專利名稱：一種纖維素微孔濾膜及其制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分離技術，具體地說是提供一種纖維素微孔濾膜及其制備方法。同時又提供了利用該濾膜交聯組氨酸制成親和濾膜用于對溶液中的內毒素進行清除。
親和分離由于具有很高的特異性，良好的選擇性，極高的純化倍數，因此該技術發展十分迅速，已制成了多種親和分離色譜填料，廣泛應用于生物工程目標產品的純化分離和生命科學的研究。近來，隨著膜分離科學的迅速發展已出現了把親和配基共價結合到微孔濾膜或超濾膜上，制成親和膜，應用到一些生物大分子如酶、蛋白質等的純化分離上，所用的膜材料大部分為纖維素膜或纖維素共混膜。因在這種纖維素膜的分子上含有大極性的官能團-羥基，所以這種膜具有良好的親水性和能透量，可對這些羥基進行活化，接上所需的間隔臂和配位基，制成具有生物特異性的親和膜。與本發明的技術相近，如S.Minobe等人(J.Chromatogr，1982，248401-408)用瓊脂糖作為基質原料，用溴化氰在強堿溶液中對瓊脂糖分子上的羥基進行活化，共價結合1，4-丁二胺作間隔臂，所制成的中間物Sepharose 4B-丁二胺，再用戊二醛溶液使其與親和配基組胺進行交聯，制成瓊脂糖親和介質配基。用此親和介質來凈化除去溶液中內毒素。但是這種纖維素微孔濾膜在未交聯前，機械強度和化學穩定性都較差，承受不了強酸強堿的攻擊。而對于親和純化分離技術，不僅在活化，接間隔臂和親和配位基時要在強堿條件下進行，而且在解離、復性、再生階段也常常要用強堿來實現。因此改善這種纖維素膜的機械強度和化學穩定性是該分離技術實用化前必需解決的關鍵問題。
本發明的目的是提供一種纖維素微孔濾膜及制備方法。利用該方法制備的纖維素濾膜機械強度高，化學穩定性好，且易于同帶有咪唑基的分子產生特異性的親和相互作用，可制備出實用性強的親和濾膜。本發明的另一目的就是利用上述纖維素膜，使組氨酸固載化到交聯纖維素膜上制成親和濾膜，并用于對溶液(自來水、大輸液、生理鹽水、白蛋白溶液等)中的內毒素進行清除。
為實現本發明的第一個目的，本發明選用一種由β-1，4連接的D-葡萄糖甘組成的線性聚合物為原料，制備成膜，再控制反應條件對該纖維素膜進行交聯和引入間隔臂反應，制備出一種機械強度好，能耐酸、堿和有機溶劑，且易于與親和配基進行共價結合的纖維素微孔濾膜。本發明濾膜的特征在于1)該纖維素膜含有用環氧氯丙烷進行交聯反應的產物，可用分子式I表示 且交聯度(參加交聯反應分子與總纖維素分子百分比)為10-45％；2)該纖維素膜含有共價結合的間隔臂產物，可用分子式II表示 R為帶有極性基團-NH2的C2～C8有機物的基團，如-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2或 NH2，且共價結合的間隔臂產物的量為纖維素分子的10-45％。
本發明的纖維素微孔濾膜的制備方法，按下述步驟1)以β-1，4連接的D-葡萄糖苷為原料，采用傳統工藝制成平均孔徑為0.1～1.2μm，厚度為150～250μm的微孔濾膜。
2)采用環氧法用環氧氯丙烷對上述纖維素膜進行交聯，其特征在于反應在催化劑(KBH4)和有機介質二甲基亞砜存在的堿溶液中(PH10～12)，于50～70℃下進行交聯反應，其反應過程可用反應式(1)表示 反應(1)中，催化劑用量為纖維素重量的1～6％，有機介質與堿溶液按1～5∶1重量比，堿溶液的用量為纖維素重量的2～5倍，反應物環氧氯丙烷的用量與纖維素重量比為2～6∶1，反應時間為1～6小時，反應結束后，將產物洗滌到中性，纖維素的交聯度為10～45％(參加反應分子與總纖維素分子百分比)，制成交聯纖維素膜。
