一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂及其制备方法和应用、蛋白结合类毒素吸附器

技术领域

本发明涉及血液灌流技术领域，尤其涉及一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂及其制备方法和应用、蛋白结合类毒素吸附器。

背景技术

超高交联聚苯乙烯树脂是交联度高、内部结构复杂、具有多孔网状结构的聚合物吸附剂。与传统的吸附剂活性炭性相比，超高交联聚苯乙烯树脂除了具有较高的比较面积、刚性的骨架与稳定的物理化学性质外，还具有可控的孔径结构和容易再生循环的优势。作为一种性能优良的高分子吸附剂，目前在血液灌流技术领域有着广泛应用。尤其在血液灌流领域，超高交联树脂展示出优异的吸附性能，可通过吸附方法清除血液中的内源性和外源性致病因子，如尿毒症毒素等。在治疗肝、肾功能衰竭和急性药物中毒导致疾病领域发挥着重要作用。

然而，现有超高交联聚苯乙烯树脂主要针对中大分子毒素，但对胆红素IS.PCS.IAA导蛋白结合类毒素，以及内毒素等带电性毒素等未具有很好的吸附清除效果，开发对蛋白结合类毒素具有更高的吸附清除功能的新型树脂，降低医疗成本，提高患者的救治率，已成为迫切的临床需求，对血液灌流器吸附剂的发展及保障人类健康和促进血液灌流吸附剂树脂行业发展至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂及其制备方法和应用、蛋白结合类毒素吸附器，所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂具有高蛋白结合类毒素清除效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

将苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂混合，将所得油相混合物在水相中进行悬浮聚合反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球；

将所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球、第一催化剂和氯甲醚混合，进行氯甲基化反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯氯球；

将所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联剂混合，进行交联反应，得到含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。

优选的，所述苯乙烯类单体包括多乙烯基芳香族单体和单乙烯基芳香族单体中的至少一种；所述多乙烯基芳香族单体的质量为所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球干重的0.5～80％；所述单乙烯基芳香族单体的质量为所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球干重的20～82％。

优选的，所述多乙烯基芳香族单体包括二乙烯基苯、间-二乙烯基苯、对-二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基萘和多乙烯基芳香族卤代物中的一种或几种；所述单乙烯基芳香族单体包括苯乙烯、C1～C4烷基取代苯乙烯、苯乙烯卤代物和C1～C4烷基取代苯乙烯卤代物中的一种或几种。

优选的，所述致孔剂为有机氯、碳氢化合物和醇中的至少一种；所述有机氯为亚甲基二氯、二氯化乙烯、二氯化丙烯、氯苯和氯甲苯中的至少一种；所述碳氢化合物为环己胺、甲基环己胺、苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的至少一种，所述醇为甲基异丁基甲醇、二异丁基甲醇和异辛醇中的至少一种。

优选的，所述引发剂为过氧化物和偶氮化合物中的至少一种；所述过氧化物为过氧化二苯甲酰、2-乙基过氧已酸叔丁酯或过氧化二月桂酰；所述偶氮化合物为偶氮二异丁腈或2,2-偶氮二异-甲基丁腈。

优选的，所述苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂的质量比为1:(0.05～10)：(0.005～1)；所述水相包括水、分散剂和分散助剂；所述水、分散剂和分散助剂的质量比为1:(0.01～0.2):(0～0.05)；所述油相混合物与水相的质量比为1:(0.3～15)；所述悬浮聚合反应的温度为35～90℃，时间为4～48h；所述氯甲基化反应的温度为40～50℃，时间为12～36h。

优选的，所述第一催化剂和第二催化剂独立为三氯化铁、三氯化铝、氯化锌、硫酸磷酸、路易斯酸和质子酸中的至少一种；所述溶胀剂为二氯乙烷、三氯化丙烷、氯苯、氯甲苯和硝基苯中的至少一种；所述含氮功能基因交联剂包括乙烯基-sp，所述sp为叔胺基、仲胺基、伯氨基、咪唑基、嘧啶基、吡啶基和季铵盐基中的一种；所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联到的质量比为1:(2～100):(0.05～15):(0.5～8)；所述交联反应的温度为35～135℃，时间为4～100h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。

