一種梯度孔徑過濾膜及其制備方法和應用與流程

本發明涉及一種梯度孔徑過濾膜。

背景技術：

近年來人們生活水平的逐漸提高，以及國家對醫療投入的逐年加大，越來越多具備特殊功能的醫療耗材被用于治療之中，自動止液輸液器由于質優價平也被越來越被廣泛的使用。

現有靜脈輸液治療的缺陷主要是輸液污染，將輸液器械和藥物自身存在以及輸液過程中產生的異物隨藥液一同進入人體，引起不良反應。該污染主要是微粒，即粒徑在50μm以下的非溶性的肉眼無法觀察到的顆粒雜質。進入人體后，微粒一方面可以引起血管栓塞和局部組織壞死，有血管堵塞和損傷引發水腫以及炎癥等產生，導致靜脈炎、動脈硬化或者熱原樣不良反應；另一方面異物微粒沉積到肺、腦、腎等組織毛細血管后容易引起肉芽腫，造成循環障礙，引發其他嚴重病癥產生。研究表明，傳統輸液過程中因為瓶口穿刺、合并用藥等過程產生數量極大的(～10⁴)玻璃微屑、橡膠以及其他塑料微粒，而這些微粒在傳統輸液器中能夠暢通無阻的進入患者體內，所以對微粒過濾的薄膜孔徑和性能提出了極高的應用要求。另外，因為靜脈輸液的換藥、停針往往帶給患者和醫護人員很大的精神壓力和工作壓力，而能夠自動止液的輸液器可以較好的解決這一問題，所以帶有精密過濾薄膜的止液輸液器有著現實的使用需求和極大的應用潛力。

目前，自動止液輸液器主要有兩種止液方式，一種是利用特殊過濾膜的氣液分離作用止液，另一種是利用物理機械原理止液。在臨床靜脈輸液的過程中，當液體將近滴完時，從滴管下端或者過濾盤下自動止液，使得從止液處到輸液針頭之間的輸液管路內充滿液體，從而可以有效阻止血管內的血液返流，防止或者延緩出現回血現象。這樣既保證了患者輸液全過程的安全，又減輕了患者和醫護人員的精神壓力和工作壓力，使得輸液過程中患者和醫護人員不必密切關注藥液瓶(袋)內的液位，同時提高藥液利用率，能讓藥液瓶(袋)內的藥液充分輸完，使藥液得到充分利用；并提高護士工作效率，減輕護士勞動強度，有利患者康復，減少回血給患者和家屬帶來的恐慌。

申請號為201310431919.1的中國專利公開了一種聚醚砜微孔薄膜在自動止液器中的應用，使用聚醚砜微孔薄膜作為輸液器中的自動止液膜，該聚醚砜微孔薄膜具有強親水性和非對稱的膜孔結構，但其過濾效果和止液效果一般，有待進一步提高和優化。

國內外研究表明，孔徑小于5μm的終端過濾器可以有效防治輸液時微粒熱原樣反應，孔徑小于3μm的終端過濾器可有效降低輸液疼痛，減少輸液性靜脈炎的發生。所以，在輸液器上加裝梯度孔徑的精密過濾膜，形成具有多層膜結構的自動止液輸液器將在濾除微粒方面發揮重要作用，同時也應保證良好的止液效果。

有需求使用該膜結構自動止液輸液器的患者包括嬰幼兒患者、化療患者、心腦血管病患者以及其他危重患者，可保證這些免疫力較低、微粒輸入反應嚴重以及血管硬化或狹窄的病患，避免靜脈炎等不良反應的發生。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種梯度孔徑過濾膜，能夠實現對輸液器微粒的過濾以及輸液結束時自動止液的功能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種梯度孔徑過濾膜，包括緊密貼合的三層結構，外側兩層結構的孔徑為5～10μm，厚度為0.1～0.4mm；中間層結構的孔徑為0.5～5μm，厚度為0.3～0.6mm。

本發明還提供上述梯度孔徑過濾膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用高分子聚合物材料，在室溫下攪拌制備出粘度>100cp的可紡溶液體系；

(2)采用靜電紡絲直寫技術，制備設定梯度孔徑的纖維濾膜；

(3)對纖維濾膜進行真空干燥，切割成圓片。

所述的高分子聚合物材料包括但不限于聚乙二醇PGA、聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA、聚乳酸PLA和聚己內酯PCL。

所述的靜電紡絲直寫技術的紡絲電壓為0～5kV，針頭與接收板距離30mm以內，通過移動精度為0.01mm的接收板接收紡絲纖維。

本發明應用于自動止液器，在藥液容器的下端和輸液軟管之間安裝止液濾膜槽，所述的止液濾膜槽為中空柱形結構，兩端分別連通藥液容器和輸液軟管，且止液濾膜槽的內徑大于輸液軟管的內徑，梯度孔徑過濾膜安裝于止液濾膜槽中，完全封閉止液濾膜槽的橫截面；藥液在通過濾膜上層時，首先過濾了尺寸較大的顆粒(>5μm)，接著在較為致密的中間層，顆粒被進一步過濾(>0.5μm)，最后在通過濾膜下層時，孔徑增大使得藥液能以較高流速通過；當藥液輸入即將結束時，濾膜中間層結構的藥物液滴在表面張力作用下，使得濾膜中心部下壓從而堵塞輸液軟管入口，停止液體輸送。