3)再采用環氧法引入間隔臂，其特征在于在30～50℃下，堿性溶液中(PH10～12)使環氧氯丙烷先與交聯纖維素膜進行共價結合，按下反應式(2)進行 反應(2)中，環氧氯丙烷的用量為纖維素重量的2～6倍，反應時為1～4小時，反應結束后，將產物洗滌到中性，其交聯度可達10～45％。上述產物浸入到堿性溶液中(PH值7～9)，反應溫度50～70℃下，加入可作為間隔臂的有機物(為纖維素重的1～4倍)反應時間為1～6小時，進行下反應(3) R為帶極性基團-NH2的C2～C8有機物的基團，如-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2， 等。經上述反應，共價結合的間隔臂間物可占纖維素分子的10～45％，即制成本發明的纖維素微孔濾膜。
上述本發明提供的濾膜，由于其帶有活性官能團(-NH2)，可采用重氮化法或戊二醛交聯法，將生物大分子固載化在膜上，制成親和濾膜用于生物大分子的純化和分離。本發明的第二個目的即是利用本發明的纖維素膜制成親和濾膜，用于對溶液中的內毒素進行清除。為此，上述交聯間隔臂的纖維素微孔濾膜與親和配基組氨酸進行固載化反應，反應在弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，反應溫度20～75℃，于磷酸鹽緩沖液中進行，如反應式(4) 戊二醛的加入量為濾膜重1～6倍，組氨酸的加入量為濾膜重的1～5倍，堿溶液量為濾膜重的1～5倍，反應時間為2～8小時。反應結束后，用含5％的乙醇胺溶液對纖維素膜上殘留的羥基進行封尾處理，以減少非特異性吸附的可能性，即制成可用于除去溶液中內毒素的親合濾膜。
反應式(4)中，R為帶極性基團-NH2的C2～C8的有機物基團，R′為R去掉官能團-NH2中2個氫原子后基團。下面通過實例對本發明的技術給予進一步地說明。
實例1，交聯纖維素微孔濾膜的制備交聯纖維素微孔濾膜按下述步驟制備1)選用由β-1，4連接的D-葡萄糖甘組成的聚合度為300～500左右的線性聚合物為原料，按常規制成厚約205μm，平均孔徑為0.1～1.2μm的濾膜。
2)將上述濾膜加入到為濾膜3倍重量的有機介質二甲基亞砜存在下(為堿溶液的4倍)的堿性溶液中(PH值為10～11)，與環氧氯丙烷(加入量為濾膜3倍重)進行反應，催化劑KBH4的用量為濾膜重的4％，反應時間為3小時，即可完成上述反應(1)，反應后濾膜經0.2N NaOH溶液，乙醇溶液和水分別依次洗滌成中性，即制得交聯纖維素膜，其交聯度為30％。
3)將上述得到的交聯纖維膜，于3倍重量的堿性溶液中(PH值為10～12)，反應溫度為30～50℃下，加入環氧氯丙烷(用量為濾膜的4倍)進行交聯反應，反應2小時后，洗滌濾膜到中性。該濾膜加入到3倍重的堿性溶液中(PH值為7～8)，加入已二胺(按濾膜重的2倍)，于50～70℃下繼續反應4小時，可使已二胺共價結合到纖維素膜上，洗滌產物至中性。其交聯度為40％，每克交聯纖維素膜上可共價結合上120μmol的已二胺，完成膜的制備。
實例2用于除去溶液中內毒素的纖維素微孔親和濾膜的制備利用實例2制得交聯纖維素濾膜，在弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，用戊二醛作交聯試劑，在20～35℃下，于磷酸鹽緩沖液中，加入組氨酸進行固載化反應。戊二醛的用量為纖維素濾膜重的5倍，組氨酸的用量為濾膜重量的3倍。反應5小時后，用5％的乙醇胺溶液對產物進行封尾處理。得到的親和濾膜組氨酸親和配基的容量為75μmol/g。