本发明提供了上述技术方案所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂在蛋白结合类毒素吸附器中的应用。

本发明提供了一种血液灌流蛋白结合类毒素吸附器，所用吸附剂为上述技术方案所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。

本发明提供了一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂的制备方法，通过交联反应引入含氮功能基团交联剂，构筑仿生碱性功能基团，仿生模拟蛋白结合类毒素与白蛋白的结合位点，正负电荷相互吸引，从而达到对带电的蛋白结合类毒素进行竞争亲和吸附的目的，从而提高蛋白结合类毒素清除效率。

本发明引入含氮功能基团交联剂，能够消耗吸附剂结构中的残余氯甲基，同时碱性基团会中和部分酸性，提升pH值，避免传统氯化交联后吸附剂结构中氯甲基在吸附剂储存和使用过程中，树脂骨架中的氯甲基发生水解等副反应，释放出氯化氢分子，导致蛋白结合类毒素吸附器中保存液pH值过低。

本发明所制备的吸附剂具有多级层次分布的三维纳米网络结构，其总比表面积和位空比表面积分别高达700～1400m

本发明制备的含仿生碱性功能基团超高交联吸附剂可用于血液灌流吸附人体内蛋白结合率高于60％的非水溶性毒素，可作为吸附剂用于蛋白结合类毒素吸附器中。

本发明所制备的吸附剂结构保留了现有吸附剂的结构，仅通过交联反应引入含氮功能基团，在具备优秀的蛋白结合类毒素吸附功能的同时，还保留了对中大分子毒素良好的吸附能力和清除效果。本发明吸附剂的制备过程与现有商业化树脂生产过程一致，只需在交联过程中选择合适的时间点加入含仿生碱性功能基团的交联剂SP即可制得吸附剂，生产工艺成熟，适合规模化商业化生产，成本可控，且吸附剂结构与性能可控。

附图说明

图1为实施例1中高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的制备原理示意图；

图2为实施例1中其高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的红外谱图；

图3为实施例1中其高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的XPS的N1s谱图；

图4为实施例1中其高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的外观SEM图；

图5为实施例1中其高交联聚苯乙烯-乙烯苯树脂的内部SEM图；

图6为实施例4中超高交联吸附剂的制备原理示意图；

图7为实施例4中超高交联吸附剂的红外谱图；

图8为实施例4中超高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的XPS的N1s谱图；

图9为实施例4中超高交联吸附剂的N

图10为实施例4中超高交联吸附剂的孔径分布图；

图11为实施例4中超高交联吸附剂的SEM图；

图12为实施例4中超高交联吸附剂的内部SEM图。

具体实施方式

本发明提供了一种含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

将苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂混合，将所得油相混合物在水相中进行悬浮聚合反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球；

将所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球、第一催化剂和氯甲醚混合，进行氯甲基化反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯氯球；

将所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联剂混合，进行交联反应，得到含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂混合，将所得油相混合物在水相中进行悬浮聚合反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球。

在本发明中，所述苯乙烯类单体优选包括多乙烯基芳香族单体和单乙烯基芳香族单体中的至少一种；所述多乙烯基芳香族单体优选包括二乙烯基苯、间-二乙烯基苯、对-二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基萘和多乙烯基芳香族卤代物中的一种或几种；所述单乙烯基芳香族单体包括苯乙烯、C1～C4烷基取代苯乙烯、苯乙烯卤代物和C1～C4烷基取代苯乙烯卤代物中的一种或几种。当所述苯乙烯类单体为上述两种以上时，本发明对不同种类单体的配比没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

