专利名称：对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法动脉粥样硬化引起的心脑血管疾病已经成为威胁人类身体健康和生命的主要疾 病。医学研究表明，血液中的低密度脂蛋白(LDL)浓度升高是动脉粥样硬化的主要致病因 子，为此开发出了许多技术和药物来降低血中LDL的水平。其中，采用血液灌流，吸附剂选 择性清除血液中的LDL来治疗高脂蛋白血症是一种非常安全、快速、有效的疗法，特别是对 一些药物治疗和饮食控制无效的家族性高血脂症显得更有意义。而此法的关键就是研制一 种有效、实用和生物相容性好的LDL吸附分离材料。球状炭气凝胶(SCAs)作为一种新型的 吸附材料，中孔丰富，孔容和比表面积大，具有高选择性吸附容量；孔径分布在2-50nm，正 好与生物大分子的尺寸相匹配，且炭材料具有良好的生理医学相容性。而球形外部形貌，具 有高机械强度，使得固定床使用时对流体阻力小、压降低，血液能够勻速通过床层。对于血液净化吸附剂，最关键的两个因素是载体和配基。载体决定吸附剂的生物 相容性，特别是血液相容性，还决定非特异性吸附以及化学稳定性；而配基则关系到吸附剂 的吸附能力与特异性，配基是决定吸附剂选择性的关键因素，根据需要吸附的物质，选择和 设计相应的配基。在LDL吸附剂研究和应用领域，一般来说有两类配基。第一种是免疫性 配基，可特异性地吸附LDL。此类吸附剂具有吸附专一性，不吸附其他物质，但是制备成本 高、价格昂贵。如果配基脱落，对人体可能产生免疫反应。第二种则为阴离子型亲和配基， 可以和表面带正电荷的LDL分子之间发生静电作用而吸附，也具有一定的选择性。在本体 系中使用生物相容性良好的高分子材料包膜球状炭气凝胶作为载体材料，再以双官能团物 质做为偶联剂通过化学共价键固定的方式将配基阴离子基团固定到载体表面，偶联剂双官 能团的其中一个官能团与包膜所用表面活性剂在催化剂作用下形成稳定的中间体；中间体 中含有残余的另外一个官能团，此游离残基在催化剂作用下再与阴离子物质共价化合而将 配基固定到载体上，从而制得目标吸附剂。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高比表面积，高 孔容，吸附能力强，对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法，其特征在于，该方法 包括以下步骤(1)将以纳米级硅溶胶为模板，溶胶凝胶法制备的球状炭气凝胶置于浓度为 5-20wt%的生物相容性良好的高分子溶液中，控制球状炭气凝胶与高分子溶液重量比为 0.3 (5-10)，于40-60°C加热搅拌1-3小时，将高分子材料包膜在球状炭气凝胶的内外表面，之后充分过滤清洗直至球状炭气凝胶表面不含游离的包膜材料分子；(2)将已不含游离包膜材料分子的球状炭气凝胶置于浓度为20-50wt%的偶联 剂水溶液中，并添加适量催化剂，控制球状炭气凝胶、偶联剂水溶液及催化剂的重量比为 0.3 (1-1.5) (0.03-0. 08)，搅拌3-5小时后过滤并充分清洗，再用细流水冲洗逸出的 偶联剂分子10-36h，从而得到吸附剂中间体；(3)将吸附剂中间体置于三角烧瓶，以环己烷作为回流剂，滴加浓度为5-20wt% 的阴离子溶液，并添加适量催化剂，吸附剂中间体、阴离子溶液及催化剂的重量比为 0.4 (5-10) (0.01-0.05)，置摇床反应12-241!，过滤后充分清洗并601以下常压干燥， 得到对低密度脂蛋白有特异性吸附的包膜改性球状炭气凝胶。