實例3，親和濾膜的應用使用實例2制得的親和濾膜制成直徑為40mm膜片，25張膜疊加在一起組裝在濾膜分離器中，(膜片的大小，形狀及疊加厚度可依選用分離器改變)，并對分離器進行予處理，即可用于溶液的凈化。
將待處理含內毒素的液體(自來水，大輸液，白蛋白溶液等含內毒素量超過10ng/ml以上)，在流速2ml/min下用蠕動泵打入膜分離器中，收集流出液，其內毒素的含量小于0.1ng/ml。
該濾膜可以按常規方法進行再生復性反復多次使用達20次以上，濾膜可耐1MPa壓力，耐酸堿可對PH2～14的溶液進行凈化處理。
權利要求
1.一種纖維素微孔濾膜，其特征在于1)該濾膜中含有用環氧氯丙烷進行交聯反應的交聯纖維素膜，可用分子或I表示 且交聯度為10～45％；2)該濾膜中含有交聯共價結合的間隔臂產物，可用分子或II表示 R為帶有極性基團-NH2的C2～C8有機物的基團，且共價結合的間隔臂產物可占纖維素膜分子的10～45％。
2.按照權利要求1所述的濾膜，其特征在于作為共價結合的間隔臂基團可為-NH-(CH2)2-NH2，-NH-(CH2)4-NH2，-NH-(CH2)6-NH2或
3.一種按照權利要求1所述的纖維素微孔濾膜的制備方法，包括纖維素成膜，對纖維素膜進行交聯和引入間隔臂基團反應，其特征在于1)纖維素膜的交聯反應，采用環氧法，在KBH4作催化劑和有機介質二甲基亞砜存在時的堿性溶液中(PH10～12)，使環氧氯丙烷與纖維素進行交聯反應；2)引入間隔臂基團反應，首先是采用環氧法，在30～50℃下，堿性溶液(PH10～12)使環氧氯丙烷與交聯纖維素膜進行交聯反應，然后在于50～70℃下，堿性溶液中(PH7～9)，使經處理后的纖維素膜與可作為間隔臂的有機物進行共價結合反應，制得由分子式II表示的含間隔臂基團的交聯纖維素膜。
4.按照權利要求3所述的制備方法，其特征在于1)纖維素膜的交聯反應中，催化劑的用量為濾膜重的1～6％，有機介質與堿溶液按1～5∶1重量比配制，堿溶液的用量為濾膜重的2～5倍，反應物環氧氯丙烷的用量為濾膜重量的2～6倍，反應時間為1～6小時。
5.按照權利要求3所述的制備方法，其特征在于2)引入間隔臂基團反應，反應物環氧氯丙烷及己二胺的用量為纖維素濾膜的2～6倍和2～4倍，環氧氯丙烷的交聯反應時間為1～6小時，引入間隔臂反應時間為1～4小時。
6.一種按照權利要求1所述的纖維素微孔濾膜用于溶液中消除內毒素的方法，其特征在于首先利用戊二醛交聯法，將作為親和配基的組氨酸固載化到纖維素膜上，交聯反應條件為弱堿性條件下(PH7.5～9.0)，反應溫度50～75℃，于磷酸鹽緩沖液中進行，戊二醛的用量為濾膜重的1～6倍，組氨酸用量為濾膜的1～5倍，反應時間為2～8小時，制成親和濾膜，利用該膜按常規技術用于溶液中消除內毒素。
全文摘要
一種纖維素微孔濾膜，其中含有交聯纖維素和交聯共價結合的間隔臂基團組成，可分別用分子式I、II表示其中R為帶有極性基團-NH該膜的制備包括纖維素成膜，環氧氯丙烷交聯和引入可作為間隔臂的有機物交聯反應三個步驟。利用這種膜，采用戊二醛交聯法將親和配基組氨酸固載化到該膜上制成親和纖維素膜，可用于溶液(自來水、大輸液、白蛋白溶液等)凈化清除內毒素，其去除率可達98％以上。
文檔編號B01D71/10GK1125634SQ9411272
公開日1996年7月3日 申請日期1994年12月28日 優先權日1994年12月28日
發明者商振華, 孫仲治, 郭為, 陳美云, 于億年, 馬立人 申請人:中國科學院大連化學物理研究所, 中國人民解放軍軍事醫學科學院放射醫學研究所