一種用于膽紅素吸附的表面分子印跡的靜電紡絲納米纖維及其制備方法與流程

本發明屬于生物工程分離領域，特別涉及一種用于膽紅素吸附的表面分子印跡的靜電紡絲納米纖維及其制備方法。

背景技術：

正常人體血液中膽紅素的含量為0.2～1mg/dL，如果膽紅素產生過多或者代謝途徑受阻，會導致體內大量膽紅素的積聚，產生系統毒性。近年來，隨著生物材料的迅速發展，血液灌流療法的發展也非常的迅速，逐漸得到廣大患者接受，成為繼藥物、手術療法后“第三療法”。血液灌流療法中的核心內容是血液吸附材料的研發，目前已經制備出不少吸附材料，并有部分產品應用于臨床。但是現有的吸附材料一方面不具備特異性的吸附性能，生物相容性較差，另一方面就是成本較高，增加病人治療負擔。因此，開發新型的具有良好吸附性能和血液相容性的新型吸附材料，同時盡可能降低成本具有重要的科學研究意義和臨床實用價值。

膽紅素中含有羧基與亞胺基，吸附材料可通過非極性吸附(疏水吸附)、陰離子交換吸附(靜電相互作用)或極性吸附(氫鍵相互作用)等對膽紅素發生吸附作用。目前，用作膽紅素血液灌流的吸附材料主要有兩大類：活性炭和樹脂。活性炭作為吸附材料，對血小板破壞嚴重，而且微小炭粒在血管中可造成栓塞。后來將顆粒活性炭包膜用于血液灌流，才使活性炭血液灌流進入了臨床實用階段。該技術的核心是高性能吸附材料的研發，目前也已陸續研究開發出一些高分子樹脂類吸附材料用于膽紅素的吸附，國外的XAD系列吸附樹脂及國內NK107，NK110等吸附樹脂產品都已用于血液灌流的臨床。至目前為止，所用的吸附材料的臨床效果不能令人滿意，主要原因是現有吸附材料存在特異性吸附性能較差，血液相容性不理想，材料的成本較高等問題。因此，開發新型具有高吸附容量、高特異性和良好血液相容性的新型膽紅素吸附材料，具有重要的研究意義和臨床實用價值。

近年來，靜電紡絲技術由于其獨特的技術優勢，在組織工程和藥物釋放領域得到很好的應用，所得到的納米纖維具有較高的孔隙率和比表面積，這一特性非常適合制備大容量的血液吸附材料。同時，為了專一地識別特定的目標分子，分子印跡技術提供了一種引人注目的新方法，它是以目標分子作為模板分子，通過功能單體、交聯劑、引發劑等的作用，從而獲得結構與目標分子相匹配的印跡高分子材料。傳統的塊體印跡法較難洗脫模板分子、吸附速率慢、吸附量較低以及模板分子進出印跡識別位點困難，為了改善這些缺點，人們逐漸在固體基材特別是納米材料表面進行分子印跡來制備分子印跡聚合物，即表面分子印跡。由于表面分子印跡聚合物穩定性高、低耗、模板容易洗脫、選擇性高并且適合大量生產，因而在生物分離技術領域有廣泛的應用前景。多巴胺(DA)含有氨基、羧基、π-π鍵等在內的非共價鍵功能基團，在弱堿性條件下容易自身發生聚合形成聚多巴胺(PDA)粘附層，該自聚合在常溫下就可以進行，無需加入引發劑。聚多巴胺表面修飾是近幾年生物材料領域研究的熱點，其具有超高的表面粘附能力，良好的生物相容性和血液相容性，在血液灌流吸附材料方面具有非常高的應用潛力。

基于此，本發明結合了靜電紡絲技術和表面分子印跡技術的優點，以靜電紡絲聚醚砜納米纖維為載體，多巴胺為功能單體，制備出一種新型具有高吸附容量、高特異性和良好血液相容性的新型用于膽紅素吸附的表面分子印跡的靜電紡絲納米纖維。該制備方法簡單，反應條件溫和，成本低廉，制備的聚醚砜纖維表面分子印跡聚合物對于膽紅素模板分子具有吸附量大、選擇性高以及吸附速率快等優點，因此，在實際應用中具有十分廣闊的前景和意義。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種用于膽紅素吸附的表面分子印跡的靜電紡絲納米纖維的制備方法。本發明制備方法通過靜電紡絲制備聚醚砜納米纖維作為載體材料，然后以多巴胺為功能單體，膽紅素為模板分子，利用多巴胺的自聚合性能及生物黏附能力在聚醚砜纖維表面覆蓋一層載有膽紅素模板分子的聚多巴胺層，并通過洗脫劑洗脫模板分子得到表面分子印跡材料，即分子印跡聚合物。