步骤⑴中所述的球状炭气凝胶的做法如下酚类和醛类物质按摩尔比 1 (1-4)，振荡混合均勻，以固含量为5g-15g/50ml加入到浓度为30-40Wt%，二氧化硅粒 径7-22nm的纳米级硅溶胶中，控制50_800rpm转速搅拌预聚合20-40min后生成溶胶，配置 含表面活性剂0.01-5% (体积比)的有机分散相，将所得溶胶加入到10-30倍于其体积的 有机分散相中恒温恒速搅拌反应0. 5-;3h，60-9(TC下静置老化2-5天，得到复合水凝胶球； 将此复合水凝胶球以有机溶剂置换，经200-300°C，5-10MPa下超临界干燥0. 5-3h后置于炭 化炉中，700-90(TC于惰性气体保护下高温炭化裂解6-8小时，得到复合气凝胶；将复合气 凝胶置于HF酸溶液中浸泡1-3天除掉所含硅模板，再用去离子水充分冲洗直至pH值达到 中性，再经常压干燥得到球状炭气凝胶。步骤(1)中所述的高分子溶液中，溶剂为惰性溶剂，包括环己烷、二甲基亚砜、乙 酸乙酯或甲酰胺，溶质高分子为生物相容性良好，且表面有丰富游离官能团羟基或胺基的 物质，包括聚乙烯醇、壳聚糖、聚酰亚胺或聚氨酯。步骤O)中所述的偶联剂为双官能团物质，可以是丙二醛、戊二醛、乙二酸、戊二 酸、乙二胺、戊二胺、戊二异氰酸酯的一种或多种，所述的催化剂为强酸，包括盐酸、硫酸、硝 酸或苯磺酸。步骤(3)中所述的阴离子基团可以是磺酸基、羧基、磷酸基或氯磺酸基中的一种 或多种，所述的催化剂为弱酸，包括乙酸或丙酸。所述的酚类可以是苯酚、间苯酚或酚醛树脂，醛类可以是甲醛或糠醛。所述的表面活性剂HLB值为2-10，可以是司盘20、司盘60、司盘80或半皂化的聚 乙烯乙酸酯中的一种或几种。所述的有机分散相为较高沸点的化合物，可以是石蜡油、四氟乙烯、三氟乙烯或硅 油中的一种或几种。所述的置换有机溶剂可以是甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或石油醚中的一种或几种。所述的惰性气体可以是氮气、氩气中的一种或两种。与现有技术相比，本发明是克服现有血液灌流吸附剂存在的缺陷，以高孔容的球 状炭气凝胶作为载体，并通过在其上包膜负载负电性基团，从而对低密度脂蛋白LDL具有 特异性吸附的良好吸附剂的制备方法。选用生物相容性良好的高分子材料为载体，以阴离 子物质为配基，通过偶联剂的连接作用，将配基以共价键结合的方式固定到载体表面上，从 而制得目标吸附剂。本发明采用骨架支撑方法，以纳米级二氧化硅水溶胶为骨架，利用有机无机复合网络协同支撑作用，有效避免常压干燥及高温裂解造成的网络塌陷及体积收缩，从而制得 高比表面积，高孔容的球状炭气凝胶作为低密度脂蛋白吸附剂的基础载体。在此基础上，高 分子材料包膜改性接枝，既利用了包膜材料的生物相容性，也利用其表面的大量官能团间 接键合阴离子基团，制得的吸附剂一方面提高了吸附容量，另一方面也增加了 LDL的吸附 选择性。并且采用共价键固定方式对配基进行固载，固定力极强，所以在使用过程中阴离子 基团不会被血液冲刷而从载体材料上脱掉或被血浆蛋白结合后而致脱落，能很好地满足使 用上的要求；同时，由于采用共价键合的固定方式，保留了分子上呈负电性的阴离子基团不 受损失，使吸附剂特异性结合LDL的能力也基本不受影响。经过吸附试验检验，初始LDL浓 度为1. 14mmol/L的猪血血清在37°C，150rpm的摇床中震荡3小时，吸附材料对LDL的清除 率为81%，而对HDL的清除率为18%。对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法，该方法包括以下步 骤(1)将以二氧化硅为无机模板溶胶凝胶法所制备的球状炭气凝胶置于5wt%的聚 乙烯醇PVA-1799水溶液中，控制球状炭气凝胶与聚乙烯醇的重量比为0. 