環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的制備方法及其在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的制備方法及其在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用，屬于生物醫(yī)學材料領域。本發(fā)明以FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、氨水為原料，檸檬酸鈉作為分散劑、聚乙烯亞胺作為修飾基質、β-環(huán)糊精作為吸附功能基團，通過反向化學共沉淀的方法，合成了粒徑小、分散好和磁性強的檸檬酸鈉修飾的磁性納米顆粒，并通過靜電相互作用，在Fe3O4-TSC的表面吸附上PEI修飾層，再通過席夫堿反應，接枝上β-CD，制得環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑Fe3O4-β-CD。由于該吸附劑具有磁性，使分離純化過程較方便、快速，且分離純化成本低，在血液吸附透析系統(tǒng)中體現(xiàn)了對疏水性毒素的較好吸附能力。
【專利說明】環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的制備方法及其在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學材料領域，特別涉及到基于環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑的制備方法及其在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用。
【背景技術】
[0002]膽紅素是衰老紅細胞血紅素的正常代謝產物，由于肝臟受損，產生代謝障礙，其在體內的濃度會異常升高，成為一種內源性毒素，對大腦和神經系統(tǒng)產生不可逆的損害，并進一步損傷肝臟和其他臟器。目前對此類疏水性毒素的去除，采用的血液凈化技術手段主要包括:血液濾過、血液灌流等以及吸附透析聯(lián)合解毒系統(tǒng)，如分子吸附再循環(huán)系統(tǒng)(Molecular adsorbent recirculating system, MARS)。早期使用的常規(guī)治療手段為血液灌流，決定其效果的關鍵是膽紅素吸附劑，包括活性炭吸附劑、大孔樹脂吸附劑、多糖類吸附劑以及以其為基質并偶聯(lián)其他配體的吸附劑，這些配體包括聚賴氨酸、染料物質(如活性藍F3GA、堿性藍6B、剛果紅)、氨基酸、叔胺、白蛋白等(文獻Uzun, L.and A.Denizli, Journalof Biomaterials Science-Polymer Edition, 2006.17 (7):p.791-806) ? 其中較常用的大孔樹脂吸附劑包括:日本生產的膽紅素350、美國生產的XAD-16和國內生產的AB-8、AB-12、麗珠HA330以及HB-H-6等，多糖類的吸附劑包括:殼聚糖微球、瓊脂糖凝膠和經修飾后的纖維素膜等，這些吸附劑主要通過與膽紅素產生疏水相互作用和靜電相互作用吸附膽紅素，具有較高的吸附容量。但由于上述類型的吸附劑是固體填料，用于血液凈化去除毒素時，需與血液直接接觸，在去除毒素的同時，對血液中的蛋白質亦有大量的非特異性吸附，存在較嚴重的副作用。
[0003]鑒于此，在1993年，德國Rostock大學的Stange和Mitzner共同研制了新型分子吸附再循環(huán)系統(tǒng)，即MARS。MARS是目前治療效果最好的非生物型人工肝支持系統(tǒng)，不僅能安全有效地去除多種水溶性毒素，還能去除與蛋白結合的毒素分子。它是由三個獨立的循環(huán)系統(tǒng)組成，即血液循環(huán)系統(tǒng)、白蛋白循環(huán)再生系統(tǒng)和透析液循環(huán)系統(tǒng)。其中，白蛋白循環(huán)再生系統(tǒng)是其核心，使用人血清白蛋白(HSA)作為毒素的吸附劑,而HSA是膽紅素在體內的天然受體，故對膽紅素有較高的吸附去除能力，且不會產生非特異性吸附。