Спосіб отримання ацетатцелюлозних мембран для гемодіалізу

Спосіб отримання ацетатцелюлозних мембран для гемодіалізу з формувальної суміші з розчину ацетатцелюлози методом інверсії фаз, який 3 бцією білку та антибактеріальними властивостями, що усуне необхідність їх термічної стерилізації. Поставлена задача реалізується тим, що за способом отримання ацетатцелюлозних мембран для процесів розділення мембрани отримують методом інверсії фаз; згідно із запропонованою корисною моделлю, як розчинник для ацетату целюлози використовують диметилсульфоксид та у формувальну суміш додатково додають наночастинки аеросилу модифікованого полівінілпіролідоном та комплексом полівінілпіролідон - йод. Відмінними ознаками запропонованого способу є зміна розчинника у формувальній суміші і введення до її складу модифікованих полівінілпіролідоном наночастинок аеросилу, що відрізняються присутністю специфічних груп, які у сукупності забезпечують досягнення вказаного технічного результату: отримання напівпроникних ацетатцелюлозних мембран з високою водопроникністю, проникністю щодо НМ речовин, низькою сорбцією білку та антибактеріальними властивостями, що усуне необхідність стерилізації та дає можливість зменшення введення пацієнту досить великих доз гепарину, що в сукупності зменшує вартість процедури гемодіалізу. Запропонований спосіб реалізується наступним чином. Формувальну суміш готують у такій послідовності: ацетат целюлози (суміш ди- та триацетату целюлози виробництва "Владіпор", Росія) розчиняють в диметилсульфоксиді (ДМСО) з наступною дегазацією до утворення 15 % (мас.) розчину. До отриманого розчину полімеру додають наночастинки модифікованого полівінілпіролідоном аеросилу в кількості від 1 до 4 % (мас.) від маси полімеру. Одержані композитні розчини полімеру перемішують до досягнення однорідності за допомогою ультразвуку впродовж 0,5-1 год. Отриману таким чином формувальну суміш наносять тонким шаром на скло за допомогою формувального ножа (товщина шару 200±5 мкм), витримують на повітрі 5 хв для часткового випаровування розчинника з поверхні полімерного розчину, занурюють скляну пластину з нанесеним полімером у коагуляційну ванну з дистильованою водою (7±1 °С), де нерозчинний у воді ацетат целюлози осаджують до утворення мембрани. Модифікування наночастинок аеросилу марки А-300 (розмір частинок 9-40 нм) проводили шляхом адсорбції полі-N-вініл-2-піролідону (ПВП) з молекулярною масою 40 кДа (виробництва SigmaAldrich, Німеччина) з його водних розчинів концентрацією від 0,01 до 1 % мас. Після модифікування наночастинки аеросилу відділяли від модифікуючого розчину за допомогою ультрафільтрації на промисловій мембрані МФФК-3 та висушували на повітрі протягом 24 год. при температурі 28±2 °С. Для надання мембранам бактерицидних властивостей отримані зразки ацетатцелюлозних мембран з введеними модифікованими ПВП наночастинками аеросилу витримували в суміші водних розчинів 0,05М йоду І2 і 0,2 М йодиду калію КІ у співвідношенні 1:1 протягом 1 год. Температуру розчину доводили до 40 °С і підтримували в межах 40-45 °С впродовж 1 год. Процес утворення комплексу ПВП-йод припиняли промиванням зразків 46941 4 мембран у дистильованій воді. Для максимального видалення незв'язаного йоду зразки мембран промивали не менше 48-72 год. Для вивчення розділювальних характеристик мембран (коефіцієнту водопроникності та селективності) використовували стандартну циліндричну комірку непроточного типу Amicon 8050 (виробництво Мillipore, США). Селективність нанокомпозиційних ацетатцелюлозних мембран з модифікованим аеросилом визначали пропусканням 0,3 % мас. водного розчину сироваткового альбуміну людини (САЛ) через зразки мембран з площею робочої поверхні -4 2 13,4∙10 м . Концентрацію альбуміну визначали спектрофотометрично на СФ-46 при довжині хвилі 280 нм. Кількість САЛ, адсорбованого на мембрані визначали за різницею концентрацій розчину до та після адсорбції. Як контроль використовували зразки сформованих ацетатцелюлозних мембран без аеросилу та з немодифікованим аеросилом. Для визначення коефіцієнту проникності низькомолекулярних (НМ) сполук (сечовина, креатинін, вітамін