一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法，属于血液净化膜的表面改性技术。

背景技术：

血液净化滤器膜等生物材料与血液直接接触时因其生物不相容性等原因会吸附血液中的血浆蛋白及血细胞，从而激活血小板、凝血系统、补体系统，在生物材料表面发生凝血、形成血栓。因此，临床上进行血液净化时，需对患者进行抗凝处理，但伴有高危出血倾向的患者是抗凝剂的使用禁忌。面对既要使体外循环血液不发生凝血，又要保证人体内血液出/凝血状况不受影响的这一两难课题，国内外学者进行了不懈探索，但至今仍不能令人满意。高危出血患者的血液净化抗凝问题已经成为制约血液净化临床应用的“瓶颈”，而血液净化滤器等生物材料所致的凝血/血栓形成研究相对薄弱与滞后是其重要原因之一。因此，必须针对凝血和血栓产生的源头——血液净化膜进行改性，提高其抗凝血性能及生物相容性，最大程度减少或避免系统性抗凝药物的使用。

目前生物材料表面改性的方法主要包括改进材料表面理化性质和在材料表面吸附或接枝生物功能分子，后者是功能化材料最有效的途径之一。物理吸附操作简便，但其吸附物易于脱落，作用时间短；化学接枝稳固不易脱落，但合成工艺复杂，且合成条件苛刻，效果有限。国内外学者通过表面改性的方法接枝或涂抹肝素至不同材料表面，提高了材料的抗凝性能。国际上有gambro公司研发的evodial抗凝改性滤器，已上市并初步投入临床的使用。该滤器在膜表面接枝肝素，使之在局部发挥抗凝效能，但其临床应用效果并不优于无肝素生理盐水冲洗的方法。肝素需要抗凝血酶ⅲ的存在才能发挥抗凝作用，对部分抗凝血酶ⅲ水平偏低或缺乏的患者，其抗凝效果大打折扣。此外，肝素只能抑制血液中游离的凝血酶，对与血栓结合的凝血酶无效。肝素可与血小板4因子结合，刺激体内免疫系统产生抗体，导致肝素诱导的血小板减少症的发生。

多巴胺在碱性溶液中可发生氧化自聚合反应，可在任何材料表面形成具有超强黏性的聚多巴胺(polydopamine，pda)层，它可提高材料的亲水性能、生物相容性，其表面活性高，可作为中间功能层来固定功能分子(药物、纳米颗粒、蛋白质等)。pda层可在碱性条件下与生物分子发生席夫碱反应或迈克尔加成反应，将功能分子共价接枝在材料的表面，实验条件相对简单易控制，接枝物不易脱落，经济环保。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是，血液净化膜的抗凝效果不佳，应用范围不广；血液净化膜的改性方法比较复杂，反应条件苛刻。

本发明的技术方案是，提供一种具有抗凝性能的血液净化膜，所述血液净化膜包括：基体、附着在基体表面上的聚多巴胺层、以及接枝在聚多巴胺层上的阿加曲班。

优选地，在聚多巴胺层上还接枝有谷胱甘肽。

阿加曲班是一种小分子新型抗凝剂，与肝素相比，它不仅抑制游离的凝血酶，还抑制与纤维蛋白血栓结合的凝血酶，且不引起抗体的产生，不会导致血小板减少症，且其空间位阻小，更适合应用于血液净化膜改性。阿加曲班通过其非药理活性的氨基与聚多巴胺层发生席夫碱反应或迈克尔加成反应，而接枝在血液净化膜表面，在血液净化膜起到高效抗凝效能，而无抗凝剂入体，不影响体内凝血状况。

谷胱甘肽含有丰富的羧基和氨基，为两亲性分子，接枝在聚多巴胺层可进一步减少血液净化膜表面蛋白质的吸附，提高其生物/血液相容性；且它本身结构中含有—nh2和—sh基团，不需要进一步处理，即可快速高效的接枝在聚多巴胺层上，是一种良好的抗蛋白吸附剂。虽然有文献报道用还原性谷胱甘肽修饰蛋白吸附微粒后，其除了能特异吸附纯化蛋白外，尚可吸附一部分非特异性蛋白，但我们的实验证明在聚醚砜上通过聚多巴胺层接枝谷胱甘肽后可明显的减少非特异蛋白的吸附，甚至优于未改性的聚醚砜。

本发明还提供上述的血液净化膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在血液净化膜的基体表面制备聚多巴胺层，得到表面附着有聚多巴胺层的基体；

