一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜及其制备方法

1.本发明涉及一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜及其制备方法，属于生物材料技术领域。


背景技术：

2.肾脏疾病已成为人类高发病率、高死亡率的疾病之一，全球范围内约有6亿人患有肾脏疾病并且还在飞速增长。在我国，慢性肾病患者接近1.2亿人，其中发展成终末期肾病的患者高达200万。如何有效治疗肾衰竭等肾脏疾病已成为世界研究人员的研究热点。近年来，血液透析技术已成为治疗终末期肾病患者的有效治疗手段之一。传统的血液透析需要患者到固定的透析中心进行定期治疗，这是一个间歇性的治疗过程，并且过程中还会消耗大量的透析液。为了让患者得到长期稳定的治疗，血液透析小型化以方便家庭或穿戴使用显得尤为重要。首当其冲需要解决的问题就是如何减少透析液的体积，实现轻量化血液透析。对此，可穿戴人工肾的概念被提出并得到发展。可穿戴人工肾在透析液中引入了透析液再生系统，主要是通过吸附剂的吸附作用将毒素吸附，使得透析液能够循环利用，以减小透析液的体积实现轻量化血液透析以便于家庭或穿戴使用。
3.金属有机框架材料(mofs)作为一种新型多孔纳米材料，拥有很高的比表面积以及大量功能基团，是应用于吸附的理想材料。其中，uio
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(cooh)2作为一种锆基mof材料，易于制备，结构稳定，其具有的大量含氧官能团可充当吸附位点，对尿毒症毒素有优异的吸附效果。但是，uio
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(cooh)2纳米颗粒在吸附过程中难以与液体基质分离，不易于回收，易造成二次污染，因此，将uio
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(cooh)2纳米颗粒与其他易于回收的基底材料结合就显得至关重要。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：血液透析中用以吸附毒素的材料在吸附过程中难以与液体基质分离，不易于回收，易造成二次污染，以及如何实现轻量化血液透析等问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜，从上到下依次包括水凝胶皮层和含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层。
6.优选地，所述的水凝胶皮层为聚乙烯醇水凝胶皮层，所述水凝胶皮层的厚度为0.5～0.6μm；所述纳米纤维吸附支撑层的厚度为80～200μm，孔隙率为70％～80％。
7.本发明还提供了上述的透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1：将均苯四甲酸和四氯化锆溶解于溶剂中，然后通过水热法合成uio
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(cooh)2纳米颗粒；
9.步骤2：将uio
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(cooh)2纳米颗粒分散于溶剂中，然后加入聚合物材料配制成可
纺性静电纺丝溶液后进行静电纺丝，得到含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维膜；
10.步骤3：将步骤2得到的纳米纤维膜经过冷压处理后得到纳米纤维吸附支撑层；
11.步骤4：将聚乙烯醇溶解于水中并调节ph值至酸性，然后加入戊二醛进行交联，制得聚乙烯醇涂覆液，将其涂覆在步骤3所得的纳米纤维吸附支撑层上，室温密封，待交联完成后，得到透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜。
12.优选地，所述步骤1中的均苯四甲酸与四氯化锆的质量比为0.5～2:1；所述的溶剂为水与醋酸的混合溶液，其中，水与醋酸的体积比为3：2；所述水热法的反应温度为90～120℃，反应时间为24～36h。
13.优选地，所述步骤2中的溶剂包括n，n
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二甲基甲酰胺、n，n
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二甲基乙酰胺、水、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、1，4
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二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃和醋酸中的至少一种。
14.优选地，所述步骤2中的聚合物材料包括聚丙烯腈pan、聚醚砜pes、聚偏氟乙烯pvdf、聚砜psu、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、醋酸纤维素ca、聚己内酯pcl、聚乳酸pla、聚乙烯醇pva、海藻酸钠sa、明胶ge以及前述材料的改性聚合物中的至少一种。
15.优选地，所述步骤2中的可纺性静电纺丝溶液中，聚合物材料的浓度为5～20wt％，uio
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(cooh)2纳米颗粒与聚合物材料的质量比为0.25～2:1。
16.优选地，所述步骤2中的静电纺丝的工艺参数为：电纺电压20～50kv，喷丝口孔径0.1～5mm，纺丝推进速度2～250μl/min，纺丝环境温度25～55℃，纺丝环境的相对湿度20～50％，接收距离15～35cm，接收转鼓转速400～1000r/min。
17.优选地，所述步骤3中的冷压处理的压力为2～10mpa，时间为20～300s。
18.优选地，所述步骤4中的聚乙烯醇涂敷液中聚乙烯醇的浓度为0.1～5wt％，戊二醛的浓度为40～50μl/g；所述的ph值为1～2；所述交联的时间为15
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22min，温度为20～30℃。
19.本发明的技术原理是：本发明将具有高的孔隙率以及贯通大孔结构的纳米纤维膜作为此复合膜的支撑层，并将对毒素具有吸附作用的uio
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(cooh)2纳米粒子引入其中，使得其不仅具有支撑作用，更具有吸附清除透析液中毒素的功能，聚乙烯醇的水凝胶表层均匀致密且厚度可控，血液中的毒素可高效通过并阻隔血液中重要蛋白质。因此应用于血液透析时，血液中的毒素通过表层进入透析液，透析液中的毒素被基底吸附清除，从而实现血液与透析液的同步净化，并且有望减少透析液的体积，以实现轻量化血液透析。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
