專利名稱：一種纖維素微孔濾膜及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離技術(shù)，具體地說是提供一種纖維素微孔濾膜及其制備方法。同時(shí)又提供了利用該濾膜交聯(lián)組氨酸制成親和濾膜用于對溶液中的內(nèi)毒素進(jìn)行清除。
親和分離由于具有很高的特異性，良好的選擇性，極高的純化倍數(shù)，因此該技術(shù)發(fā)展十分迅速，已制成了多種親和分離色譜填料，廣泛應(yīng)用于生物工程目標(biāo)產(chǎn)品的純化分離和生命科學(xué)的研究。近來，隨著膜分離科學(xué)的迅速發(fā)展已出現(xiàn)了把親和配基共價(jià)結(jié)合到微孔濾膜或超濾膜上，制成親和膜，應(yīng)用到一些生物大分子如酶、蛋白質(zhì)等的純化分離上，所用的膜材料大部分為纖維素膜或纖維素共混膜。因在這種纖維素膜的分子上含有大極性的官能團(tuán)-羥基，所以這種膜具有良好的親水性和能透量，可對這些羥基進(jìn)行活化，接上所需的間隔臂和配位基，制成具有生物特異性的親和膜。與本發(fā)明的技術(shù)相近，如S.Minobe等人(J.Chromatogr，1982，248401-408)用瓊脂糖作為基質(zhì)原料，用溴化氰在強(qiáng)堿溶液中對瓊脂糖分子上的羥基進(jìn)行活化，共價(jià)結(jié)合1，4-丁二胺作間隔臂，所制成的中間物Sepharose 4B-丁二胺，再用戊二醛溶液使其與親和配基組胺進(jìn)行交聯(lián)，制成瓊脂糖親和介質(zhì)配基。用此親和介質(zhì)來凈化除去溶液中內(nèi)毒素。但是這種纖維素微孔濾膜在未交聯(lián)前，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性都較差，承受不了強(qiáng)酸強(qiáng)堿的攻擊。而對于親和純化分離技術(shù)，不僅在活化，接間隔臂和親和配位基時(shí)要在強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，而且在解離、復(fù)性、再生階段也常常要用強(qiáng)堿來實(shí)現(xiàn)。因此改善這種纖維素膜的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性是該分離技術(shù)實(shí)用化前必需解決的關(guān)鍵問題。
本發(fā)明的目的是提供一種纖維素微孔濾膜及制備方法。利用該方法制備的纖維素濾膜機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，且易于同帶有咪唑基的分子產(chǎn)生特異性的親和相互作用，可制備出實(shí)用性強(qiáng)的親和濾膜。本發(fā)明的另一目的就是利用上述纖維素膜，使組氨酸固載化到交聯(lián)纖維素膜上制成親和濾膜，并用于對溶液(自來水、大輸液、生理鹽水、白蛋白溶液等)中的內(nèi)毒素進(jìn)行清除。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明選用一種由β-1，4連接的D-葡萄糖甘組成的線性聚合物為原料，制備成膜，再控制反應(yīng)條件對該纖維素膜進(jìn)行交聯(lián)和引入間隔臂反應(yīng)，制備出一種機(jī)械強(qiáng)度好，能耐酸、堿和有機(jī)溶劑，且易于與親和配基進(jìn)行共價(jià)結(jié)合的纖維素微孔濾膜。本發(fā)明濾膜的特征在于1)該纖維素膜含有用環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)物，可用分子式I表示 且交聯(lián)度(參加交聯(lián)反應(yīng)分子與總纖維素分子百分比)為10-45％；2)該纖維素膜含有共價(jià)結(jié)合的間隔臂產(chǎn)物，可用分子式II表示 R為帶有極性基團(tuán)-NH2的C2～C8有機(jī)物的基團(tuán)，如-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2或 NH2，且共價(jià)結(jié)合的間隔臂產(chǎn)物的量為纖維素分子的10-45％。
本發(fā)明的纖維素微孔濾膜的制備方法，按下述步驟1)以β-1，4連接的D-葡萄糖苷為原料，采用傳統(tǒng)工藝制成平均孔徑為0.1～1.2μm，厚度為150～250μm的微孔濾膜。
2)采用環(huán)氧法用環(huán)氧氯丙烷對上述纖維素膜進(jìn)行交聯(lián)，其特征在于反應(yīng)在催化劑(KBH4)和有機(jī)介質(zhì)二甲基亞砜存在的堿溶液中(PH10～12)，于50～70℃下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，其反應(yīng)過程可用反應(yīng)式(1)表示 反應(yīng)(1)中，催化劑用量為纖維素重量的1～6％，有機(jī)介質(zhì)與堿溶液按1～5∶1重量比，堿溶液的用量為纖維素重量的2～5倍，反應(yīng)物環(huán)氧氯丙烷的用量與纖維素重量比為2～6∶1，反應(yīng)時(shí)間為1～6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物洗滌到中性，纖維素的交聯(lián)度為10～45％(參加反應(yīng)分子與總纖維素分子百分比)，制成交聯(lián)纖維素膜。