(2)将表面附着有聚多巴胺层的基体浸没到阿加曲班溶液中进行反应，得到接枝阿加曲班的血液净化膜；其中，阿加曲班溶液中ph为7.5-9.0，阿加曲班的浓度为0.25-2.5mg/ml。

优选地，所述阿加曲班溶液是将阿加曲班溶于乙醇中，再与pbs缓冲溶液混合制成。

优选地，在10-40℃下反应8小时以上。优选8-24h。

优选地，基体的材质为聚砜、聚醚砜、再生纤维素膜、聚丙烯腈膜、聚烯烃膜、聚乙烯醇膜中的任意一种。

优选地，将血液净化膜的基体浸没在多巴胺溶液中，制备聚多巴胺层；其中多巴胺溶液中，多巴胺溶液浓度为1.5-2.5mg/ml，ph为8.0-8.5。

优选地，所述多巴胺溶液是将多巴胺溶于三羟甲基氨基甲烷缓冲液中得到。

优选地，还包括步骤(3)：将接枝阿加曲班的血液净化膜浸没到谷胱甘肽溶液中，得到接枝阿加曲班和谷胱甘肽的血液净化膜；其中，谷胱甘肽溶液中，谷胱甘肽的浓度为5-15mg/ml，优选10mg/ml，ph值为8.0-8.5。

优选地，所述谷胱甘肽溶液是将谷胱甘肽溶解在无氧三羟甲基氨基甲烷缓冲液中得到。

本方法通过聚多巴胺层作为功能层涂覆在血液净化膜表面上，在改善膜的生物相容性基础上，再接枝上新型抗凝药物阿加曲班和谷胱甘肽，使其在膜表面局部直接发挥抗凝作用。通过减少膜表面蛋白质吸附、抑制凝血酶生成等多重抑制血栓形成的机制实现在体外局部高效抗凝。此为一种原创的新型抗凝方法。

用上述方法还可制备具有上述结构特征和功能的血液净化滤器，即将各步骤反应液在滤器中循环并反应，从而制备具有抗凝性能的血液净化滤器。

实验研究证明，本发明提供的方法进行修饰后的血液净化膜，其接枝的药物分子依然具有较好的抗凝效果，而基材的本体性能并未受到明显的影响。

本发明提出一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法，该制备方法使用水相作为反应溶剂，反应在弱碱性条件下进行，反应条件温和，成本较低，改性过程中没有使用有毒的有机溶剂，也无有毒副产物产生，经济环保；整个改性过程简单易行，改性后的血液净化膜具有良好的血液相容性、抗凝性能且本体性能并未受到明显影响，在体外循环、抗凝涂层、生物传感器等领域中有着巨大的应用前景。

与现有血液净化膜抗凝改性材料技术相比，本发明的优点：

(1)整个表面改性过程实验条件简单，可控性强，经济环保。

(2)通过抗凝血和抗蛋白吸附双重机制减少材料局部血栓形成，不影响机体凝血系统，且血液相容性显著提高。

(3)接枝的抗凝药物阿加曲班无抗原性，不会发生肝素诱导所致的血小板减少症。

(4)接枝的抗凝药物阿加曲班不依赖抗凝血酶iii发挥抗凝活性。

附图说明

图1表示具有抗凝性能的血液净化膜的制备方法示意图。

图2表示各组膜的傅里叶红外光谱。

图3表示各组膜的扫描电子显微镜(sem)观察样品平面(a)和横截面(b)照片。

图4表示各组膜的静态水接触角。

图5表示各组膜的蛋白吸附量。

图6表示各组膜的凝血功能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实例1

一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法，采用如下的步骤:

1)称取1.784g聚醚砜(pes)原料，溶于10ml二甲基乙酰胺(dmac)，常温，磁力搅拌，得淡黄色铸膜液，静置过夜除泡，在4℃纯水中根据液-液相转换法制膜，得到pes基体，双蒸水浸泡3天后，备用；

2)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷(tris)溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，选取若干表面光滑、厚度均匀的pes基体置于配好的tris溶液中，再称取0.4g多巴胺溶于200mltris溶液中，避光，摇床震荡8、24h(30℃，173r/min)，得到黑褐色涂层的pes基体即聚多巴胺涂层的pes膜(pes-pda膜)，用纯水冲洗pes-pda膜十次，干燥，氮气下保存备用。