本發明另一目的在于提供上述方法制備的靜電紡絲納米纖維，具體為表面改性的聚醚砜納米纖維，其能夠高效、快速、具有選擇性的吸附血液中的膽紅素。

本發明再一目的在于提供靜電紡絲納米纖維在血液中膽紅素的吸附中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種用于膽紅素吸附的表面分子印跡的靜電紡絲納米纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)聚醚砜納米纖維的制備：將聚醚砜溶解于有機溶劑中得到紡絲液，靜電紡絲得到聚醚砜納米纖維；

(2)表面分子印跡材料的制備：將聚醚砜納米纖維加入膽紅素溶液中，再加入鹽酸多巴胺反應，洗脫膽紅素模板分子，得到表面分子印跡材料。

步驟(1)中所述紡絲液中聚醚砜的質量百分數為15～30％。

步驟(1)中所述靜電紡絲的參數為：電壓為10～20kV，接收距離為10～20cm，紡絲液流速為0.5～2mL/h，紡絲溫度為20～30℃，濕度為30～50％。

步驟(1)中所述靜電紡絲采用的針頭為21-23號針頭。

步驟(1)中所述有機溶劑優選為四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶劑。

步驟(1)中所述有機溶劑中四氫呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的體積比為0:4～4:0。

步驟(1)中所述靜電紡絲得到的聚醚砜納米纖維置于40～60℃真空干燥箱中干燥12～48h。

步驟(2)中所用聚醚砜納米纖維、膽紅素和鹽酸多巴胺的質量比優選為(50～200):(5～20):(25～200)。

步驟(2)中所述膽紅素溶液的濃度優選為0.1～0.4g/L。

步驟(2)中所述膽紅素溶液優選為膽紅素的Tris緩沖溶液。

步驟(2)中所述反應的時間為4～24h。

步驟(2)中所述將聚醚砜納米纖維加入膽紅素溶液后優選在室溫搖床震蕩2～4h。

步驟(2)中所述洗脫膽紅素模板分子優選先用水洗脫，然后用甲醇和醋酸的混合溶劑洗脫，再用水洗脫。更優選為先用水洗脫3～5次，然后用體積比為9:1～20:1的甲醇和醋酸的混合溶劑洗脫10～24h至沒有膽紅素模板分子洗脫出來，再用水洗脫3～5次除去洗脫劑甲醇和醋酸，再置于40～60℃真空干燥箱中干燥12～48h。

本發明的靜電紡絲納米纖維(表面分子印跡材料)對于膽紅素模板分子具有吸附量大、選擇性高等優點，可應用于血液中膽紅素的吸附中。具體可為：稱取10mg表面分子印跡材料，加入到10mL濃度20mg/dL的膽紅素溶液中，或加入10mL濃度為20mg/dL的膽紅素/膽固醇或膽紅素/睪丸素混合溶液中，室溫下避光震蕩，吸附一定時間后，用紫外分光光度計檢測溶液在441nm處的吸光度，并計算出表面分子印跡材料對膽紅素的吸附量Q(mg/g)。

式中，C₀是膽紅素溶液的初始濃度(mg/L)，C_t是吸附一定時間后膽紅素溶液的濃度(mg/L)，V是膽紅素溶液的體積(L)，m是表面分子印跡材料的質量(g)。

本發明將生物醫藥與分子印跡聚合物技術相結合，通過靜電紡絲制備聚醚砜纖維作為載體，膽紅素為模板分子，多巴胺為功能單體，利用多巴胺的自聚合性能和生物粘附能力，在聚醚砜纖維表面自聚合形成聚多巴胺層，然后洗脫膽紅素模板分子，得到聚醚砜纖維表面分子印跡聚合物并用于膽紅素的吸附。該方法具有反應條件溫和、成本低廉、可重復利用等優點。同時，制備的聚醚砜纖維表面分子印跡聚合物對于膽紅素模板分子具有吸附量大、選擇性高等優點。