3)再采用環(huán)氧法引入間隔臂，其特征在于在30～50℃下，堿性溶液中(PH10～12)使環(huán)氧氯丙烷先與交聯(lián)纖維素膜進(jìn)行共價(jià)結(jié)合，按下反應(yīng)式(2)進(jìn)行 反應(yīng)(2)中，環(huán)氧氯丙烷的用量為纖維素重量的2～6倍，反應(yīng)時(shí)為1～4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物洗滌到中性，其交聯(lián)度可達(dá)10～45％。上述產(chǎn)物浸入到堿性溶液中(PH值7～9)，反應(yīng)溫度50～70℃下，加入可作為間隔臂的有機(jī)物(為纖維素重的1～4倍)反應(yīng)時(shí)間為1～6小時(shí)，進(jìn)行下反應(yīng)(3) R為帶極性基團(tuán)-NH2的C2～C8有機(jī)物的基團(tuán)，如-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2， 等。經(jīng)上述反應(yīng)，共價(jià)結(jié)合的間隔臂間物可占纖維素分子的10～45％，即制成本發(fā)明的纖維素微孔濾膜。
上述本發(fā)明提供的濾膜，由于其帶有活性官能團(tuán)(-NH2)，可采用重氮化法或戊二醛交聯(lián)法，將生物大分子固載化在膜上，制成親和濾膜用于生物大分子的純化和分離。本發(fā)明的第二個(gè)目的即是利用本發(fā)明的纖維素膜制成親和濾膜，用于對溶液中的內(nèi)毒素進(jìn)行清除。為此，上述交聯(lián)間隔臂的纖維素微孔濾膜與親和配基組氨酸進(jìn)行固載化反應(yīng)，反應(yīng)在弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，反應(yīng)溫度20～75℃，于磷酸鹽緩沖液中進(jìn)行，如反應(yīng)式(4) 戊二醛的加入量為濾膜重1～6倍，組氨酸的加入量為濾膜重的1～5倍，堿溶液量為濾膜重的1～5倍，反應(yīng)時(shí)間為2～8小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用含5％的乙醇胺溶液對纖維素膜上殘留的羥基進(jìn)行封尾處理，以減少非特異性吸附的可能性，即制成可用于除去溶液中內(nèi)毒素的親合濾膜。
反應(yīng)式(4)中，R為帶極性基團(tuán)-NH2的C2～C8的有機(jī)物基團(tuán)，R′為R去掉官能團(tuán)-NH2中2個(gè)氫原子后基團(tuán)。下面通過實(shí)例對本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步地說明。
實(shí)例1，交聯(lián)纖維素微孔濾膜的制備交聯(lián)纖維素微孔濾膜按下述步驟制備1)選用由β-1，4連接的D-葡萄糖甘組成的聚合度為300～500左右的線性聚合物為原料，按常規(guī)制成厚約205μm，平均孔徑為0.1～1.2μm的濾膜。
2)將上述濾膜加入到為濾膜3倍重量的有機(jī)介質(zhì)二甲基亞砜存在下(為堿溶液的4倍)的堿性溶液中(PH值為10～11)，與環(huán)氧氯丙烷(加入量為濾膜3倍重)進(jìn)行反應(yīng)，催化劑KBH4的用量為濾膜重的4％，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)，即可完成上述反應(yīng)(1)，反應(yīng)后濾膜經(jīng)0.2N NaOH溶液，乙醇溶液和水分別依次洗滌成中性，即制得交聯(lián)纖維素膜，其交聯(lián)度為30％。
3)將上述得到的交聯(lián)纖維膜，于3倍重量的堿性溶液中(PH值為10～12)，反應(yīng)溫度為30～50℃下，加入環(huán)氧氯丙烷(用量為濾膜的4倍)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后，洗滌濾膜到中性。該濾膜加入到3倍重的堿性溶液中(PH值為7～8)，加入已二胺(按濾膜重的2倍)，于50～70℃下繼續(xù)反應(yīng)4小時(shí)，可使已二胺共價(jià)結(jié)合到纖維素膜上，洗滌產(chǎn)物至中性。其交聯(lián)度為40％，每克交聯(lián)纖維素膜上可共價(jià)結(jié)合上120μmol的已二胺，完成膜的制備。
實(shí)例2用于除去溶液中內(nèi)毒素的纖維素微孔親和濾膜的制備利用實(shí)例2制得交聯(lián)纖維素濾膜，在弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，用戊二醛作交聯(lián)試劑，在20～35℃下，于磷酸鹽緩沖液中，加入組氨酸進(jìn)行固載化反應(yīng)。戊二醛的用量為纖維素濾膜重的5倍，組氨酸的用量為濾膜重量的3倍。反應(yīng)5小時(shí)后，用5％的乙醇胺溶液對產(chǎn)物進(jìn)行封尾處理。得到的親和濾膜組氨酸親和配基的容量為75μmol/g。
實(shí)例3，親和濾膜的應(yīng)用使用實(shí)例2制得的親和濾膜制成直徑為40mm膜片，25張膜疊加在一起組裝在濾膜分離器中，(膜片的大小，形狀及疊加厚度可依選用分離器改變)，并對分離器進(jìn)行予處理，即可用于溶液的凈化。