21.1.本发明的透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜具有双层复合膜结构，具有良好的渗透性、优异的分离性能以及良好的生物相容性，其支撑层对毒素具有良好的吸附作用，透析过程中可同时对透析液中的毒素进行清除，因此透析液可循环利用，所需的透析液体积更小，可实现轻量化血液透析；
22.2.本发明的制备方法简便易行，可实现规模化生产。
附图说明
23.图1为实施例1中含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层的电镜扫描图；
24.图2为实施例1中的pva水凝胶皮层的电镜扫描图。
具体实施方式
25.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
26.实施例1
27.一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜，从上到下依次包括聚乙烯醇水凝胶皮层和含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层。聚乙烯醇水凝胶层的厚度约为0.6μm；纳米纤维吸附支撑层的厚度约为100μm，孔隙率为75％。
28.上述透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的制备步骤包括：
29.步骤1：称取5.08g的均苯四甲酸和4.86g的四氯化锆均匀溶解于水和乙酸的混合溶液中，其中水120ml，乙酸80ml。超声20min后，将其转移到油浴锅中，并在100℃下加热搅拌24h，得到白色粉末状的uio
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(cooh)2。最后将所得uio
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(cooh)2粉末用无水甲醇洗涤三次，并在离心管中用丙酮浸泡5天，并且每天离心清洗更换新的丙酮。
30.步骤2：称取1.2g的uio
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(cooh)2粉末分散于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺中获得均匀分散液，再向其中加入0.8g的聚丙烯腈粉末，室温下持续搅拌48h使其完全溶解形成均一的纺丝溶液。将静电纺丝溶液填入注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器的喷口接高压正极，纺丝电压为22kv，喷口孔径0.7mm，溶液推进速率16.7μl/min，环境温度28℃，空气相对湿度为30％，接收距离为20cm，接收滚筒转速600r/min，进行静电纺丝，得到混有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维膜(unm)。将其在6mpa下冷压处理30s后，作为纳米纤维吸附支撑层。另外，作为对照，将0.8g的聚丙烯腈溶解于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺，配制成纺丝液，经过同样的纺丝以及冷压条件，制备出纳米纤维支撑层。
31.步骤3：称取2g的聚乙烯醇溶解于98g的去离子水中，在60℃下均匀搅拌4h，得到澄清透明的溶液。取5g溶液，调节ph＝l，加入220μl的戊二醛，在环境温度为25℃的条件下交联18min之后，选用10μm的刮刀涂覆在步骤2制得的掺杂uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维(unm)吸附支撑层上，将涂覆好的膜放入表面皿中，室温密封12h后，取出后用去离子水清洗，在去离子水中浸泡保存，得到透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜，其中的含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层和聚乙烯醇水凝胶皮层的电镜扫描图分别如图1、图2所示。作为参照，将涂覆液涂覆于步骤2制得的纳米纤维支撑层上得到纳米纤维复合膜。
32.对上述制备所得的纳米纤维复合膜以及透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜分别进行4h透析实验测试(肌酐：150mg/l，白蛋白：l g/l，透析液流速：500ml/min，模拟血液流速：10ml/min)。当透析液体积为2000ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为63.2％，白蛋白清除率为1.5％。当透析液体积为200ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为49.5％，白蛋白清除率为1.6％；透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的肌酐清除率为63％，白蛋白清除率为1.5％。因此，当达到相同毒素清除效果时，应用透析/吸附纳米纤维复合膜时，透析液体积可缩小为原来的十分之一，实现其轻量化。
33.实施例2
34.一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜，从上到下依次包括聚乙烯醇水凝胶皮层和含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层。聚乙烯醇水凝胶层的厚度约为0.6μm；纳米纤维吸附支撑层的厚度约为120μm，孔隙率为80％。
35.上述透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的制备步骤包括：
36.步骤1：称取4.06g的均苯四甲酸和3.89g的四氯化锆均匀溶解于去水和乙酸的混合溶液中，其中水96ml，乙酸64ml。超声20min后，将其转移到油浴锅中，并在100℃下加热24h，得到白色粉末状的uio
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(cooh)2。最后将所得uio
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(cooh)2粉末用无水甲醇洗涤三次，并在离心管中用丙酮浸泡5天，并且每天离心清洗更换新的丙酮。
37.步骤2：称取0.8g的uio