本發明的有益效果是：能夠有效地起到止液膜的作用，輸液過程中不影響輸液器中藥液的流動，輸液結束后能夠及時終止藥液，避免了空氣進入靜脈，大大增加了自動止液輸液器的使用安全性和便利性，使整個輸液過程更加安全便利。

附圖說明

圖1是本發明自動止液器的結構示意圖；

圖2是止液濾膜槽結構示意圖；

圖中，1-藥液瓶，2-輸液儲液槽，3-止液濾膜槽，4-流速調節器，5-輸液軟管，6-輸液針，7-梯度孔徑濾膜上層，8-梯度孔徑濾膜中層，9-梯度孔徑濾膜下層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種梯度孔徑過濾膜的制備及在自動止液輸液器中的應用，程序可控近場紡絲技術，其制備特點包括以下步驟：

(a)優選高分子聚合物材料，室溫下攪拌制備出可紡的特定溶液體系(粘度>100cp)；

(b)通過軟件編程合理設計接受面控制器的運行程序(Direct-write直寫技術，與傳統紡絲方法不同，噴頭與接受面距離<30mm)，利用靜電紡絲技術形成二維特定的拓撲結構，進而制備三維的特定梯度孔徑的纖維濾膜，所得濾膜孔徑范圍在0.5～10.0μm；

(c)靜電紡絲工藝，紡絲電壓在0～5kV，針頭與接收板距離30mm以內，通過可移動接受裝置(精度0.01mm)運動接收紡絲纖維；

(d)對所得梯度孔徑濾膜進行真空干燥，切割成圓片安裝入自動止液器。

梯度孔徑濾膜一般為三層，上下兩層濾膜孔徑較大，尺寸為5～10μm，厚度為0.1～0.4mm；中間層孔徑較小，尺寸為0.5～5μm，厚度為0.3～0.6mm。藥液在通過濾膜上層時，首先過濾了尺寸較大的顆粒(>5μm)，接著在較為致密的中間層顆粒被進一步過濾(>0.5μm)，最后在通過下層時，孔徑增大使得藥液能以較高流速通過。當藥液輸入即將結束時，在濾膜中層的藥物液滴在表面張力作用下，使得濾膜中心部下壓從而堵塞下層軟管入口停止液體輸送。

本發明制備的梯度孔徑濾膜，主要特點在于制備的濾膜拓撲結構多樣，程序運行簡單高效，孔徑精確可控，可實現濾膜梯度孔徑設計，形成的濾膜可保證藥液輸入速度、過濾效果、止液能力都具有較好效果。制備時所采用的近場紡絲技術，不同于傳統靜電紡絲，工作電壓較低(0～5kV)，紡絲距離極近(0～30mm)，自制可移動平板接收效果穩定良好，移動速度范圍0～1000mm/s，表面光潔。

針對患者輸液治療需求，在輸入含有不同藥物的液體時，制備梯度孔徑濾膜可選擇不同的有機高聚物材料，可用作梯度孔徑濾膜材料包括但不限于聚乙二醇(PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)。

實施例1：聚己內酯(PCL)制備梯度孔徑濾膜

選取聚己內酯(PCL)溶解于六氟異丙醇(HFIP)8wt％作為紡絲溶液，合理設計制備三層梯度孔徑濾膜，近場靜電紡絲后制備濾膜，接收板移動速度范圍20～100mm/s，取下后真空60℃干燥處理。制備得到的梯度孔徑濾膜，上下兩層孔徑尺寸為5～7μm，中間層為0.5～2μm，濾膜上下層厚度都為0.3mm，中間層為0.4mm，整體厚度約為1.0mm，安裝入止液濾膜槽形成自動止液器，進行生理鹽水輸液實際測試。

經測試，該聚己內酯制備的梯度孔徑濾膜輸液時對微粒過濾效果良好，濾除率測試均值在92％，輸液結束時自動止液，性能穩定。

實施例2：聚乳酸(PLA)制備梯度孔徑濾膜

選取聚乳酸(PLA)溶解于二氯甲烷10wt％作為紡絲溶液，合理設計制備三層梯度孔徑濾膜，近場靜電紡絲后制備濾膜，接收板移動速度范圍50～100mm/s，取下后真空60℃干燥處理，制備得到梯度孔徑濾膜，上下兩層孔徑尺寸為6～8μm，中間層為0.5～1.5μm，膜上下層厚度都為0.25mm，中間層為0.6mm，整體厚度約為1.1mm，安裝入止液濾膜槽形成自動止液器，進行葡萄糖藥液靜脈滴注輸送。

經測試，該聚乳酸制備得到梯度孔徑濾膜輸液時對微粒過濾效果良好，濾除率測試均值在96％，輸液結束時自動止液，性能穩定。

實施例3：聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)制備梯度孔徑濾膜

選取聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)溶解于氯仿12wt％作為紡絲溶液，合理設計制備三層梯度孔徑濾膜，近場靜電紡絲后制備濾膜，接收板移動速度范圍100～200mm/s，取下后真空60℃干燥處理。備得到的梯度孔徑濾膜，上下兩層孔徑尺寸為6～8μm，中間層為0.5～2.0μm，濾膜上下兩層厚度都為0.3mm，中間層為0.6mm，整體厚度約為1.2mm，安裝入止液濾膜槽形成自動止液器，進行葡萄糖藥液靜脈滴注輸送。

經測試，該聚乳酸-羥基乙酸共聚物制備得到的梯度孔徑濾膜輸液時對微粒過濾效果良好，濾除率測試均值在90％，輸液結束時自動止液，性能穩定。