出速度为4ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为35m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维膜经温度35℃的水萃取10小时去除溶剂和成孔剂和保孔等处理。纤维内径200μm，纯水透过率16ml/m2.h.mmHg，白蛋白截留率＜2％。适合于制备血液透析膜。
2、将聚醚砜20克，聚乙二醇6克，丙二醇1克，N-甲基吡咯烷酮67.9克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在75～95℃温度下搅拌溶解15小时；在另一容器内将经过处理的生物活性大分子白蛋白0.1克溶解于5克水中，在室温下混合均匀。然后将白蛋白水溶液分批缓慢加入聚醚砜的高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，纯水为芯液；纺丝液挤出速度为4ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为35m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维膜经温度38℃水萃取8小时去除溶剂和成孔剂和保孔等处理。纤维内径200μm，纯水透过率16ml/m2.h.mmHg，白蛋白截留率＜2％。适合于制备血液透析膜。
3、将聚醚砜24克，聚乙烯吡咯烷酮3克，乙二醇1克，N，N-二甲基乙酰胺66.9克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在75～95℃温度下搅拌溶解15小时；在另一容器内将经过处理的生物活性大分子白蛋白0.1克溶解于5克水中，在室温下混合均匀。然后将白蛋白水溶液分批缓慢加入聚醚砜的高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，纯水为芯液；纺丝液挤出速度为4ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为35m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维膜经温度36℃的水萃取12小时去除溶剂和成孔剂和保孔等处理。纤维内径200μm，纯水透过率17ml/m2.h.mmHg，白蛋白截留率＜2％。适合于制备血液透析膜。
4、将聚醚砜15克，聚乙烯吡咯烷酮5克，丙二醇4克，N-甲基吡咯烷酮71.9克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在75～95℃温度下搅拌溶解15小时；在另一容器内将经过处理的生物活性大分子白蛋白0.1克溶解于4克水中，在室温下混合均匀。然后将白蛋白水溶液分批缓慢加入聚醚砜的高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，纯水为芯液；纺丝液挤出速度为5ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为30m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维膜经温度40℃的水萃取6小时去除溶剂和成孔剂和保孔等处理。纤维内径250μm，纯水透过率60ml/m2.h.mmHg，白蛋白截留率＜5％。适合于制备血液滤过膜。
5、将聚醚砜13克，亲水性高分子聚乙烯吡咯烷酮0.5克，丙二醇9.5克，氯化钠0.5克，N，N-二甲基甲酰胺74克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在温度75～95℃搅拌溶解15小时；在另一容器内将经过处理的生物活性大分子白蛋白0.05克溶解于2.45克水中，在室温下混合均匀。然后将白蛋白水溶液分批缓慢加入聚醚砜的高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，芯液为NMP与水50；50体积比例的混合溶液；纺丝液挤出速度为6ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为25m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维膜经温度30℃的水萃取16小时去除溶剂和成孔剂和保孔等处理。纤维内径350μm，纯水透过率2000ml/m2.h.mmHg。适合于制备血浆分离膜。