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(cooh)2粉末分散于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺中形成均匀分散液，再向其中加入0.8g的聚丙烯腈粉末，室温搅拌48h使其完全溶解形成均一的纺丝溶液。将静电纺丝溶液填入注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器的喷口接高压正极，纺丝电压22kv，喷口孔径0.7mm，溶液推进速率16.7μl/min，环境温度28℃，空气相对湿度为30％，接收距离为20cm，接收滚筒转速600r/min，进行静电纺丝，得到混有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维膜(unm)。将其在6mpa下冷压处理30s后，作为纳米纤维吸附支撑层。另外，作为对照，将0.8g的聚丙烯腈溶解于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺，配制成纺丝液，经过同样的纺丝以及冷压条件，制备出纳米纤维支撑层。
38.步骤3：称取2g的聚乙烯醇溶解于98g的去离子水中，在60℃下均匀搅拌4h，得到澄清透明的溶液。取5g溶液，调节ph＝l，加入220μl的戊二醛，在环境温度为25℃的条件下交联18min，选用10μm的刮刀涂覆在步骤2制得的纳米纤维吸附支撑层上，将涂覆好的膜放入表面皿中，室温密封12h后，取出后用离子水清洗，在去离子水浸泡保存，得到透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜。作为参照，将涂覆液涂覆于步骤2制得的纳米纤维支撑层上得到纳米纤维复合膜。
39.对制备所得的纳米纤维复合膜以及透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜分别进行4h透析实验测试(肌酐：150mg/l，白蛋白：l g/l，透析液流速：500ml/min，模拟血液流速：10ml/min)。当透析液体积为2000ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为63.2％，白蛋白清除率为1.4％。当透析液体积为200ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为50％，白蛋白清除率1.5％；透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的肌酐清除率为63.5％，白蛋白清除率为1.5％。因此，当达到相同毒素清除效果时，应用透析/吸附纳米纤维复合膜时，透析液体积可缩小为原来的十分之一，实现其轻量化。
40.实施例3
41.一种透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜，从上到下依次包括聚乙烯醇水凝胶皮层和含有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维吸附支撑层。聚乙烯醇水凝胶层的厚度约为0.6μm；纳米纤维吸附支撑层的厚度约为150μm，孔隙率为80％。
42.上述透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的制备步骤包括：
43.步骤1：称取4.06g的均苯四甲酸和3.89g的四氯化锆均匀溶解于水和乙酸的混合溶液中，其中水96ml，乙酸64ml。超声20min后，将其转移到油浴锅中，并在100℃下加热24小时，得到白色粉末状的uio
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(cooh)2。最后将所得uio
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(cooh)2粉末用无水甲醇洗涤三次，并在离心管中用丙酮浸泡5天，并且每天离心清洗更换新的丙酮。
44.步骤2：称取0.4g的uio
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(cooh)2粉末分散于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺中形成均匀分散液，再向其中加入0.8g的聚丙烯腈粉末，室温搅拌48h使其完全溶解形成均一的纺丝溶液。将静电纺丝溶液填入注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器的喷口接高压正极，纺丝电压22kv，喷口孔径0.7mm，溶液推进速率16.7μl/min，环境温度28℃，空气相对湿度为30％，接收距离为20cm，接收滚筒转速600r/min，进行静电纺丝，得到混有uio
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(cooh)2纳米颗粒的纳米纤维膜。将其在6mpa下冷压处理30s后，作为纳米纤维吸附支撑层。另外，作为对照，将0.8g的聚丙烯腈溶解于9.2g的n，n
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二甲基甲酰胺，配制成纺丝液，经过同样的纺丝以及冷压条件，制备出纳米纤维支撑层。
45.步骤3：称取2g的聚乙烯醇溶解于98g的纯水中，在60℃下均匀搅拌4h，得到澄清透明的溶液。取5g溶液，调节ph＝l，加入220μl的戊二醛，在环境温度为25℃的条件下交联18min，选用10μm的刮刀涂覆在步骤2制得的纳米纤维吸附支撑层上，将涂覆好的膜放入表面皿中，室温密封12h后，取出后用离子水清洗，在去离子水浸泡保存，得到透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜。同样的，作为对照，将涂覆液涂覆于步骤2制得的纳米纤维支撑层上得到纳米纤维复合膜。
46.对制备所得的纳米纤维复合膜以及透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜分别进行4h透析实验测试(肌酐：150mg/l，白蛋白：l g/l，透析液流速：500ml/min,模拟血液流速：10ml/min)。当透析液体积为2000ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为63.2％，白蛋白清除率为1.4％。当透析液体积为200ml时，纳米纤维复合膜的肌酐清除率为50％，白蛋白清除率为1.5％，透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜的肌酐清除率为63.5％，白蛋白清除率为1.5％。因此，当达到相同毒素清除效果时，应用透析/吸附双功能纳米纤维复合基血液透析膜时，透析液体积可缩小为原来的十分之一，实现其轻量化。
47.上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。