3)称取nah2po43.12g、na2hpo47.16g分别溶于100ml双蒸水中，取8.5mlnah2po4溶液和91.5mlna2hpo4溶液混匀，得到0.2mol/lph＝7.8的pbs液100ml，称取0.01g阿加曲班(arg)溶于2ml乙醇和18mlph＝7.80.2mol/lpbs缓冲液，得到0.5mg/mlarg溶液，将上述制备的pes-pda膜浸泡于0.5mg/mlarg溶液中，30℃下反应8、16、24h，双蒸水清洗十次，得到arg修饰的pes(pes-pda-a膜)，干燥，备用。

4)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，氮气填充，然后称取2g还原型谷胱甘肽(gsh)溶于tris溶液中，室温下反应24h，得到谷胱甘肽修饰的pes-pda-a膜(pes-pda-ag膜)，纯水冲洗十次，干燥，氮气下保存。

实例2

一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法，采用如下的步骤:

1)称取1.784gpes原料，溶于10mldmac，常温，磁力搅拌，得淡黄色铸膜液，静置过夜除泡，在4℃纯水中根据液-液相转换法制膜，得到pes基体，双蒸水浸泡3天后，备用；

2)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷(tris)溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，选取取若干表面光滑、厚度均匀的pes基体置于配好的tris溶液中，再称取0.4g多巴胺溶于tris溶液中，避光，摇床震荡8h(30℃，173r/min)，得到黑褐色涂层的pes基体即聚多巴胺涂层的pes膜(pes-pda膜)，用纯水冲洗pda-pes膜十次，干燥，氮气下保存备用。

3)称取nah2po43.12g、na2hpo47.16g分别溶于100ml双蒸水中，取8.5mlnah2po4溶液和91.5mlna2hpo4溶液混匀，得到0.2mol/lph＝7.8的pbs液100ml，分别称取0.005～0.05g阿加曲班(arg)溶于2ml乙醇和18mlph＝7.80.2mol/lpbs液，得到0.25～2.5mg/mlarg溶液，将上述制备的pes-pda膜浸泡于各浓度arg溶液中，30℃下反应24h，双蒸水清洗十次，得到arg修饰的pes(pda-pes-a膜)，干燥，备用。

4)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，氮气填充，然后称取2g还原型谷胱甘肽(gsh)溶于tris溶液中，将上述制备的pes-pda-a膜室温下反应24h，得到谷胱甘肽修饰的pda-pes膜(pda-pes-ag膜)，纯水冲洗十次，干燥，氮气下保存。

实例3

一种具有抗凝性能的血液净化膜及其制备方法，采用如下的步骤:

1)称取1.784gpes原料，溶于10mldmac，常温，磁力搅拌，得淡黄色铸膜液，静置过夜除泡，在4℃纯水中根据液-液相转换法制膜，得到pes基体，双蒸水浸泡3天后，备用；

2)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷(tris)溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，选取取若干表面光滑、厚度均匀的pes基体置于配好的tris溶液中，再称取0.4g多巴胺溶于tris溶液中，避光，摇床震荡8h(30℃，173r/min)，得到黑褐色涂层的pes基体即聚多巴胺涂层的pes膜(pda-pes膜)，用纯水冲洗pda-pes膜十次，干燥，氮气下保存备用。

3)称取nah2po43.12g、na2hpo47.16g分别溶于100ml双蒸水中，配成0.2mol/lph＝7.8、8、8.5的pbs液100ml，称取0.02garg溶于2ml乙醇和18mlph＝80.2mol/lpbs液，得到1mg/mlarg溶液，将上述制备的pes-pda膜浸泡于各ph值下的1mg/mlarg溶液中，30℃下反应24h，双蒸水清洗十次，得到arg修饰的pes(pes-pda-a膜)，干燥，备用。

4)称取0.2436g三羟甲基氨基甲烷溶于双蒸水中，加入浓盐酸，调节ph＝8.5，将溶液定容至200ml，配成ph＝8.510mmol/ltris溶液，氮气填充，然后称取2g还原型谷胱甘肽(gsh)溶于tris溶液中，室温下反应24h，得到谷胱甘肽修饰的pes-pda-a膜(pes-pda-ag膜)，纯水冲洗十次，干燥，氮气下保存。