將待處理含內(nèi)毒素的液體(自來水，大輸液，白蛋白溶液等含內(nèi)毒素量超過10ng/ml以上)，在流速2ml/min下用蠕動(dòng)泵打入膜分離器中，收集流出液，其內(nèi)毒素的含量小于0.1ng/ml。
該濾膜可以按常規(guī)方法進(jìn)行再生復(fù)性反復(fù)多次使用達(dá)20次以上，濾膜可耐1MPa壓力，耐酸堿可對PH2～14的溶液進(jìn)行凈化處理。
權(quán)利要求
1.一種纖維素微孔濾膜，其特征在于1)該濾膜中含有用環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)纖維素膜，可用分子或I表示 且交聯(lián)度為10～45％；2)該濾膜中含有交聯(lián)共價(jià)結(jié)合的間隔臂產(chǎn)物，可用分子或II表示 R為帶有極性基團(tuán)-NH2的C2～C8有機(jī)物的基團(tuán)，且共價(jià)結(jié)合的間隔臂產(chǎn)物可占纖維素膜分子的10～45％。
2.按照權(quán)利要求1所述的濾膜，其特征在于作為共價(jià)結(jié)合的間隔臂基團(tuán)可為-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2或
3.一種按照權(quán)利要求1所述的纖維素微孔濾膜的制備方法，包括纖維素成膜，對纖維素膜進(jìn)行交聯(lián)和引入間隔臂基團(tuán)反應(yīng)，其特征在于1)纖維素膜的交聯(lián)反應(yīng)，采用環(huán)氧法，在KBH4作催化劑和有機(jī)介質(zhì)二甲基亞砜存在時(shí)的堿性溶液中(PH10～12)，使環(huán)氧氯丙烷與纖維素進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)；2)引入間隔臂基團(tuán)反應(yīng)，首先是采用環(huán)氧法，在30～50℃下，堿性溶液(PH10～12)使環(huán)氧氯丙烷與交聯(lián)纖維素膜進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，然后在于50～70℃下，堿性溶液中(PH7～9)，使經(jīng)處理后的纖維素膜與可作為間隔臂的有機(jī)物進(jìn)行共價(jià)結(jié)合反應(yīng)，制得由分子式II表示的含間隔臂基團(tuán)的交聯(lián)纖維素膜。
4.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于1)纖維素膜的交聯(lián)反應(yīng)中，催化劑的用量為濾膜重的1～6％，有機(jī)介質(zhì)與堿溶液按1～5∶1重量比配制，堿溶液的用量為濾膜重的2～5倍，反應(yīng)物環(huán)氧氯丙烷的用量為濾膜重量的2～6倍，反應(yīng)時(shí)間為1～6小時(shí)。
5.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于2)引入間隔臂基團(tuán)反應(yīng)，反應(yīng)物環(huán)氧氯丙烷及己二胺的用量為纖維素濾膜的2～6倍和2～4倍，環(huán)氧氯丙烷的交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為1～6小時(shí)，引入間隔臂反應(yīng)時(shí)間為1～4小時(shí)。
6.一種按照權(quán)利要求1所述的纖維素微孔濾膜用于溶液中消除內(nèi)毒素的方法，其特征在于首先利用戊二醛交聯(lián)法，將作為親和配基的組氨酸固載化到纖維素膜上，交聯(lián)反應(yīng)條件為弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，反應(yīng)溫度50～75℃，于磷酸鹽緩沖液中進(jìn)行，戊二醛的用量為濾膜重的1～6倍，組氨酸用量為濾膜的1～5倍，反應(yīng)時(shí)間為2～8小時(shí)，制成親和濾膜，利用該膜按常規(guī)技術(shù)用于溶液中消除內(nèi)毒素。
全文摘要
一種纖維素微孔濾膜，其中含有交聯(lián)纖維素和交聯(lián)共價(jià)結(jié)合的間隔臂基團(tuán)組成，可分別用分子式I、II表示其中R為帶有極性基團(tuán)-NH該膜的制備包括纖維素成膜，環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)和引入可作為間隔臂的有機(jī)物交聯(lián)反應(yīng)三個(gè)步驟。利用這種膜，采用戊二醛交聯(lián)法將親和配基組氨酸固載化到該膜上制成親和纖維素膜，可用于溶液(自來水、大輸液、白蛋白溶液等)凈化清除內(nèi)毒素，其去除率可達(dá)98％以上。
文檔編號B01D71/10GK1125634SQ9411272
公開日1996年7月3日 申請日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
發(fā)明者商振華, 孫仲治, 郭為, 陳美云, 于億年, 馬立人 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所