由于MARS大量使用HSA，而HSA因其來源有限、價格較昂貴，這使其在臨床上的應用受到了限制。鑒于此，尋找HSA的替代品并對膽紅素有較好去除效果的吸附劑成為當前突出的問題。專利CN101322932A報道了一種替代MARS系統(tǒng)中HSA的偶聯(lián)環(huán)糊精的水溶性陽離子多聚物吸附劑，該吸附劑用于血液透析吸附系統(tǒng)，對膽紅素有較好的去除效果，且該吸附劑與血液分別循環(huán)于透析器的外腔和內腔，不會直接接觸，因此不會產生非特異性吸附。但水溶性吸附劑在合成過程中利用超濾膜柱洗濾系統(tǒng)對其進行分離純化，該過程存在耗時長、耗能高和耗材量大等問題。
[0004]綜上所述，目前血液透析吸附去除膽紅素的水溶性吸附劑主要存在的問題是:吸附劑分離純化過程耗時長、耗能高、耗材量大，導致吸附劑生產成本過高。因此，開發(fā)既具有優(yōu)異的吸附性能，同時還易于分離回收的、在水相中分散度高的吸附劑成為降低生產成本、推動其在臨床中應用的重點和關鍵。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的和任務是要克服現(xiàn)有血液透析吸附去除膽紅素的水溶性吸附劑存在的分離純化成本高的不足，提供一種具有優(yōu)異的膽紅素吸附性能、易于分離回收并在水相中分散度高的吸附劑制備方法，特提出本發(fā)明環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑Fe3O4-β -CD的制備及在高膽紅素血癥血液透析吸附系統(tǒng)中應用的技術解決方案。
[0006]本發(fā)明的構思是:通過反向共沉淀法并利用檸檬酸鈉(TSC)作為分散劑合成Fe3O4磁性納米顆粒，使Fe3O4表面帶上大量的負電荷，具有較強的靜電排斥作用，從而保持較好的分散性。而聚乙烯亞胺(PEI)具有大量的伯氨基，質子化后帶有大量的正電荷，可與帶負電的Fe3O4-TSC產生多點結合的靜電相互作用，使PEI牢固的結合在Fe3O4-TSC的表面，得到聚乙烯亞胺修飾的磁性納米顆粒(Fe3O4-PEI)15 β-環(huán)糊精(β-⑶)經氧化劑氧化后得到醛基化的β -⑶，通過其醛基與PEI上的伯氨基發(fā)生席夫堿反應而接枝在Fe3O4-PEI磁性納米顆粒的表面，從而制得環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑Fe3O4-P-CD。在磁場的作用下，以Fe3O4為載體的磁性納米顆粒具有很好的磁響應性，在分離純化過程中，具有快速、方便且徹底的特點。因此，本發(fā)明將磁性納米顆粒的分離純化方便與β -CD對疏水性毒素吸附的高效結合起來，且合成材料較廉價。
[0007]本發(fā)明所提出的用于血液透析吸附系統(tǒng)的膠體吸附劑是通過醛基化的β -⑶與PEI修飾的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒表面的伯氨基發(fā)生席夫堿反應而制得，該吸附劑分離純化方便、快速且徹底，并可用于血液透析吸附系統(tǒng)對疏水性毒素的吸附去除。
[0008]制備的Fe3O4- β -⑶磁性納米吸附劑的粒度小于310nm,飽和磁化強度大于62emu/g，表面電勢大于40mv。其中β-CD的醒基化是通過氧化劑的氧化來實現(xiàn)的,氧化劑的種類頗多，且氧化效率不同，其中2-碘酰基苯甲酸在控制條件的情況下，可得到單醛基且結構較完整的醛基化的β-CD，但其價格異常昂貴，本發(fā)明選用高碘酸鈉氧化β-CD，并通過控制其用量來控制β-CD的氧化程度。高碘酸鈉的用量過高，會將β-CD氧化成碎片，必然會破壞β-CD的外親水內疏水的桶裝結構。而其用量過低，會造成β-CD的接枝率下降，這些均將影響β -⑶對疏水性毒素膽紅素的吸附效率。醛基化的β -⑶通過與PEI上的伯氨基在弱堿性條件下發(fā)生席夫堿反應而接枝在Fe3O4-PEI的表面。