3 10，60°C加热 搅拌3小时，将PVA-1799包膜在球状炭气凝胶的内外表面，之后充分过滤清洗直至球状炭 气凝胶表面已不含游离的聚乙烯醇分子；(2)将表面已不含游离聚乙烯醇的球状炭气凝胶置于浓度为25wt%的乙二酸 水溶液中，并添加催化剂浓盐酸，控制球状炭气凝胶、乙二酸水溶液及浓盐酸的重量比为 0.3 1.5 0.08，搅拌5小时后清洗掉过量的乙二酸，再用细流水冲洗逸出的乙二酸Mh， 从而得到吸附剂中间体；(3)将吸附剂中间体置于三角烧瓶，以环己烷作为回流剂，滴加20wt%牛磺酸水 溶液，并以无水乙酸作为催化剂，置37°C摇床反应12h，其中吸附剂中间体、牛磺酸水溶液 及无水乙酸的重量比为0.4 10 0.05，过滤后充分清洗并干燥，便得到对低密度脂蛋白 有特异性吸附的包膜改性球状炭气凝胶。(4)步骤(1)中所说的球状炭气凝胶的做法如下间苯二酚和甲醛按摩尔比 1 2，振荡混合均勻后，以固含量7. 5g/50ml加入到浓度为40wt%，粒径为7nm的二氧化硅 溶胶溶液中，控制转速为SOOrpm，水浴搅拌预聚合20min，然后逐滴加入石蜡油和表面活性 剂SpanSO的混合溶液中，表面活性剂的HLB值为10，在石蜡油中的体积分数为5%，石蜡油 的体积是混合二氧化硅溶胶体积的20倍，继续搅拌反应0. 5h,再于85°C下静置老化2天， 得到红色透明的复合水凝胶球；将此复合水凝胶球经抽滤后再用丙醇置换，然后放入高压 釜中，控制温度为200°C，压力为lOMPa，经过超临界干燥Ih得到干燥的有机球状凝胶；干燥 有机球状凝胶置于炭化炉中，700°C于氮气保护下高温炭化裂解8小时，从而得到复合气凝 胶；将复合气凝胶置于HF酸溶液中浸泡3天除掉所含的二氧化硅，然后用去离子水进行充 分冲洗至PH值达到中性，然后置于常压下干燥便得到步骤(1)中所用球状炭气凝胶。取此吸附材料0. 2g，加入到LDL浓度为1. 14mmol/L的猪血分离血清6ml中，在 370C，150rpm的摇床中震荡3小时，吸附材料对LDL的清除率为81 %，而对HDL的清除率为 18%。实施例3对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法，该方法包括以下步 骤(1)将以二氧化硅为无机模板溶胶凝胶法所制备的球状炭气凝胶置于5wt%的壳 聚糖的环己烷溶液中，控制球状炭气凝胶与壳聚糖的重量比为0.3 8，50°C加热搅拌2小 时，将壳聚糖包膜在球状炭气凝胶的内外表面，之后充分过滤清洗直至球状炭气凝胶表面 已不含游离的壳聚糖分子；(2)将表面已不含壳聚糖的球状炭气凝胶置于浓度为20wt%的戊二异氰酸酯水 溶液中，并添加适量催化剂浓盐酸，控制球状炭气凝胶、戊二异氰酸酯水溶液及浓盐酸的重 量比为0.3 1.2 0.05，搅拌4小时后清洗掉过量的戊二异氰酸酯，再用细流水冲洗逸出 的戊二醛10h，从而得到吸附剂中间体；(3)将吸附剂中间体置于三角烧瓶，以环己烷作为回流剂，滴加10wt%阴离子水溶液，并以丙酸作为催化剂，置37°C摇床反应Mh，其中吸附剂中间体、阴离子水溶液及丙 酸的重量比为0.4 8 0.04，过滤后充分清洗并干燥，便得到对低密度脂蛋白有特异性吸 附的包膜改性球状炭气凝胶，其中，负阴离子水溶液中的阴离子基团为羧基，磷酸基；(4)步骤(1)中所说的球状炭气凝胶的做法如下苯酚和甲醛按摩尔比1 1， 振荡混合均勻后，以固含量10g/50ml加入到浓度为30wt%，粒径为12nm 二氧化硅溶胶溶 