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胺改性及药物强化亲和膜去除胆红素的研究

作　者: 鞠佳
导　师: 贺高红
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 亲和膜吸附胆红素吸附促进剂洗脱
分类号: TQ460.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

胆红素是体内血红素的代谢产物,体内浓度较高时可对大脑和神经系统造成不可逆损害,甚至危及生命。临床多通过血液体外循环去除胆红素,然而血液中的白蛋白严重干扰胆红素的吸附与洗脱,导致胆红素吸附剂存在吸附量低、再生困难等问题。本论文以醋酸纤维素/聚乙烯基亚胺共混微孔膜(CA/PEI膜)为研究体系,提出了添加药物(去氧胆酸钠)辅助亲和膜,以及接枝长链有机胺或β-环糊精的疏水空腔改性亲和膜的方法,增加胆红素吸附量,同时提高胆红素的吸附选择性,还建立了低浓度碱液复配重氮促进剂的胆红素洗脱方法,加快吸附材料CA/PEI微孔膜的再生。首先,采用生物相容性较好的CA/PEI膜进行胆红素的吸附研究,胆红素的静态吸附实验显示：较佳的吸附实验条件为37℃、2h,在此条件下最大的游离胆红素吸附量达到41.2mg/g干膜,与文献报道的亲和膜的胆红素吸附量(25.0-63.4mg/g干膜)相当。在胆红素缓冲溶液中,吸附游离胆红素的推动力主要为静电力。在模拟血清溶液中,胆红素和白蛋白以等摩尔比复合物形式在膜上吸附,这不但导致胆红素吸附量的明显降低,仅为2.9mg/g干膜,而且降低了胆红素对白蛋白吸附选择性。此外,复合物的吸附还增加了CA/PEI膜的再生难度,常规碱液再生方法的洗脱率仅63%。为减少空间位阻大的胆红素白蛋白复合物对吸附的不利影响,选择了治疗黄疸的胆盐类药物作为吸附促进剂,研发了去氧胆酸钠等胆盐与CA/PEI膜耦合吸附血清中胆红素的新方法,在添加量较少时,效果明显优于文献报道的效果最好的促进剂苯甲酸钠。当模拟血清中人血白蛋白和胆红素的浓度同为0.163mM时,添加去氧胆酸钠的CA/PEI膜的胆红素最大吸附量提高到16.5mg/g干膜,相对于无添加情况提高了100%。血清胆红素吸附结果显示,添加去氧胆酸钠后,胆红素和白蛋白的去除率均有提高,但是胆红素的去除率提高得更加显著,因此胆红素对白蛋白的吸附选择性也略有提高。可见吸收光谱、圆二色光谱及zeta电位结果显示,在实验浓度范围内去氧胆酸钠与胆红素、白蛋白形成了三元复合物。静态实验表明去氧胆酸钠在膜上的吸附能力强于白蛋白和胆红素,并能形成多层吸附。动态实验显示预先吸附多层去氧胆酸钠的促进效果最好。基于以上研究,提出了去氧胆酸钠与CA/PEI膜耦合吸附胆红素的机理：胆红素、白蛋白、去氧胆酸钠形成的三元复合物,与PEI中胺基的相互作用更强,更容易被吸附；预先吸附在CA/PEI膜上的多层去氧胆酸钠,形成了可重排的柔性表面,延伸了亲和配基的作用距离,降低了复合物吸附的位阻效用,提高了复合物在膜上的吸附量。为了降低了胆红素白蛋白复合物在膜上吸附的位阻效应,本文进一步提出了在CA/PEI膜和聚丙烯微孔膜(PP膜)不同基膜上,接枝长链氨基酸、有机胺或引入β-环糊精的疏水空腔的方法,提高血清中胆红素的吸附量,同时提高胆红素的吸附选择性。采用戊二醛法在CA/PEI膜上接枝了具有代表性的8种氨基酸和5种有机胺,采用高碘酸钠氧化法在CA/PEI膜上接枝了疏水的环糊精空腔结构,采用紫外辐射法在PP膜上两步接枝带支链和不带支链的4种有机胺,制备出一系列具有特异性配基的改性亲和膜。其中,己二胺、三甲基己二胺、间苯二甲胺、赖氨酸改性CA/PEI膜提高了血清胆红素的吸附量和选择性：虽然改性膜的胺基含量降为原始含量的1/3,但是胆红素吸附量却提高了100%,而且白蛋白的吸附量无显著变化,因此胆红素对白蛋白的吸附选择性提高了一倍以上。基于15种改性配基的分析对比,得出以下规律：增加胺基或疏水结构有利于胆红素吸附,而羧基不利于胆红素的吸附；配基密度、空间位阻协同影响胆红素的吸附,含苯环、支链等大位阻结构的亲和配基使得胆红素白蛋白复合物难以接近膜表面,即使提高配基密度也难以提高吸附量；而具有长碳链的亲和配基,’间隔臂较长,位阻小,克服了胆红素白蛋白复合物中胆红素吸附的空间位阻,不但提高亲和膜的胆红素吸附量,而且提高了胆红素的吸附选择性。胆红素白蛋白复合物在膜上的吸附,不但导致胆红素吸附量的明显降低,还增加了胆红素洗脱的困难,限制了CA/PEI膜的重复利用。