選用PEI作為Fe3O4-TSC的修飾基質是基于以下三方面的原因，一方面，PEI是網狀大分子，其在帶負電荷的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒表面的結合是多點結合，這樣結合較牢固；另一方面，PEI網狀大分子的末端帶有大量的伯氨基，這有利于提聞β-CD的接枝率；再者,其接枝β-CD后,未參與席夫堿反應的質子化的伯氨基可與膽紅素上解離的羧基之間產生靜電相互作用，PEI多氨基結構中的氮和氫還可與膽紅素產生氫鍵相互作用，這些均有利于吸附劑對膽紅素的吸附。吸附劑的磁核選用檸檬酸鈉修飾的Fe3O4磁性納米顆粒，而Fe3O4磁性納米顆粒的合成有很多種方法，最常見的合成方法有化學共沉淀法、微乳液合成法、水熱合成法和熱分解法四種，其中化學共沉淀法因其具有操作簡單，反應環(huán)境條件溫和，合成時間短，易于在水溶液環(huán)境中修飾，且收率高，便于大規(guī)模工業(yè)化生產等特點而被廣泛采用?；瘜W共沉淀法分為正向化學共沉淀法和反向化學共沉淀法，正向化學共沉淀法是將堿加入到鐵鹽混合物(二價鐵鹽和三價鐵鹽)中，反向化學共沉淀法則與其相反。根據(jù)晶體成核及增長的特點，正向化學共沉淀法易得到粒徑大，且粒徑分布寬的納米顆粒，反向化學共沉淀法易得到粒徑均勻，且粒徑較小的納米顆粒。本發(fā)明選擇反向共沉淀法合成Fe3O4磁性納米顆粒。磁性納米顆粒的分散劑有很多種，包括有機物和無機物。本發(fā)明選用TSC作為分散劑，是基于TSC已廣泛的用作食品和飲料工業(yè)中的風味劑、穩(wěn)定劑，醫(yī)藥工業(yè)中的抗凝血劑以及工業(yè)上的金屬螯合劑，具有良好的生物相容性和較強的金屬螯合作用的特點。本發(fā)明中，TSC可與Fe原子產生較強的金屬螯合作用，而吸附在Fe3O4磁性納米顆粒的表面，使其帶有大量的負電荷，電勢低于-40mv，使Fe3O4-TSC磁性納米顆粒之間有足夠強的靜電排斥作用而不易團聚。Fe3O4-P-⑶磁性納米吸附劑保持合適的粒度是基于以下考慮:在血液透析過程中，吸附劑具有剛性的核殼結構，粒度大于透析器中皮層膜的孔徑，不會穿過血液透析器進入到血液中，而其粒度過大則會聚沉并對血液透析器造成堵塞而降低吸附劑對毒素的吸附透析效率。Fe3O4- β -⑶磁性納米吸附劑的飽和磁化強度大于62emu/g是為了保證吸附劑在分離純化過程中快速、徹底，且吸附劑的質量損失小。其電勢大于40mv，是為了保證吸附劑Fe3O4-P-CD磁性納米顆粒之間具有較強的靜電排斥作用，而使其不會團聚，分散性較好。
[0009]本發(fā)明采用FeCl3.6H20、FeCl2.4H20、氨水、TSC、PEI和β-CD為主要原料，通過反向化學共沉淀法、靜電相互作用和席夫堿反應，制備了環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑Fe3O4- β -CD。
[0010]一種環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的制備方法，步驟如下:
[0011](I)制備Fe3O4-TSC磁性納米粒
[0012]配制摩爾比值為1.75-2.0的Fe3+和Fe2+的前驅物鐵鹽溶液。在隊的保護下，將前驅物鐵鹽溶液加入堿液中，控制加入速度為3.5-5.5ml/min，熟化溫度為15_60°C，反應時間為5-20min，保持反應過程中溶液的pH>10 ;再加入0.01-0.1mol的檸檬酸鈉作為分散劑，攪拌反應0.5-6h,制得Fe3O4-TSC磁性納米顆粒；將Fe3O4-TSC磁性納米顆粒經離心處理，取上層液即得小粒徑、分散性好和磁性強的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒。
[0013](2)制備Fe3O4-PEI磁性納米顆粒
[0014]將步驟(I)得到的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒溶液加入到PEI溶液中，使得PEI與Fe3O4-TSC的濃度比為1:1，攪拌反應l_8h。
[0015](3)制備醛基化的β-CD
[0016]將摩爾比為1:0.1-2的β -CD和NaIO4常溫避光反應0.5_4h，再加入與NaIO4等摩爾的亞硫酸鈉，在20°C以上反應大于30min。
[0017](4) β-CD 的接枝
