СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕКОВОЙ МЕМБРАНЫ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ КРОВИ Российский патент 2014 года по МПК B01D67/00 B01D71/06 

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%

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. Способ изготовления трековой мембраны для фильтрации крови включает 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. 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. Изобретение позволяет повысить задерживающую способность изготавливаемой трековой мембраны по отношению к липопротеинам низкой плотности в крови человека при сохранении альбуминовой фракции. 4 ил., 6 табл., 3 пр.

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.