以实例2为例，将各种血液净化膜进行以下实验表征。其中，各种膜的代号如下：pes：聚醚砜；pes-pda:聚多巴胺修饰的聚醚砜；pes-pda-a：接枝阿加曲班的聚醚砜；pes-pda-ag：接枝阿加曲班及谷胱甘肽的聚醚砜

如图2所示：与未改性的pes相比，经pda改性后，在3247cm^-1处出现宽峰，此为-oh、-nh的伸缩振动峰、1668cm^-1为-nh变形振动，说明pda在pes表面成功形成；在pes-pda-a中1636cm^-1处为-c＝n-的吸收振动变化，此为阿加曲班与聚多巴胺发生席夫碱反应而形成；2920cm^-1，2846cm^-1为阿加曲班上-ch2伸缩振动，这说明阿加曲班共价接枝成功。在pes-pda-ag中在1655cm^-1处出现一小峰，可能是在pes-pda-a中1636cm^-1基础上-c＝n-的吸收振动的增强峰。因谷胱甘肽的接枝官能团与阿加曲班类似，傅里叶红外光谱灵敏度较低，我们选择了x射线光电子能谱仪(xps)对样品进行进一步的表征。

表1xps元素分析

如表1所示：pes中没有n元素，pda中含有n元素，不含s元素，经pda改性后，n(％)显著增加，s(％)显著下降，说明pes已经完全被pda覆盖；由于pda不含s元素，但阿加曲班和谷胱甘肽上均含有s元素，与pes-pda相比，在pda上接枝阿加曲班和谷胱甘肽后其s(％)分别从0.37％分别增加至0.6％,1.21％，说明阿加曲班和谷胱甘肽接枝成功，这进一步验证了傅里叶红外光谱的结果。

如图3所示：在a图(左侧)中，经pda修饰后的pes平面较pes稍粗糙，接枝阿加曲班后，表面明显变光滑；在b图(右侧)中，经pda和阿加曲班改性后，pes的非对称指状结构和均匀分布的孔状结构未受到影响。

如图4所示：经pda改性后pes的亲水角显著下降，这是因为pda中含有大量的亲水基团-nh2和-oh，接枝阿加曲班和谷胱甘肽后接触角稍下降，说明接枝阿加曲班和谷胱甘肽后亲水性进一步提高。总之，经改性后的pes亲水性明显提高。

由图5所示：经pda改性的pes与原始pes相比，牛血清白蛋白(bsa)和牛血清纤维蛋白原(bfg)蛋白吸附量均明显增多，这是由于pda上含有大量高活性的醌基，其可能促进了非特异性蛋白质的吸附；接枝阿加曲班后，bsa吸附量稍减少，bfg吸附量明显减少，这可能是因为接枝阿加曲班后，消耗了部分高活性的醌基或/和表面电荷的变化；在接枝阿加曲班的基础上，接上谷胱甘肽后，两种蛋白的吸附量均明显减少，甚至优于未改性的pes，这可能是因为谷胱甘肽是一种两性离子，其修饰的表面带均匀的正负电荷或/和提高了亲水性。总之，经阿加曲班和谷胱甘肽改性后的pes膜血液相容性明显提高。

注：每组样品重复测量5次，实验数据以表示，采用spss18.0统计软件分析，对各膜样品组进行方差齐性检验，采用单因素方差分析(one-wayanova)，组间两两比较采用lsd检验，p<0.05为有统计学意义。

由图6所示：pes和pes-pda组的部分活化凝血酶时间测定(appt)、凝血酶原时间测定(pt)值与空白对照相比，稍缩短，虽无统计学上的差异，但说明pes和pes-pda能促进凝血。接枝阿加曲班后aptt、pt、凝血酶时间测定(tt)值明显延长，说明接枝阿加曲班成功，且接枝后其仍具有药理活性，抗凝效果优异；为了减少膜表面的蛋白吸附，我们在接枝阿加曲班的pes基础上接枝上谷胱甘肽，其抗凝效果受到一定影响，可能是谷胱甘肽覆盖了阿加曲班部分的活性基团，但其aptt、pt、tt值仍较空白对照组及pes组明显延长，仍有较好的抗凝效果。综上，经阿加曲班和谷胱甘肽改性后的pes膜，我们成功构建了一个具有良好血液相容性和理想抗凝效果的血液净化膜。

注：每组样品重复测量3次，实验数据以表示，采用spss18.0统计软件分析，对各膜样品组进行方差齐性检验，采用单因素方差分析(one-wayanova)，组间两两比较采用lsd检验，p<0.05为有统计学意义。