[0018]將步驟⑵中的Fe3O4-PEI磁性納米顆粒和步驟(3)中過量醛基化的β -⑶加入弱堿性的硼酸鹽緩沖液中，反應14-21h，反應過程中，多次加入硼氫化鈉。反應結束，磁分離，即制得環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑Fe3O4-P -CD。
[0019]所述的環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的粒徑小于310nm，飽和磁化強度大于62emu/g，電勢大于40mv。
[0020]所述的堿液是NaOH溶液、KOH溶液和氨水等。
[0021]將環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑在血液透析吸附系統(tǒng)中用于疏水性毒素的吸附，將初始濃度為80-300mg/L膽紅素的血漿循環(huán)于雙皮層的血液透析器的內腔，控制流速為200-320ml/min ;配制環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的碳酸氫鹽透析液，吸附劑的濃度為0.05-1 %，透析液循環(huán)于血液透析器的外腔，控制流速為40-300ml/min，37°C避光透析吸附
l-6ho
[0022]本發(fā)明所選用的合成原料均較廉價，制備的Fe3O4磁性納米顆粒，已廣泛的用作核磁共振的造影劑，PEI也已廣泛的用作基因載體，β -CD是一種多糖，作為去味劑，廣泛的用于食品領域。因此，本發(fā)明所選用的原料均具有較好的生物相容性。本發(fā)明基于環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑具有較高的飽和磁化強度，表現(xiàn)出較強的磁性，在外加磁場的作用下可迅速分離純化，降低分離純化成本，減少吸附劑的質量損失，而且在血液透析吸附系統(tǒng)中，提高了對膽紅素的吸附能力。
【具體實施方式】
[0023]以下結合技術方案進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0024]實施例
[0025]1.基于環(huán)糊精修飾的磁性納米吸附劑的制備
[0026]⑴制備分散性和磁性較好的Fe3O4-TSC磁性納米粒
[0027]分別稱取FeCl3.6Η201.3515g 和 FeCl2.4Η200.5681g，在 N2 的保護下，配置 Fe3+ 和Fe2+混合溶液(前驅物鐵鹽溶液)20ml。稱取1.4705g的二水合檸檬酸鈉，將其溶解在50ml的去離子水中。將5ml的濃氨水加入到50ml的三口瓶中，并用去離子水稀釋至30ml，通N2。在隊的保護下，用蠕動泵將前驅物鐵鹽泵入三口瓶中，控制泵入時間為270s和攪拌器的轉速為1400rpm，熟化溫度為25°C，反應lOmin，磁分離，倒掉上層堿液，加入50ml的檸檬酸鈉溶液，在N2的保護下和相同的反應溫度及轉速的條件下，反應2h。反應結束后，磁分離，用去離子水清洗三遍,并用1000Orpm離心2min,取上層液即制得Fe3O4-TSC磁性納米顆粒,在N2的保護下于4°C保存?zhèn)溆谩?br> [0028](2)制備Fe3O4-PEI磁性納米顆粒
[0029]稱取質量分數(shù)為33.74%的PEI液體2.7593g，加入896ml的去離水溶解，調節(jié)溶液的pH為11.00，并加入35ml的Fe3O4-TSC水溶液，使得PEI的終濃度為1.0mg/ml,Fe3O4-TSC的濃度為1.0mg/ml。在常溫、攪拌轉速為815rpm的條件下反應2h。反應結束后，磁分離，用去離子水清洗三遍，并加去離子水保存，即制得Fe3O4-PEI的磁性納米粒，在N2的保護下于4°C保存?zhèn)溆谩?br> [0030]⑶醛基化β -CD的制備
[0031]氧化反應式如下:
[0032]
' CH2OH ?「 CH2OH ? 「 CH2OH '

+ nj°4 -? *^>j---H^>|* + NaIO3 + H2O
- H OH」7L o 0」iLh OH」6