液中，控制搅拌速度为500rpm，水浴搅拌预聚合30min，然后逐滴加入环己烷和表面活性剂 Span20的混合溶液中，表面活性剂的HLB值为10，在环己烷中的体积分数为5%，环己烷的 体积是混合二氧化硅溶胶体积的20倍，继续搅拌反应池，再于90°C下静置老化2天，得到 红色透明的复合水凝胶球；将此复合水凝胶球经抽滤后再用有机溶剂石油醚置换，然后放 入高压釜中，控制温度为300°C，压力为8MPa，经过超临界干燥池得到干燥的有机球状凝 胶；干燥有机球状凝胶置于炭化炉中，700°C于氮气保护下高温炭化裂解6小时，从而得到 复合气凝胶；将复合气凝胶置于HF酸溶液中浸泡2天除掉所含的二氧化硅，然后用去离子 水进行充分冲洗至PH值达到中性，然后置于常压下干燥便得到步骤(1)中球状炭气凝胶。实施例4对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法，该方法包括以下步 骤(1)将以二氧化硅为无机模板溶胶凝胶法所制备的球状炭气凝胶置于10wt%的 聚酰亚胺的二甲基亚砜溶液中，控制球状炭气凝胶与聚酰亚胺的重量比为0.3 8，60°C加 热搅拌3小时，将聚酰亚胺包膜在球状炭气凝胶的内外表面，之后充分过滤清洗直至球状 炭气凝胶表面已不含游离的聚酰亚胺分子；(2)将表面已不含游离聚酰亚胺球状炭气凝胶置于浓度为50wt%的乙二胺水 溶液中，并添加适量催化剂浓盐酸，控制球状炭气凝胶、乙二胺溶液及浓盐酸的重量比为 0.3 1.2 0.05，搅拌4小时后清洗掉过量的乙二胺，再用细流水冲洗逸出的乙二胺36h， 从而得到吸附剂中间体；(3)将吸附剂中间体置于三角烧瓶，以环己烷作为回流剂，滴加10wt%阴离子水 溶液，并以无水乙酸作为催化剂，置37°C摇床反应Mh，其中吸附剂中间体、阴离子水溶液 及无水乙酸的重量比为0.4 8 0.04，过滤后充分清洗并干燥，便得到对低密度脂蛋白有 特异性吸附的包膜改性球状炭气凝胶，其中，阴离子水溶液中的阴离子基团为氯磺酸基；(4)步骤(1)中所说的球状炭气凝胶的做法如下酚醛树脂和糠醛按摩尔比 1 4，振荡混合均勻后，以固含量15g/50ml加入到浓度为35wt%，粒径为22nm 二氧化硅溶 胶溶液中，水浴搅拌预聚合40min，然后逐滴加入四氟乙烯和表面活性剂半皂化聚乙烯乙酸 酯的混合溶液中，表面活性剂的HLB值为8，在四氟乙烯中的体积分数为1 %，四氟乙烯体积 是混合二氧化硅溶胶体积的30倍，继续搅拌反应池，再于60°C下静置老化5天，得到红色 透明的复合水凝胶球；将此复合水凝胶球经抽滤后再用有机溶剂乙醇置换，然后放入高压 釜中经过超临界干燥以得到干燥的有机球状凝胶；干燥有机球状凝胶置于炭化炉中，900°C 于氮气保护下高温炭化裂解8小时，从而得到复合气凝胶；将复合气凝胶置于HF酸溶液中 浸泡1天除掉所含的二氧化硅，然后用去离子水进行充分冲洗至PH值达到中性，然后置于 常压下干燥便得到步骤(1)中球状炭气凝胶。本发明涉及对低密度脂蛋白有特异性吸附的球状炭气凝胶的制备方法，将酚类与醛类按比例混合作为前驱体，纳米级硅溶胶作为模板剂，在加有表面活性剂的分散相中进行溶胶凝胶反应，再经超临界干燥，炭化，刻蚀步骤制得纯的炭气凝胶球。将炭气凝胶球经生物相容性良好且表面具有丰富游离基团的高分子物质包膜后，以偶联剂偶联阴离子基团，经干燥后制得对低密度脂蛋白具有特异性吸附的炭气凝胶球。与现有技术相比，本发明具有较大的内外比表面积，且表面具有大量的负电荷，从而对表面电荷为正电性的LDL有大量吸附，同时对血液中的有益成分如高密度脂蛋白无明显吸附作用，载体和配基均具有良好的生物相容性，吸附剂可以作为治疗高脂血症的血液灌流吸附剂。