在本发明中，所述多乙烯基芳香族单体优选为间-二乙烯基苯和对-二乙烯基苯中的至少一种，更优选为间-二乙烯基苯和对-二乙烯基苯。

在本发明中，所述苯乙烯卤代物优选为氯代二乙烯基苯。

在本发明中，所述C1～C4烷基取代苯乙烯优选为乙基苯乙烯、间-乙基苯乙烯和对-乙基苯乙烯中的一种或几种，所述苯乙烯卤代物优选为氯代苯乙烯；所述C1～C4烷基取代苯乙烯卤代物优选为氯代乙基苯乙烯。

在本发明中，所述多乙烯基芳香族单体的质量优选为所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球干重的0.5～80％，更优选为9～45％，进一步优选为27％；所述单乙烯基芳香族单体的质量优选为所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球干重的20～82％，更优选为36～45％。

在本发明中，所述致孔剂优选为有机氯、碳氢化合物和醇中的至少一种；所述有机氯优选为亚甲基二氯、二氯化乙烯、二氯化丙烯、氯苯和氯甲苯中的至少一种；所述碳氢化合物优选为环己胺、甲基环己胺、苯、甲苯、二甲苯和乙苯中的至少一种，所述醇优选为甲基异丁基甲醇、二异丁基甲醇和异辛醇中的至少一种。当所述致孔剂为上述中两种以上时，本发明对不同致孔剂的配比没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

在本发明中，所述引发剂优选为过氧化物和偶氮化合物中的至少一种；所述过氧化物优选为过氧化二苯甲酰、2-乙基过氧已酸叔丁酯或过氧化二月桂酰；所述偶氮化合物优选为偶氮二异丁腈或2,2-偶氮二异-甲基丁腈。当所述引发剂为上述中两种以上时，本发明对不同引发剂的配比没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

在本发明中，所述苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂的质量比优选为1:(0.05～10)：(0.005～1)，更优选为1:(2～2.85)：(0.01～0.03)。本发明对所述苯乙烯类单体、致孔剂和引发剂混合没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。

在本发明中，所述水相优选包括水、分散剂和分散助剂；所述水、分散剂和分散助剂的质量比优选为1:(0.01～0.2):(0～0.05)，更优选为1:(0.018～0.04):(0.01～0.05)；所述分散剂和分散助剂独立优选为明胶和/或聚乙烯醇；所述油相混合物与水相的质量比优选为1:(0.3～15)，更优选为1:(2.07～3.74)。

本发明对所述油相混合物与水相混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。

在本发明中，所述悬浮聚合反应的温度优选为35～90℃，更优选为70～85℃，时间优选为4～48h，更优选为12～18h。本发明优选梯度升温至所述悬浮聚合反应的温度，使得单体共聚合，形成微球状共聚物。本发明对所述梯度升温的速率没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

完成所述悬浮聚合反应后，本发明优选将所得共聚物树脂中的致孔剂去除，净化，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球。本发明对所述去除和净化没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球后，本发明将所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球、第一催化剂和氯甲醚混合，进行氯甲基化反应，得到聚苯乙烯-二乙烯苯氯球。

在本发明中，所述第一催化剂优选为三氯化铁、三氯化铝、氯化锌、硫酸磷酸、路易斯酸和质子酸中的至少一种；当所述第一催化剂为上述中两种以上时，本发明对不同种类第一催化剂的配比没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

在本发明中，所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球与第一催化剂的质量比优选为10:(0.3～0.8)，更优选为10:0.5，所述聚苯乙烯-二乙烯苯微球与氯甲醚的用量比优选为10g:(30～90)mL，更优选为10g:50mL。

本发明以氯甲醚作为反应溶剂，用于实现聚苯乙烯-二乙烯苯微球的氯甲基化。

本发明优选将干燥的聚苯乙烯-二乙烯苯微球加入反应容器，加入氯甲醚室温溶胀2～7h，更优选为5h，然后加入第一催化剂，进行氯甲基化反应。

在本发明中，所述氯甲基化反应的温度优选为40～50℃，时间优选为12～36h，更优选为24h；所述氯甲基化反应的过程中，氯甲醚与聚苯乙烯-二乙烯苯微球的苯环反应。