[0033]采用高碘酸鈉氧化法，稱取25g0 -⑶，溶解于1600ml的去離子水中，加熱溶解，待其冷卻至室溫后，調節(jié)pH為5.00，稱取0.4711g的NaIO4，并加25ml的去離子水溶解，將NaIO4溶液加入到β-CD溶液中，使β-⑶與NaIO4的摩爾比為1:0.1，總體積為1625ml，在攪拌速度為815rpm的條件下,常溫避光反應Ih,之后，向體系中加入0.2776g的亞硫酸鈉，在40°C的條件下還原30min。即制得醛基化的β _⑶。
[0034]⑷β -CD的接枝
[0035]合成反應式:
【權利要求】
1.一種環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)制備Fe3O4-TSC磁性納米粒 配制摩爾比為1.75-2.0的Fe3+和Fe2+前驅物鐵鹽溶液；在N2的保護下，將前驅物鐵鹽溶液加入堿液中，控制加入速度為3.5-5.5ml/min，熟化溫度為15_60°C，反應時間為5-20min，保持反應過程中溶液的pH>10 ;再加入0.01-0.1mol的檸檬酸鈉作為分散劑，攪拌反應0.5-6h，制得Fe3O4-TSC磁性納米顆粒； (2)制備Fe3O4-PEI磁性納米顆粒 將步驟(I)得到的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒溶液加入到PEI溶液中，使得PEI與Fe3O4-TSC的濃度比為1:1，攪拌反應l-8h ； (3)制備醛基化的β-CD 將摩爾比為1:0.1-2的β-⑶和NaIO4常溫避光反應0.5-4h，再加入與NaIO4等摩爾的亞硫酸鈉,在大于20°C的條件下,反應不少于30min ； (4)β -CD的接枝 將步驟⑵中的Fe3O4-PEI磁性納米顆粒和過量的步驟(3)中醛基化的β _⑶加入弱堿性的硼酸鹽緩沖液中，反應14-2lh，反應過程中，多次加入硼氫化鈉；反應結束，磁分離，即制得環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑Fe3O4-P -CD。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒經離心處理，取上層液即得小粒徑、分散性好和磁性強的Fe3O4-TSC磁性納米顆粒。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的粒徑小于310nm,飽和磁化強度大于62emu/g,電勢大于40mv。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的堿液為NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
5.權利要求1、2或3制備的環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用，其特征在于，將初始濃度為80-300mg/L膽紅素的血漿循環(huán)于雙皮層的血液透析器的內腔，控制流速為200-320ml/min ;配制環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的碳酸氫鹽透析液，吸附劑的濃度為0.05-1%，透析液循環(huán)于血液透析器的外腔，控制流速為40-300ml/min，37°C避光透析吸附l_6h，用于疏水性毒素的吸附。
6.權利要求4制備的環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑在血液透析吸附系統(tǒng)中的應用，其特征在于，將初始濃度為80-300mg/L膽紅素的血漿循環(huán)于雙皮層的血液透析器的內腔，控制流速為200-320ml/min ;配制環(huán)糊精修飾磁性納米吸附劑的碳酸氫鹽透析液，吸附劑的濃度為0.05-1%，透析液循環(huán)于血液透析器的外腔，控制流速為40-300ml/min，37°C避光透析吸附l_6h，用于疏水性毒素的吸附。
【文檔編號】B01J20/26GK103977772SQ201410208552
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】賈凌云, 褚四敏, 韓璐璐, 任軍, 徐麗, 謝健 申請人:大連理工大學