В12) крізь отримані нанокомпозиційні мембрани використовували дифузійну комірку, що складається з двох камер, об'ємом 200 см3 кожна, вертикально розділених досліджуваною мембраною, ефективна площа якої становить 25 см2. Камеру з боку активного шару мембрани наповнювали водним розчином НМ сполуки, другу камеру ізотонічним розчином. Процес проводили при постійному перемішуванні (≥800 об/хв) впродовж 1 год. Концентрацію вітаміну В12 в розчині визначали спектрофотометричним методом за допомогою спектрофотометра СФ-46 при довжині хвилі λ=360 нм, концентрацію креатиніну - фотоколориметрично з пікриновою кислотою при λ=540 нм і сечовини - біохімічними експрес-методом [6]. Бактерицидність нанокомпозиційних ацетатцелюлозних мембран визначали, використовуючи добову культуру бактерій Української колекції мікроорганізмів (УКМ), зокрема Escherichia coli BE, Escherichia coli HB 101. Бактерії вирощували на твердому живильному середовищі Endo agar. Суспензії добових тест-культур готували у стерильному фізіологічному розчині (3∙102-103 кл/мл). Виготовлену суспензію (10 мл) фільтрували крізь мембрану до сухого залишку в циліндричній комірці непроточного типу, після чого інкубували на поживному середовищі Ендо (Fluka) при температурі 28 °С. Результати обраховували через 24 год культивування бактерій. Як контроль використовували ацетатцелюлозні мембрани без аеросилу, оброблені сумішшю водних розчинів I2 і КІ. Всі показники отриманих ацетатцелюлозних мембран представлені в таблиці 1-4. В таблицях наведено: приклад І - мембрани з немодифікованим аеросилом, приклад II - мембрани з аеросилом модифікованим ПВП, приклад III - мембрани з аеросилом модифікованим комплексом ПВП - йод. 5 46941 Полі-N-вініл-2-піролідон є відомим біосумісним полімером, що використовується в медицині як замінник плазми крові. Логічно припустити, що чим більша концентрація ПВП буде знаходитись в полімерній матриці, тим в більшій мірі мембрана буде біосумісною. Так як ПВП є водорозчинним по 6 лімером, безпосереднє введення його у формувальний розчин неможливе. Тому необхідна його іммобілізація на нерозчинному носії - наночастинках аеросилу. У таблиці 1 приведені результати модифікування аеросилу A3 00 полівінілпіролідоном. Таблиця 1 Залежність кількості адсорбованого ПВП на аеросилі від концентрації розчину модифікування Концентрація ПВП, % (мас) Кількість адсорбованого ПВП, мг/г SiO2 0.01 0.04 0.07 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 3 7 10 20 50 200 240 250 250 Кількість іммобілізованого ПВП залежить від його концентрації в розчині модифікування. Максимальна адсорбція спостерігається при використання 0,9 % мас. водного розчину ПВП. При подальшому збільшенні концентрації величина адсорбції не змінюється. Адсорбція ПВП відбувається через активні центри за рахунок утворення водневих зв'язків між атомами оксисену карбонільної групи ПВП та атомами гідрогену вільної силанольної групи аеросилу. Очевидно, що при цьо му відбувається взаємодія макромолекул ПВП не тільки з наночастинками аеросилу, але й між собою, що веде до збільшення шару полімеру навколо наночастинок із збільшенням концентрації ПВП в розчині. Транспортні та функціональні характеристики модифікованих мембран також суттєво залежать від кількості модифікованого аеросилу в полімерній матриці мембрани. Таблиця 2 Залежність водопроникності та коефіцієнту затримки за БСА сформованих мембран від кількості введеного SіО2-ПВП в полімерну матрицю Концентрація SіО2 - ПВП, % Jv, л/м2год RБСА, % 1 122.4 75 2 149.2 78 Як видно з таблиці 2, із збільшенням кількості модифікованого аеросилу в полімерній матриці із 1 до 4 % водопроникність сформованих мембран збільшується від 120 до 280 л/м2год, а селективність залишається незмінною і складає близько 75-85 %. Збільшення продуктивності мембран пояснюється тим, що з підвищенням вмісту наночастинок в полімерній матриці збільшується загальна пористість мембран, при цьому розмір пор, що утворюються при формуванні мембран не змінюється. Подальше збільшення вмісту наночастинок 3 233.1 82 4 280.36 85 в полімерній матриці не має сенсу, так як збільшується кількість їх