对比例(1)改性聚醚砜中空纤维膜将聚醚砜18克，高分子聚乙烯吡咯烷酮5克，丙二醇2克，N-甲基吡咯烷酮MP69.9克加入带有搅拌器，温度计的容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解15小时；在另一容器内将生物活性大分子DNA 0.1份溶解于5份水中，在室温下混合均匀。然后将DNA水溶液分批缓慢加入高分子溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液。溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液。采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出，纯水为芯液；纺丝液挤出速度为4ml/min；初生纤维在空气中经15cm距离，于温度为20～42℃水浴中凝固成型；牵伸卷绕速度为35m/min，得到DNA改性的聚醚砜中空纤维膜。纤维内径200μm，纯水透过率18ml/m2.h.mmHg。同样纺丝原液，制备透明薄膜，测定牛血清白蛋白(BSA)的吸附量为1.2μg/cm2，吸附BSA中α-螺旋的百分数为42％(注本体BSA中α-螺旋的百分数大约为51％，吸附BSA构象的变化用圆二色性，即CD测定，使用磷酸缓冲溶液)。
(2)未经过生物活性分子DNA改性的聚醚砜中空纤维膜，采用相同的纺丝工艺条件，得到的纤维内径200μm，纯水透过率13ml/m2.h.mmHg。同样制备透明薄膜，牛血清白蛋白(BSA)的吸附量为1.5μg/cm2，吸附BSA中α-螺旋的百分数为23％。
由此可以看出，经过生物活性分子改性的聚醚砜中空纤维膜，通透性提高，蛋白质吸附总量降低，尤其是对吸附蛋白质的构象变化影响较小，具有优异的生物相容性。
权利要求
1.改性聚醚砜中空纤维膜，其特征在于该中空纤维膜纺丝原液的配方按重量计为聚醚砜 10-30份生物活性大分子 0.01-0.5份亲水性高分子分子量为10000-100000 0.1-20份成孔剂 0.5-30份溶剂 40～80份水 0.1-10份
2.按照权利要求1所述改性聚醚砜中空纤维膜，其特征在于生物活性大分子为DNA或者蛋白质。
3.按照权利要求1所述改性聚醚砜中空纤维膜，其特征在于亲水性高分子为聚乙二醇或者聚乙烯吡咯烷酮。
4.按照权利要求1所述改性聚醚砜中空纤维膜，其特征在于成孔剂为分子量1000～10000的聚乙烯吡咯烷酮或者分子量在1000～10000的聚乙二醇、丙二醇、乙二醇、氯化钠和氯化钾中的至少一种。
5.按照权利要求1所述改性聚醚砜中空纤维膜，其特征在于该中空纤维膜的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。
6.按照权利要求1-5之一所述改性聚醚砜中空纤维膜的制造方法，其特征在于(1)溶液的制备将聚醚砜10～30重量份，亲水性高分子0.1-20重量份，成孔剂0.5-30重量份，溶剂40～80重量份加入带有搅拌器、温度计的容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时；在另一容器内将生物活性大分子0.01～0.5重量份溶解于0.1～10重量份水中，在室温下混合均匀，然后将生物活性大分子的水溶液分批缓慢加入到聚醚砜溶液中，在室温下搅拌混合均匀，制备均匀的高分子混合溶液，再将溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得高分子纺丝原液，(2)干—湿法纺丝采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，经计量泵或通过一定压力从喷丝头挤出，纺丝速度为2～10ml/min；初生纤维在空气中经5～50cm距离，然后在温度20～42℃水浴中凝固成型，经塑化浴牵伸卷绕，速度为5～50m/min，获得改性的聚醚砜中空纤维膜，(3)纤维后处理纺制的中空纤维在温度30～42℃水中处理4～24小时，并需不断更换水，以除去残留的溶剂和成孔剂，纤维经离心脱水后进行保孔处理，保孔剂为丙三醇或乙二醇。
7.按照权利1所述的改性聚醚砜中空纤维膜的用途，其特征在于该改性聚醚砜中空纤维膜用于血浆分离，血液滤过和血液透析方面的血液净化器，其中空纤维膜血液净化器的膜面积0.4～2.5m2，纤维内径200～800μm，纯水超滤系数5～3000ml/m2.h.mmHg，膜孔径0.006～0.6μm，白蛋白截留率0.5～100％，最大耐受压力760mmHg。
全文摘要
本发明公开了一种改性聚醚砜中空纤维膜及其制造方法，其特点是将聚醚砜10～30重量份，亲水性高分子0.1－20重量份，成孔剂0.5－30重量份，溶剂40～80重量份加入带有搅拌器、温度计的容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时；在另一容器内将生物活性大分子0.01～0.5重量份溶解于0.1～10重量份水中，在室温下混合均匀，然后将生物活性大分子的水溶液分批缓慢加入到聚醚砜溶液中，在室温下搅拌混合均匀，再将溶液经过滤、脱泡和“熟化”制得纺丝原液。将纺丝原液以2～10ml/min速度进行干－湿法纺丝，在温度20～42℃水浴中成型，经牵伸卷绕和后处理，获得改性聚醚砜中空纤维膜。
文档编号B01D71/68GK1680010SQ20051002027
公开日2005年10月12日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者赵长生, 刘承杰, 廖世龙 申请人:成都欧赛医疗器械有限公司