Способ изготовления трековой мембраны для фильтрации крови

Способ изготовления трековой мембраны для фильтрации крови

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам изготовления трековых мембран и может быть использовано для получения мембранных материалов, пригодных для ультрафильтрации жидких сред в медицине, биотехнологии, фармацевтике и микробиологии, а именно, мембранных материалов для фильтрации крови.

Известен способ изготовления трековой мембраны, включающий облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами, ее сенсибилизацию излучением в ультрафиолетовом диапазоне, и последовательную обработку облученной пленки травящим щелочным реагентом, раствором полиэтиленимина и раствором поливинилпирролидона (см. патент RU 2325944, кл. МПК B01D 61/00, опубл. 10.06.2008). Недостатком известного способа является невозможность получения мембраны, селективно задерживающей выбранные компоненты плазмы крови.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении задерживающей способности изготавливаемой трековой мембраны по отношению к липопротеинам низкой плотности в крови человека при сохранении альбуминовой фракции. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе изготовления трековой мембраны для фильтрации крови, включающем облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами, ее сенсибилизацию излучением в ультрафиолетовом диапазоне, и последовательную обработку облученной пленки травящим щелочным реагентом, раствором полиэтиленимина и раствором поливинилпирролидона, в качестве заряженных частиц используют ионы криптона при плотности облучения 0.9·10⁹÷1.1·10¹⁰ ионов/см², а время экспозиции при сенсибилизации пленки излучением в ультрафиолетовом диапазоне составляет 9-17 минут при интенсивности ультрафиолета A 5.8-12.5 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6-4.4 Вт/м².

На рисунке №1 представлено распределение пор полученной мембраны по их размеру.

На рис.№2 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 1.

На рис.№3 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 2.

На рис.№4 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 3.

Первой стадией получения трековой мембраны является облучение полимерной пленки на ускорителе с целью образования треков - каналов радиационного повреждения без сквозных отверстий в пленке. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека тонкую (12 мкм) полимерную пленку (материал - полиэтилентерефталат) облучают на циклотроне ионами криптона (Kr) с плотностью 0.9-1·10¹⁰ ионов/см². Выбор Kr в качестве ускоряемого иона заряженных частиц обусловлен увеличенной (по сравнению с Ar) скоростью облучения полимерной пленки на ускорителе, а также диапазоном пор трековой мембраны 0,02-0,13 мкм, изготовленной на основе этой пленки. Указанная плотность облучения позволяет впоследствии получить необходимое количество пор в мембране (при большем количестве пор механическая прочность мембраны падает, при проведении фильтрации возможно нарушение целостности мембраны), а при меньшем - неоправданно увеличивается гидравлическое сопротивление, создаваемое мембраной, и скорость отбора фильтрата значительно уменьшается).

Следующей стадией получения трековой мембраны является сенсибилизация облученной пленки ультрафиолетовым излучением с целью ускорения последующего химического травления. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека устанавливают экспозицию 9-17 минут при интенсивности ультрафиолета A 5.8-12.5 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6-4.4 Вт/м². Экспериментально было обнаружено, что именно такие параметры сенсибилизация обеспечивает получение такого распределения пор по размерам, которое обеспечивает максимальную задерживающую способность изготавливаемой трековой мембраны по отношению к липопротеинам низкой плотности в крови человека при сохранении альбуминовой фракции.

Завершающей стадией изготовления трековых мембран является избирательное химическое травление - на местах образования треков формируются сквозные отверстия - поры. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека исходную облученную и сенсибилизированную пленку подвергают воздействию щелочи (NaOH) в течение 5-20 минут при температуре 80°C. Концентрация щелочи 1-2 моль/л, скорость на установке травления 40-70 м/ч.

Химическую модификацию мембраны с указанными выше характеристиками проводят в динамическом режиме путем последовательной обработки поверхности мембраны водорастворимыми полимерами - полиэтиленимином (средний молекулярный вес не более 1800) и поливинилпирролидоном (средний молекулярный вес 10000). Время модифицирования каждым раствором варьируется от 5 до 30 минут. Обычно эту стадию проводят уже в готовом изделии - плазмофильтре.

После модифицирования вышеуказанными реагентами и непосредственно перед фильтрацией плазмы крови трековая мембрана также в динамическом режиме обрабатывается физиологическим раствором хлорида натрия (с целью удаления следов вышеуказанных реагентов и блокирования попадания их в кровеносное русло человека).

Конкретные варианты реализации предложенного метода иллюстрируются нижеследующими примерами.

Пример 1.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 0,9·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 17 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 5,8 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6,5 минут водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 92±3 нм и пористостью ~ 6%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.1. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№2.

Таблица 1.
Сводная таблица полученных результатов распределения пор по размерам.
Диапазон по размерам, пт	Время экспозиции УФ
17 мин

	Распределение пор по размерам, %
№ образца	1	2	3	4	5	среднее
dэф.ср., пт	89,4	92,9	94,7	93,8	91,5	92,46
0-20	0	0	0	0	0	0
20-30	0,3	0,1	0	0	0,2	0,12
30-40	2,7	2,4	1,4	2,1	1,9	2,1
40-50	3,2	2,8	3,1	3,7	2,4	3,04
50-60	5,6	4,2	4,8	5,3	4,3	4,84
60-70	9,1	8,3	9,6	8,8	8,9	8,94
70-80	11,4	11,6	11,3	12,2	12,7	11,84
80-90	29,2	26,2	23,1	21,7	25,8	25,2
90-100	31,4	35,5	37,2	36,9	35,9	35,38
>100	7,1	8,9	9,5	9,3	7,9	8,54

Пример 2.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 1,1·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 9 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 12,5 Вт/м², а ультрафиолета B - 4,4 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6 минут водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 88±3 нм и пористостью ~ 6,7%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.2. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№3.