контактів між собою, що призводить до утворення певних агломератних структур, а при цьому неможливо досягти однорідності розчину формування. Отже, оптимальною є концентрація модифікованого аеросилу в формувальному розчині 4 % мас. У таблиці 3 наведено результати водопроникності (Jv), селективності (R), бактерицидності (В) та адсорбції сироваткового альбуміну людини (А) для отриманих мембран. Таблиця 3 Характеристики отриманих мембран Зразки мембран Приклад І Приклад II Приклад III Мембрана за найближчим аналогом 2 -2 2 Jv, л/м год 245,2 287,5 286,8 RСАЛ, % 55 85 84 А∙10 , мг/см 1,6 0,4 0,4 В, % 30±5 20±5 99±1 163,6 100 5,3 0 Приведені експериментальні дані показують, що отримані мембрани характеризуються майже вдвічі більшим значення водопроникності при цьому селективність їх знижується не суттєво. Як видно з даних щодо величини адсорбції САЛ, найменша величина адсорбції спостерігається для зразків мембран з модифікованим аеросилом. При введенні немодифікованого аеросилу до 7 46941 полімерної матриці адсорбція альбуміну до поверхні мембран зменшується в 3 рази, а при введенні модифікованого біосумісним ПВП - відповідно в 13 разів в порівнянні з мембраною за найближчим 8 аналогом. Крім того, за рахунок утворення бактерицидного комплексу ПВП-йод мембрани з модифікованим аеросилом характеризуються високою бактерицидною активністю, що складає 99 %. Таблиця 4 Коефіцієнти проникності НМ сполук 2 Мембрана Мембрана за найближчим аналогом Приклад II Коефіцієнт проникності, см /хв креатинін В12 3,7±1,4∙10 -5 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8±3∙10 1,6±0,3∙10 6±1∙10 -5 20±6∙10 Видалення низькомолекулярних токсичних речовин із крові пацієнтів є найбільш важливою функцією гемодіалізних мембран. Для дослідження їх транспортних властивостей використовують сечовину (Мr~60), креатинін (Мr~113) та як калібрант із середньою молекулярною масою вітамін В12 (Mr~1300). Як видно з таблиці 4, коефіцієнт проникності вітаміну В12 для нанокомпозитних АЦ мембран значно вищий, ніж для мембрани за найближчим аналогом, а коефіцієнти проникності креатиніну і сечовини перевищують відповідні коефіцієнти для промислових мембран на один порядок. Отже, одержані нанокомпозитні мембрани характеризуються значно вищою проникністю низькомолекулярних речовин у порівнянні з промисловими еталонними мембранами та можуть забезпечувати високий кліренс. Нанокомпозиційні ацетатцелюлозні мембрани одержані запропонованим способом забезпечують: - високу водопроникність, - високий кліренс щодо низькомолекулярних сполук, - низьку адсорбцію білків плазми крові, - бактерицидні властивості; Джерела: [1] Tomoaki Uchiyama, Junji Watanabe, Kazuhiko Ishihara. Biocompatible polymer alloy membrane for implantable artificial pancreas //J. Membr. Sci. – 2002. - V .208 - P.39-48. сечовина -8 -6 -7 1,1±0,3∙10 -5 [2] Albright R.C., Smelser J.M., McCarthy J.Т., Homburger H.A., Bergstralh E.J., Larson T.S. Patient survival and renal recovery in acute renal failure: randomized comparison of cellulose acetate and polysulfone membrane dialyzers //Mayo Clinic proceedings. Mayo Clinic - 2000. - 75 (11). - P.11411147. [3] Kung F.C., Yang M.C. Effect of conjugated linoleic acid immobilization on the hemocompatibility of cellulose acetate membrane //Colloids and surfaces. B, Biointerfaces - 2006. - 47 (1). - P.36-42. [4] Yoshihiko Abe, Akira Mochizuki. Hemodialysis membrane prepared from cellulose/Nmethylmorpholine-N-oxide solution. III. The relationship between the drying condition of the membrane and its permeation behavior //J. Appl. Polym. Sci. - 2003. - 89, №6. - P.1671-1681. [5] Cellulose acetate hemodialysis membrane. Uenishi, Tohru /Yamamoto, Isamu/ Okamoto, Kazutake Sato, Hideo Shiota, Yasuhiro Sakurai, Hidehiko Watanuki, Seiji Suzuki, Mitsuru (Toyo Boseki Kabushiki Kaisha), UNITED STATES PATENT AND TRADEMARK OFFICE GRANTED PATENT №5783124, July 21, 1998. - прототип. [6] Taylor A.J. Analytical reviews in clinical biochemistry: the estimation of urea /A.J. Taylor, P. Vadgama //Ann. Clin. Biochem. – 1992. – Vol. 29. – P.245-264. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601