针对胆红素洗脱的问题,提出复合物拆分/洗脱的再生路线,建立了低浓度碱液复配重氮促进剂的再生体系,利用重氮促进剂(如咖啡因试剂和二羟丙茶碱)与胆红素发生相互作用,破坏胆红素与白蛋白以及膜中亲和配基的相互作用,提高胆红素的洗脱速率和洗脱程度。通过分析咖啡因试剂、胆红素、白蛋白混合溶液的吸收光谱,以及两种胆红素吸附膜的洗脱液的光谱扫描分析,证实了咖啡因试剂的拆分作用。动态洗脱实验表明,0.025M NaOH溶液复配咖啡因试剂可洗脱90%以上白蛋白结合胆红素；静态吸附洗脱循环实验显示,平均洗脱率达到85%,效果优于同浓度下常规洗脱剂NaOH。低浓度碱液复配重氮促进剂的另一优势在于不损伤膜结构,膜的机械性能基本保持不变。而且,咖啡因复配碱液对改性CA/PEI膜和添加了去氧胆酸钠的三元体系中吸附的膜也具有较好的洗脱效果。胺基改性及药物添加强化亲和膜吸附和洗脱胆红素的过程,解决了血清实验中胆红素与白蛋白形成复合物、胆红素在亲和膜上吸附容量低、洗脱困难等问题,为亲和膜去除血清胆红素临床应用提供了重要理论指导。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-25
1 绪论  25-50
  1.1 血液净化去除胆红素  25-29
    1.1.1 胆红素产生、代谢及结构  25-26
    1.1.2 液净化治疗高胆红素血症  26-27
    1.1.3 胆红素吸附剂研究的新进展  27-29
  1.2 亲和膜及其去除胆红素的研究  29-44
    1.2.1 亲和膜色谱及其理论研究  29-32
    1.2.2 亲和膜的制备及改性  32-37
    1.2.3 亲和膜的配基结构和密度研究  37-41
    1.2.4 胆红素的吸附及亲和膜的再生  41-44
  1.3 药物与胆红素白蛋白复合物的相互作用及其促进胆红素吸附的研究  44-48
    1.3.1 胆红素与白蛋白的相互作用  44
    1.3.2 药物与胆红素白蛋白复合物的相互作用  44-45
    1.3.3 药物辅助吸附剂促进胆红素的吸附  45-46
    1.3.4 胆汁酸/盐的简介  46-48
  1.4 论文的选题依据及主要研究思路  48-50
2 CA/PEI膜的表征及吸附胆红素的研究  50-76
  引言  50-51
  2.1 实验部分  51-56
    2.1.1 实验药品及设备  51-52
    2.1.2 CA/PEI膜的制备  52-53
    2.1.3 CA/PEI膜的表征  53
    2.1.4 胆红素溶液的配制及检测  53-54
    2.1.5 胆红素的吸附实验  54-56
    2.1.6 膜吸附前后的血清免疫性检测  56
    2.1.7 吸附和血液免疫数据的统计分析  56
  2.2 CA/PEI膜的表征  56-60
    2.2.1 微观结构及纯水通量  56
    2.2.2 红外光谱分析  56-58
    2.2.3 元素分析  58-59
    2.2.4 热重分析  59-60
  2.3 胆红素的静态吸附  60-67
    2.3.1 吸附温度和时间对胆红素吸附的影响  61-62
    2.3.2 胆红素初始浓度对胆红素吸附的影响  62-63
    2.3.3 离子强度对胆红素吸附的影响  63-64
    2.3.4 pH值对胆红素吸附的影响  64-65
    2.3.5 白蛋白浓度对胆红素吸附的影响  65-67
  2.4 清胆红素的吸附  67-68
  2.5 胆红素的动态吸附  68-69
  2.6 膜吸附后血清免疫指标的变化  69-75
    2.6.1 免疫球蛋白和补体蛋白  69-72
    2.6.2 细胞因子  72-75
  2.7 本章小结  75-76
3 去氧胆酸钠强化CA/PEI膜去除胆红素  76-98
  引言  76-77
  3.1 实验部分  77-80
    3.1.1 实验药品及设备  77-78
    3.1.2 胆红素溶液和吸附促进剂溶液的配制  78-79
    3.1.3 添加促进剂的胆红素吸附实验  79-80
    3.1.4 吸附数据的统计分析  80
    3.1.5 可见吸收及圆二色光谱的测定  80
    3.1.6 Zeta电位的测定  80