完成所述氯甲基化反应后，本发明优选将所得产物冷却至室温，过滤出母液后用甲醇抽提纯化，水洗除去甲醛，抽滤，干燥，筛分选取粒径为0.5～1.25mm的树脂，得到聚苯乙烯-二乙烯苯氯球。本发明对所述冷却、过滤、抽提纯化、水洗、抽滤、干燥和筛分没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

得到聚苯乙烯-二乙烯苯氯球后，本发明将所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联剂混合，进行交联反应，得到含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。

在本发明中，所述第二催化剂优选为三氯化铁、三氯化铝、氯化锌、硫酸磷酸、路易斯酸和质子酸中的至少一种；所述溶胀剂优选为二氯乙烷、三氯化丙烷、氯苯、氯甲苯和硝基苯中的至少一种；所述含氮功能基因交联剂优选包括乙烯基-sp，所述sp为叔胺基、仲胺基、伯氨基、咪唑基、嘧啶基、吡啶基和季铵盐基中的一种；当所述溶胀剂或第二催化剂为上述中两种以上时，本发明对不同种类溶胀剂或第二催化剂的配比没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。

在本发明中，所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联剂的质量比优选为1:(2～100):(0.05～15):(0.5～8)，更优选为1:5:(0.3～3):(0.5～0.8)。

在本发明中，所述聚苯乙烯-二乙烯苯氯球、溶胀剂、第二催化剂和含氮功能基团交联剂混合优选为将聚苯乙烯-二乙烯苯氯球与溶胀剂混合，在20～70℃条件下溶胀2～15h，更优选为6～8h，加入第二催化剂和含氮功能基团交联剂。

在本发明中，所述交联反应的温度优选为35～135℃，更优选为35～90℃，时间优选为4～100h，更优选为18～22h；所述交联反应优选在梯度升温条件下进行，本发明对所述梯度升温的具体速率没有特殊的限定，根据实际需求调整即可。本发明可通过改变交联剂的加入量和加入时间点(在反应过程中再次添加交联剂)等反应条件，控制目标产物的结构。在所述交联反应过程中，含氮功能基团通过共价键与聚苯乙烯-二乙烯苯氯球的苯环相连接。

完成所述交联反应后，本发明优选将所得产物净化，得到得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球；本发明对所述净化没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可，更优选为采用自来水清洗后，采用甲醇浸提。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。本发明所制备的含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂为球形颗粒、粒径优选为0.5mm～1.25mm，比表面积优选为500～2500m

本发明提供了上述技术方案所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂在蛋白结合类毒素吸附器中的应用。

本发明提供了一种血液灌流蛋白结合类毒素吸附器，所用吸附剂为上述技术方案所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂。本发明对所述血液灌流蛋白结合类毒素吸附器的结构没有特殊的限定，本领域熟知的相应结构即可。

蛋白结合类毒素吸附器用于清除血液中非水溶性的内源性和外源性毒物或致病物质。本发明所述含仿生碱性功能基因超高交联吸附剂可用于血液灌流吸附人体内蛋白结合率高于60％的非水溶性毒素(硫酸吲哚酚和硫酸对甲酚)。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，将对-二乙烯苯(60wt％)和间-二乙烯苯(40wt％)共30g、40g苯乙稀、200g甲苯和2.0g偶氮二异丁腈搅拌均匀组成油相；将油相加入预溶解均匀的由1000g去离子水和18g明胶组成的水相，开启搅拌，梯度加热混合物至85℃，恒温18h，去除致孔剂，净化，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球110g；

取100g制备的聚苯乙烯-二乙烯苯基球，与50mL氯甲醚混合，室温溶胀5h，然后加入FeCl

取100g所制备的聚苯乙烯-二乙烯苯氯球与500g硝基苯混合，室温溶胀6h，加入30gFeCl

实施例2

将对-二乙烯苯(20wt％)和间-二乙烯苯(80wt％)共50g、50g苯乙烯、200g甲苯和1g过氧化苯甲酰搅拌均匀组成油相；将油相加入预溶解均匀的由去离子水600g和明胶25g组成的水相；开启搅拌，梯度加热混合物至85℃，恒温18h，去除致孔剂，净化，得到聚苯乙烯一二乙烯苯微球110g；

