一种改性中空纤维膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及血液净化膜材料和中空纤维膜制备，具体而言，涉及一种改性中空纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，crrt）广泛应用于急性肾损伤、重症患者容量管理、电解质及酸碱平衡调节、炎症介质清除及多器官功能支持等临床场景。与间歇性血液透析相比，crrt通常需持续运行较长时间，对血液净化膜的通量稳定性、抗蛋白污染能力、低凝血触发倾向、低补体激活、低溶血风险及低可浸出物水平提出了更高要求。

2、聚醚砜（polyethersulfone，pes）具有良好的热稳定性、化学稳定性、机械强度和成膜性能，是血液透析膜及血液滤过膜的重要候选材料。然而，pes分子链中富含芳香环结构，本征疏水性强，血液接触过程中易诱发白蛋白、纤维蛋白原等血浆蛋白的非特异性吸附，进而触发血小板黏附、凝血因子激活及膜孔堵塞，导致 crrt 长时间运行过程中的通量保持和滤器使用寿命。

3、目前，pes 或聚砜类中空纤维血液净化膜通常通过共混聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，pvp）来改善亲水性并调控成孔过程。pvp虽具有良好的亲水性好和成膜相容性，但物理共混的 pvp 在水洗、灭菌、储存及长期运行过程中存在洗脱风险，可导致膜表面亲水性衰减、孔结构变化及批间性能波动。因此，如何在不显著增加工艺复杂度的前提下，构建稳定、低浸出且具有良好血液相容性的亲水界面，是crrt用pes中空纤维膜开发的关键问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种改性中空纤维膜及其制备方法，以解决相关技术中pes/pvp中空纤维血液净化膜存在亲水组分易洗脱、长时间运行过程中蛋白污染和血小板黏附倾向较高，以及血液接触内表面功能化不足的问题。

2、为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种改性中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

3、将第一量子点与n,n-二甲基乙酰胺超声分散均匀，获得第一分散液，将第一分散液与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，形成聚乙烯吡咯烷酮-量子点前驱分散液，将所述聚乙烯吡咯烷酮-量子点前驱分散液与聚醚砜混合均匀，获得含量子点的铸膜液；

4、将第二量子点分散于水和n,n-二甲基乙酰胺的混合液中，获得含量子点的芯液；

5、将所述含量子点的铸膜液和所述含量子点的芯液同步挤出，经空气间隙后进入外凝固浴，在内凝固与外凝固共同作用下发生非溶剂诱导相分离，形成初生聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮中空纤维膜，将所述初生聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮中空纤维膜进行后处理，获得改性中空纤维膜；

6、其中，所述第一量子点和所述第二量子点均为表面修饰有亲水性含氧官能团的量子点。

7、进一步地，所述第一量子点和所述第二量子点表面的亲水性含氧官能团分别独立地选自羧基、羟基、羰基和磺酸基中的一种或多种。

8、进一步地，所述第一量子点和所述第二量子点分别独立地选自柠檬酸基碳量子点、氧化石墨烯量子点、羧基化石墨烯量子点和磺酸基碳量子点中的一种或多种；

9、所述第一量子点和所述第二量子点的平均粒径均为2nm至20nm。

10、进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮-量子点前驱分散液与聚醚砜在50℃至80℃下，搅拌溶解，经静置或真空脱泡后，获得所述含量子点的铸膜液；

11、所述含量子点的铸膜液包括如下组分：聚醚砜15wt%至22wt%、聚乙烯吡咯烷酮2wt%至12wt%、第一量子点0.05wt%至0.80wt%，余量为n,n-二甲基乙酰胺。

12、进一步地，所述含量子点的芯液包括如下组分：n,n-二甲基乙酰胺15wt%至35wt%，第二量子点0.01wt%至0.10wt%，余量为水。

13、进一步地，所述空气间隙为5cm至20cm，外凝固浴为水或含有n,n-二甲基乙酰胺的水溶液，外凝固浴温度为20℃至50℃。

14、进一步地，所述后处理包括水洗、保孔处理、干燥处理和灭菌处理；

15、其中，所述水洗温度为20℃至60℃，所述水洗时间为24h至120h；

16、所述保孔处理为采用质量分数为5wt%至30wt%的甘油水溶液进行处理。

17、本发明的第二方面提供了改性中空纤维膜，采用如第一方面所述的方法制备得到；所述改性中空纤维膜包括聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮和表面修饰有亲水性含氧官能团的量子点，所述量子点富集于所述改性中空纤维膜的血液接触内表面及邻近内表面的孔壁，且被限域于所述改性中空纤维膜的血液接触内表面及邻近内表面的孔壁区域。

18、进一步地，所述改性中空纤维膜的内径为100μm至1500μm，壁厚为30μm至100μm；

19、所述改性中空纤维膜包括内表面皮层和外孔支撑层，所述内表面皮层位于管腔侧，所述多孔支撑层位于所述内表面皮层的外侧，所述多孔支撑层的孔结构为海绵状孔结构，或者为海绵状孔和指状孔的复合孔结构。

20、本发明的第三方面提供了一种如第一方面所述的制备方法制得的改性中空纤维膜，或如第二方面所述的改性中空纤维膜在连续性肾脏替代治疗用血液滤过器中的应用。

21、本发明所述的改性中空纤维膜及其制备方法和应用，具有如下优点：

22、1、本实施例中通过在铸膜液与芯液双通道协同引入表面修饰有亲水性含氧官能团的量子点，使量子点能够从膜主体侧和管腔侧同步介入中空纤维膜内表面的构建过程。相较于量子点仅存在于铸膜液中的随机分散的方式，本实施例中通过双通道协同引入的方式具有显著优势：芯液中的量子点可直接接触新生的管腔侧界面，而铸膜液中的量子点则在相分离过程中向内凝固界面迁移并被截留。通过双通道协同引入有效提高了量子点在血液接触内表面及邻近内表面孔壁处的局域化富集程度，并显著提升了功能添加剂的有效利用率；

23、2、铸膜液侧量子点的迁移供给与芯液侧量子点的界面补充构建了双源协同作用，可在较低总添加量下实现血液接触内表面的高效功能化，不仅有效抑制了量子点在膜主体及外表面的无效分布，还显著降低了因量子点过量添加导致的团聚、孔结构异常、通量波动及机械性能劣化等风险；

24、3、第一量子点和第二量子点均为表面修饰有亲水性含氧官能团的量子点，量子点表面的亲水性含氧官能团有利于提高膜内表面的水化能力和负电特征，降低白蛋白、纤维蛋白原等血浆蛋白的非特异性吸附，进而减少血小板黏附和膜孔污染，有利于维持crrt长时间运行过程中的通量稳定性；

25、4、本实施例利用中空纤维膜相转化过程中多孔聚合物网络原位形成特性，在膜内表面构建阶段引入量子点。在pes析出、高分子链段缠结及孔壁固化的连续过程中，量子点被牢固嵌入并限域于内表面及邻近内表面孔壁。与成膜后简单浸涂或物理吸附相比，这种原位限域固定结构实现了量子点的高负载稳定性与量子点表面功能基团的充分暴露之间的协同。不仅有效降低了量子点在水洗、储存及动态运行过程中的释放风险，更有助于构建长效稳定的亲水负电功能界面。