  3.2 胆红素吸附促进剂的选择  80-81
  3.3 去氧胆酸钠与胆红素白蛋白复合物的相互作用  81-85
    3.3.1 去氧胆酸钠的添加对吸收光谱和圆二色光谱的影响  81-83
    3.3.2 去氧胆酸钠的添加对Zeta电位的影响  83-85
  3.4 CA/PEI膜吸附去氧胆酸钠  85-86
  3.5 等温吸附平衡  86-87
  3.6 去氧胆酸钠对胆红素吸附的影响  87-91
    3.6.1 去氧胆酸钠对缓冲溶液中胆红素吸附的影响  87-88
    3.6.2 去氧胆酸钠对模拟血清溶液中胆红素吸附的影响  88-90
    3.6.3 去氧胆酸钠对血清胆红素去除的影响  90-91
  3.7 去氧胆酸钠促胆红素吸附的机理  91-93
  3.8 胆盐结构对胆红素吸附的影响  93-97
  3.9 本章小结  97-98
4 胺改性制备亲和膜去除胆红素  98-125
  引言  98-99
  4.1 实验部分  99-105
    4.1.1 实验药品及设备  99
    4.1.2 改性亲和膜的制备  99-105
    4.1.3 胆红素静态吸附实验  105
    4.1.4 模拟血清中的人血白蛋白吸附实验  105
    4.1.5 吸附数据的统计分析  105
  4.2 氨基酸和有机胺改性CA/PEI膜的制备及吸附胆红素的结果  105-112
    4.2.1 戊二醛浓度对戊二醛活化的影响  105-106
    4.2.2 氨基酸和有机胺改性后膜上胺基含量的变化  106-107
    4.2.3 配基结构对胆红素吸附的影响  107-111
    4.2.4 配基空间位阻和配基密度对胆红素吸附的影响  111-112
  4.3 β-环糊精改性CA-EI膜的制备及去除胆红素  112-116
    4.3.1 反应时间对膜上胺基含量的影响  112-113
    4.3.2 β-环糊精改性CA-EI膜微观结构及机械性能  113-114
    4.3.3 胆红素吸附结果  114-116
  4.4 紫外辐射接枝制备胺型吸附膜  116-123
    4.4.1 紫外辐射接枝制备条件对GMA接枝率的影响  116-117
    4.4.2 PP-g-GMA膜的表征及接枝分布  117-119
    4.4.3 二胺改性PP膜的表征  119-120
    4.4.4 分子模拟及模拟血清胆红素的吸附  120-123
  4.5 本章小结  123-125
5 咖啡因复配碱液洗脱血清胆红素  125-143
  引言  125-126
  5.1 实验部分  126-128
    5.1.1 实验药品及设备  126
    5.1.2 洗脱液的配制  126-127
    5.1.3 静、动态洗脱实验  127
    5.1.4 吸附及洗脱数据的统计分析  127-128
    5.1.5 可见吸收光谱的测定  128
  5.2 咖啡因试剂复配碱液洗脱胆红素方法的建立  128-129
  5.3 咖啡因和NaOH在胆红素洗脱中的作用  129-132
  5.4 洗脱条件的优化  132-134
    5.4.1 复配洗脱时间的影响  132-133
    5.4.2 复配洗脱液各组分浓度的影响  133
    5.4.3 复配洗脱离子强度的影响  133-134
  5.5 静态吸附洗脱循环和动态洗脱  134-136
  5.6 咖啡因试剂复配碱液洗脱法的普适性  136-141
    5.6.1 咖啡因试剂与其它试剂复配碱液洗脱胆红素效果的比较  136-138
    5.6.2 胆红素吸附的复杂体系对复配洗脱的影响  138-140
    5.6.3 复配洗液对其他种类膜的洗脱  140-141
  5.7 二羟丙茶碱复配碱液洗脱胆红素  141
  5.8 本章小结  141-143
6 结论、创新点与展望  143-146
  6.1 结论  143-145
  6.2 创新点摘要  145
  6.3 展望  145-146
参考文献  146-158
致谢  158-160
作者简介  160
攻读博士学位期间科研项目及科研成果  160-162

胺改性及药物强化亲和膜去除胆红素的研究

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