其他同实施例1。

实施例3

将对-二乙烯苯(80wt％)和间-二乙烯苯(20wt％)共10g、90g苯乙烯、200g甲苯和3g偶氮二异丁腈搅拌均匀组合由相；将油相加入与溶解均匀的由1000g去离子水、5g明胶和10g聚乙烯醇组成的水相，开启搅拌，梯度加热混合物至70℃，恒温12h，去除致孔剂，净化，得到聚苯乙烯-二乙烯苯微球110g；

其他同实施例1。

实施例4

如图6所示，取100g实施例1所制备的聚苯乙烯-二乙烯苯氯球与500g二氯乙烷，室温条件下溶胀8h，加入300gZnCl

表征及性能测试

1)图1为实施例1中吸附剂的制备原理示意图；

图2为实施例1中吸附剂的红外谱图；由图2可知，微球在硝基苯、催化剂FeCl

图3为实施例1中吸附剂的XPS的N1s谱图；从图3中可以看出，所制备的超高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂表面具有隶属于C

图4为实施例1中吸附剂的外观SEM图；从图4中可以看出，所制备的吸附剂具有光滑的表面。

图5为实施例1中吸附剂的内部SEM图；从图5中可以看出，所制备的吸附剂的内部具有明显的多孔结构。

图6为实施例4中吸附剂的制备原理示意图；

图7为实施例4中吸附剂的红外谱图；由图7可知，微球在二氯乙烷、催化剂FeCl

图8为实施例4中吸附剂的XPS的N1s谱图；从图8中可以看出，所制备的聚苯乙烯一二乙烯苯树脂表面具有隶属于C

图9为实施例4中吸附剂的N

图11为实施例4中吸附剂的SEM图；从图11可以看到，所制备的吸附剂具有光滑的表面。

图12为实施例4中吸附剂的内部SEM图；从图12中可以看到，所制备的吸附剂的内部具有明显的多孔结构。

2)以商品化树脂AMBERLIEXAD16，商品化血液灌流器树脂HA130作为对比例，将对比例与实施例制备的吸附剂依次进行吸附剂物化参数评价、吸附性能评价和安全性评价。

(1)物化参数评价

采用比表面积与孔隙分析仪，N

将130mL吸附剂树脂与100mL生理盐水混合，在60℃条件下100h检测溶液的pH值，即为保存液pH值。

表1实施例及对比例的物化评价数据

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通过实施例与对比例的比较可知，通过改变制备工艺条件，可获得具有不同孔结构和化学性能的吸附剂。

(2)吸附性能评价方法：

分别取白介素6(IL-6)(中大分子毒素)、肿瘤坏死因子TNF-a(中大分子毒素)、甲状膀腺激素PHT(中大分子毒素)、硫酸对甲酚PCS(蛋白结合类毒素)、硫酸吲哚酚IS(蛋白结合类毒素)的血浆10mL，添加实施例1、4和对比例所得树脂1mL，在37℃下震荡吸附2h，分别测定被吸附物质的变化，结果见表2。

表2实施例1、3和对比例的吸附性能数据

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(3)血液相容性和安全性评价：

采用溶血和血小板粘附，根据GB/16886.4-200和GB/T16175-1996进行血液相容性和安全性能测试，结果见表3。

表3实施例1、4和对比例的血液相容性和安全性能

从表3可以看出，实施例1和实施例4制备的吸附剂具有较低的溶血率和血小板粘附率，表现出较好的血液相容性，同时对实施例1和实施例4的吸附剂进行细胞毒性、血栓形成、凝血、补体激活等生物相容性进行测试，均显示出优异的生物相容性结果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。