Таблица 2.
Сводная таблица полученных результатов распределения пор по размерам.
Диапазон по размерам, пт	Время экспозиции УФ
9 мин
Распределение пор по размерам, %
№ образца	1	2	3	4	5	среднее
dэф.ср., пт	85,5	91,3	89,7	88,8	86,4	88,34
0-20	0	0	0	0	0	0
20-30	0,7	0,1	0,3	0,5	0,6	0,44
30-40	3,8	2,1	5,3	4,1	3,1	3,68
40-50	4,1	3,2	4,1	3,6	4	3,8
50-60	9,3	7,2	6,6	8,9	8,1	8,02
60-70	9,6	5,4	9,4	9,1	9,9	8,68
70-80	12,5	12,1	11,8	11,5	12,8	12,14
80-90	32,9	29,1	30,4	33	35,5	32,18
90-100	25,3	37,5	29,5	27,2	23,4	28,58
>100	1,8	3,3	2,6	2,1	2,6	2,48

Пример 3.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 1,0·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 13 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 9,6 Вт/м², а ультрафиолета B - 3,2 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6 минут при температуре 80°C водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 90±3 нм и пористостью ~ 6,4%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.3. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№4.

Таблица 3.
Сводная таблица полученных результатов распределения пор по размерам.
Диапазон по размерам, пт	Время экспозиции УФ
13 мин
Распределение пор по размерам, %
№ образца	1	2	3	4	5	среднее
dэф.ср., пт	86,8	90,5	92,1	89,6	93,2	90,44
0-20	0	0	0	0	0	0
20-30	0,4	0,2	0,1	0,5	0,3	0,3
30-40	3,1	2,8	2,6	3,2	2,3	2,8
40-50	4	3,3	3,2	3,8	3,4	3,54
50-60	8,6	7,6	5,2	7,2	5,1	6,74
60-70	9,4	9,1	9,3	8,3	8,2	8,86
70-80	12,4	11,2	11,6	12,3	12,5	12
80-90	30,1	29	30,1	30,5	27,6	29,46
90-100	29,2	31,7	34,8	29,9	35,4	32,2
>100	2,8	5,1	3,1	4,3	5,2	4,1

Тестирование полученной трековой мембраны показало следующее.

Базовые характеристики получаемой мембраны приведены в табл.4. Примерное содержание пор определенного диаметра на единице поверхности представлено в табл.5 (см. также рис.№1).

Через поры трековой мембраны с указанными характеристиками была проведена фильтрация плазмы крови в тангенциальном режиме с рециркуляцией. Для рассмотрения эффективности фильтрации введем коэффициент пропускания S:

где C_f - концентрация растворенного вещества в фильтрате, C_in - концентрация растворенного вещества на входе в плазмофильтр. Полученные селективные свойства (значения параметра S) вышеуказанной мембраны по целевым компонентам сведены в табл.6.

Результаты по селективным свойствам выбранной мембраны в значительной мере зависят от качества исходной плазмы, однако можно сделать вывод, что модифицированная трековая мембрана с полученным распределением пор позволяет задержать 70-75% патогенных липопротеинов низкой плотности, в то же время сохраняя 70-80% альбумина и общего белка, необходимых для нормальной работы организма.

Таким образом, трековая мембрана, полученная предлагаемым способом, позволяет эффективно и селективно отфильтровывать из плазмы крови человека патогенный компонент, повышенное содержание в крови которого ведет к развитию заболеваний системы кровообращения - ишемической болезни сердца, атеросклероза и др.

Таблица 4
Пористость, %	Диаметр пор по СЭМ, нм	Эффективный диаметр пор, нм / Газодинамический диаметр пор, нм
не менее 5	150	85-95/110-130

Таблица 5.
Диаметр пор, нм	% от общего количества пор
0-20	0
20-30	Не более 1%
30-40	Не более 6%
40-50	Не более 8%
50-60	Не более 10%
60-70	Не более 10%
70-80	Не более 13%
80-90	Не менее 21%
90-100	Не менее 21%
>100	Не более 10%

Таблица 6.
Компонент	S
Общий белок	Не менее 70%
Альбумин	Не менее 75%
Липопротеины высокой плотности	Не менее 65%
Липопротеины низкой плотности	Не более 25%

Способ изготовления трековой мембраны для фильтрации крови, включающий облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами, ее сенсибилизацию излучением в ультрафиолетовом диапазоне и последовательную обработку облученной пленки травящим щелочным реагентом, раствором полиэтиленимина и раствором поливинилпирролидона, отличающийся тем, что в качестве заряженных частиц используют ионы криптона при плотности облучения 0.9·10⁹÷1.1·10¹⁰ ионов/см², а время экспозиции при сенсибилизации пленки излучением в ультрафиолетовом диапазоне составляет 9-17 минут при интенсивности ультрафиолета А 5.8-12.5 Вт/м², а ультрафиолета В - 2.6-4.4 Вт/м².