本發明相對于現有技術，具有如下的優點及有益效果：

1.本發明利用靜電紡絲技術，能夠制得高孔隙率和高比表面積的納米纖維，從而實現對膽紅素的高性能吸附；

2.本發明纖維表面分子印跡技術中，選擇以多巴胺為功能單體，利用多巴胺的生物粘附作用和自聚合性能，不需要引發劑，反應條件溫和，操作簡便。

3.本發明制備得到的表面分子印跡材料對于目標分子膽紅素具有很好的選擇性識別能力，能夠特異性的去除膽紅素。

附圖說明

圖1為聚醚砜納米纖維掃描電鏡(SEM)。

圖2為表面分子印跡聚醚砜納米纖維掃描電鏡(SEM)。

圖3為膽紅素動力學吸附。

圖4為膽紅素選擇性吸附。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

下列實施例中的試劑均可從商業渠道獲得。

實施例1：聚醚砜納米纖維的制備

按一定配比將聚醚砜溶解在四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶劑中，其中四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例為3:1，聚醚砜紡絲液質量百分比為24％。實驗采用靜電紡絲機，將制備的聚醚砜紡絲液加入到20mL注射器中，實驗采用23號針頭，電壓為15kV，接收距離為15cm，紡絲液流速為1mL/h，紡絲溫度為25℃，濕度為45％±2％。最后將制得的聚醚砜納米纖維置于40℃真空干燥箱中干燥24h，見附圖1。

實施例2：聚醚砜納米纖維的制備

按一定配比將聚醚砜溶解在四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶劑中，其中四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例為4:0，聚醚砜紡絲液質量百分比為15％。實驗采用靜電紡絲機，將制備的聚醚砜紡絲液加入到20mL注射器中，實驗采用23號針頭，電壓為12kV，接收距離為15cm，紡絲液流速為1mL/h，紡絲溫度為25℃，濕度為45％±2％。最后將制得的聚醚砜納米纖維置于40℃真空干燥箱中干燥24h。

實施例3：聚醚砜納米纖維的制備

按一定配比將聚醚砜溶解在四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶劑中，其中四氫呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例為0:4，聚醚砜紡絲液質量百分比為30％。實驗采用靜電紡絲機，將制備的聚醚砜紡絲液加入到20mL注射器中，實驗采用23號針頭，電壓為18kV，接收距離為15cm，紡絲液流速為1mL/h，紡絲溫度為25℃，濕度為45％±2％。最后將制得的聚醚砜納米纖維置于40℃真空干燥箱中干燥24h。

實施例4：表面分子印跡材料的制備

將100mg聚醚砜納米纖維加入50mL含有膽紅素10mg的Tris緩沖溶液中，搖床震蕩2h，然后加入0.1g鹽酸多巴胺，反應4h之后再洗脫模板分子。洗脫中先用去離子水洗脫3～5次，然后用5％甲醇和醋酸的混合溶劑洗脫10～24h，直至沒有膽紅素模板分子洗脫出來為止，再用去離子水洗脫3～5次去除材料表面的洗脫劑甲醇和醋酸。最后將制得的表面分子印跡聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h，見附圖2。

實施例5：表面分子印跡材料的制備

將100mg聚醚砜納米纖維加入50mL含有膽紅素20mg的Tris緩沖溶液中，搖床震蕩2h，然后加入0.1g鹽酸多巴胺，反應4h之后再洗脫模板分子。洗脫中先用去離子水洗脫3～5次，然后用5％甲醇和醋酸的混合溶劑洗脫10～24h，直至沒有膽紅素模板分子洗脫出來為止，再用去離子水洗脫3～5次去除材料表面的洗脫劑甲醇和醋酸。最后將制得的表面分子印跡聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h。

實施例6：表面分子印跡材料的制備

將100mg聚醚砜納米纖維加入50mL含有膽紅素10mg的Tris緩沖溶液中，搖床震蕩2h，然后加入0.1g鹽酸多巴胺，反應4h之后再洗脫模板分子。洗脫中先用去離子水洗脫3～5次，然后用10％甲醇和醋酸的混合溶劑洗脫10～24h，直至沒有膽紅素模板分子洗脫出來為止，再用去離子水洗脫3～5次去除材料表面的洗脫劑甲醇和醋酸。最后將制得的表面分子印跡聚合物置于40℃真空干燥箱中干燥24h。

實施例7：膽紅素動態吸附實驗

準確稱取10mg實施例4制備得到的表面分子印跡材料，加入到10mL濃度為20mg/dL的膽紅素溶液中，室溫下避光震蕩，吸附一定時間后，用紫外分光光度計檢測溶液在441nm處的吸光度，并利用公式計算表面分子印跡材料對膽紅素的吸附量Q(mg/g)，考察表面分子印跡材料與膽紅素的吸附速率以及平衡時間，見附圖3。

實施例8：膽紅素選擇性吸附實驗

準確稱取10mg實施例4制備得到的表面分子印跡材料，分別加入到10mL濃度為20mg/dL的膽紅素/膽固醇和膽紅素/睪丸素混合溶液中，室溫下避光震蕩，吸附達平衡后，用紫外分光光度計檢測溶液在441nm處的吸光度，并用公式計算表面分子印跡材料對膽紅素的吸附量Q(mg/g)，見附圖4。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。