Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕКОВОЙ МЕМБРАНЫ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ КРОВИ

Изобретение относится к способам изготовления трековых мембран и может быть использовано для получения мембранных материалов, пригодных для ультрафильтрации жидких сред в медицине, биотехнологии, фармацевтике и микробиологии, а именно, мембранных материалов для фильтрации крови.

Известен способ изготовления трековой мембраны, включающий облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами, ее сенсибилизацию излучением в ультрафиолетовом диапазоне, и последовательную обработку облученной пленки травящим щелочным реагентом, раствором полиэтиленимина и раствором поливинилпирролидона (см. патент RU 2325944, кл. МПК B01D 61/00, опубл. 10.06.2008). Недостатком известного способа является невозможность получения мембраны, селективно задерживающей выбранные компоненты плазмы крови.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении задерживающей способности изготавливаемой трековой мембраны по отношению к липопротеинам низкой плотности в крови человека при сохранении альбуминовой фракции. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе изготовления трековой мембраны для фильтрации крови, включающем облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами, ее сенсибилизацию излучением в ультрафиолетовом диапазоне, и последовательную обработку облученной пленки травящим щелочным реагентом, раствором полиэтиленимина и раствором поливинилпирролидона, в качестве заряженных частиц используют ионы криптона при плотности облучения 0.9·10⁹÷1.1·10¹⁰ ионов/см², а время экспозиции при сенсибилизации пленки излучением в ультрафиолетовом диапазоне составляет 9-17 минут при интенсивности ультрафиолета A 5.8-12.5 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6-4.4 Вт/м².

На рисунке №1 представлено распределение пор полученной мембраны по их размеру.

На рис.№2 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 1.

На рис.№3 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 2.

На рис.№4 - Гистограмма распределения пор по размерам в исследуемых образцах мембраны по примеру 3.

Первой стадией получения трековой мембраны является облучение полимерной пленки на ускорителе с целью образования треков - каналов радиационного повреждения без сквозных отверстий в пленке. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека тонкую (12 мкм) полимерную пленку (материал - полиэтилентерефталат) облучают на циклотроне ионами криптона (Kr) с плотностью 0.9-1·10¹⁰ ионов/см². Выбор Kr в качестве ускоряемого иона заряженных частиц обусловлен увеличенной (по сравнению с Ar) скоростью облучения полимерной пленки на ускорителе, а также диапазоном пор трековой мембраны 0,02-0,13 мкм, изготовленной на основе этой пленки. Указанная плотность облучения позволяет впоследствии получить необходимое количество пор в мембране (при большем количестве пор механическая прочность мембраны падает, при проведении фильтрации возможно нарушение целостности мембраны), а при меньшем - неоправданно увеличивается гидравлическое сопротивление, создаваемое мембраной, и скорость отбора фильтрата значительно уменьшается).

Следующей стадией получения трековой мембраны является сенсибилизация облученной пленки ультрафиолетовым излучением с целью ускорения последующего химического травления. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека устанавливают экспозицию 9-17 минут при интенсивности ультрафиолета A 5.8-12.5 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6-4.4 Вт/м². Экспериментально было обнаружено, что именно такие параметры сенсибилизация обеспечивает получение такого распределения пор по размерам, которое обеспечивает максимальную задерживающую способность изготавливаемой трековой мембраны по отношению к липопротеинам низкой плотности в крови человека при сохранении альбуминовой фракции.

Завершающей стадией изготовления трековых мембран является избирательное химическое травление - на местах образования треков формируются сквозные отверстия - поры. При изготовлении трековой мембраны для снижения уровня липопротеинов низкой плотности в крови человека исходную облученную и сенсибилизированную пленку подвергают воздействию щелочи (NaOH) в течение 5-20 минут при температуре 80°C. Концентрация щелочи 1-2 моль/л, скорость на установке травления 40-70 м/ч.

Химическую модификацию мембраны с указанными выше характеристиками проводят в динамическом режиме путем последовательной обработки поверхности мембраны водорастворимыми полимерами - полиэтиленимином (средний молекулярный вес не более 1800) и поливинилпирролидоном (средний молекулярный вес 10000). Время модифицирования каждым раствором варьируется от 5 до 30 минут. Обычно эту стадию проводят уже в готовом изделии - плазмофильтре.

После модифицирования вышеуказанными реагентами и непосредственно перед фильтрацией плазмы крови трековая мембрана также в динамическом режиме обрабатывается физиологическим раствором хлорида натрия (с целью удаления следов вышеуказанных реагентов и блокирования попадания их в кровеносное русло человека).

Конкретные варианты реализации предложенного метода иллюстрируются нижеследующими примерами.

Пример 1.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 0,9·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 17 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 5,8 Вт/м², а ультрафиолета B - 2.6 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6,5 минут водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 92±3 нм и пористостью ~ 6%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.1. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№2.

Пример 2.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 1,1·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 9 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 12,5 Вт/м², а ультрафиолета B - 4,4 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6 минут водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 88±3 нм и пористостью ~ 6,7%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.2. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№3.

Пример 3.

Полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) толщиной 12 мкм облучали на циклотроне ускоренными ионами криптона, плотность облучения ~ 1,0·10⁹ ионов/см². Сенсибилизацию пленки проводили на воздухе в ультрафиолетовом излучении в течение 13 минут при интенсивности ультрафиолета A равной 9,6 Вт/м², а ультрафиолета B - 3,2 Вт/м².

Химическое травление треков проводили путем обработки пленки в течение 6 минут при температуре 80°C водным раствором щелочи (NaOH) с концентрацией 1 моль/л при температуре 80°C. Затем мембрана последовательно обрабатывалась растворами полиэтиленимина с концентрацией 2% масс и поливинилпирролидона с концентрацией 2% масс.

Получили трековую мембрану с эффективным диаметром пор 90±3 нм и пористостью ~ 6,4%.

Результаты полученных данных сведены в Табл.3. Гистограмма распределения пор полученной вышеописанным способом трековой мембраны приведена на Рис.№4.

Тестирование полученной трековой мембраны показало следующее.

Базовые характеристики получаемой мембраны приведены в табл.4. Примерное содержание пор определенного диаметра на единице поверхности представлено в табл.5 (см. также рис.№1).

Через поры трековой мембраны с указанными характеристиками была проведена фильтрация плазмы крови в тангенциальном режиме с рециркуляцией. Для рассмотрения эффективности фильтрации введем коэффициент пропускания S:

где C_f - концентрация растворенного вещества в фильтрате, C_in - концентрация растворенного вещества на входе в плазмофильтр. Полученные селективные свойства (значения параметра S) вышеуказанной мембраны по целевым компонентам сведены в табл.6.

Результаты по селективным свойствам выбранной мембраны в значительной мере зависят от качества исходной плазмы, однако можно сделать вывод, что модифицированная трековая мембрана с полученным распределением пор позволяет задержать 70-75% патогенных липопротеинов низкой плотности, в то же время сохраняя 70-80% альбумина и общего белка, необходимых для нормальной работы организма.

Таким образом, трековая мембрана, полученная предлагаемым способом, позволяет эффективно и селективно отфильтровывать из плазмы крови человека патогенный компонент, повышенное содержание в крови которого ведет к развитию заболеваний системы кровообращения - ишемической болезни сердца, атеросклероза и др.