用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法、该硝酸纤维素层析膜及其应用
技术领域
本发明属于快速免疫检测技术领域，具体涉及一种用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法。
背景技术
硝酸纤维素膜除了可以用于常规的过滤分离以外，越来越多地用于快速的生化检测。例如胶体金标记免疫检测技术中硝酸纤维素膜是C/T线的承载体，同时也是免疫反应的发生处。由于胶体金表面呈负电性，能够与表面带正电荷的抗原、抗体通过静电作用进行标记。胶体金具有高电子密度，能与多种生物大分子结合，已成为继荧光素、放射性同位素和酶之后，在免疫标记技术中较常用的一种非放射性示踪剂。这种快速检测技术被广泛用于食品、早孕、心血管疾病、传染性疾病如新冠病毒的检测。胶体金法检测原理如下：将特异性的抗体以条带状固定在硝酸纤维素膜上(T线)，胶体金标记试剂吸附在结合上(金垫)，当待检抗原加到试纸条一端的样本垫上后，样本通过毛细作用向前移动，溶解结合垫上的胶体金标记试剂后相互反应，再移动至固定的抗原或抗体的区域时，待检物与金标试剂的结合物又与之发生特异性结合而被截留，聚集在检测带上，可通过肉眼观察到显色结果。这种检测方法不需要额外仪器，达到快速检测的目的。因此硝酸纤维素膜正在成为生化检测中最重要的耗材之一。
这种硝酸纤维素膜要求各向同性，结构对称均匀，并且具有良好的亲水性，膜的平均孔径通常范围3-15μm。由于硝酸纤维素本身属于疏水性材料，因此如何使得这种膜具有良好的亲水性是一个需要解决的问题。
中国专利申请CN103819710A公开了一种亲水性硝化纤维素膜的制备方法，该方法的膜材料是硝酸纤维素，在配方中加入表面活性剂达到提高亲水性的目的。成膜方式采用蒸汽诱导相转化与非溶剂相转化结合的原理。因为表面活性剂能溶解于水中，所以在水中进行相转化过程中，所加入的表面活性将会被洗掉。膜的亲水性得不到保证。
发明内容
为此，本发明提供一种用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，解决现有技术中检测用硝酸纤维素膜的亲水性和均匀性较差，影响检测效率的问题。
本发明提供的用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制铸膜液：将硝酸纤维素、醋酸纤维素及亲水性聚合物溶解于混合溶剂中，然后加入表面活性剂，最后加入非溶剂搅拌均匀，脱泡过滤后，得铸膜液；
(2)刮膜：将铸膜液涂布在基底材料上，涂布的湿膜厚度为50～1000 μm；
(3)成膜：将涂布后的湿膜在真空室中蒸发大部分溶剂，然后经过高温非溶剂诱导相转化成膜；
其中，所述醋酸纤维素与硝酸纤维素的质量比例为1:(10～10000)，在所述铸膜液中，各组分的重量份为：硝酸纤维素1～30份，混合溶剂 30～90份，亲水性聚合物0.1～15份，非溶剂0.5～25份，表面活性剂 0.01～3份。
优选的，所述亲水聚合物为聚乙二醇和/或聚乙烯醇。
优选的，所述混合溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂中的一种或几种；所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或几种；所述酯类溶剂选自醋酸甲酯、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种或几种；所述酮类溶剂为丙酮和/或甲乙酮；还包括二氯甲烷。
优选的，所述非溶剂为水；所述铸膜液配制的混合条件为10～70℃的温度下搅拌均匀。
优选的，所述基底材料为塑料背衬材料或无纺布或发泡材料。
优选，所述塑料背衬材料为聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，厚度为50～800μm。
优选的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂包括含10-20个碳原子的烷基磺酸盐、含10-20个碳原子的烷基硫酸盐；所述非离子表面活性剂为曲拉通X-100。
优选的，所述成膜过程中真空蒸发条件为：真空室的真空度为20～ 100KPa，温度为15～60℃，溶剂蒸发量为60～90％；所述成膜过程中非溶剂诱导相转化成膜条件为：非溶剂为水，温度为40～90℃。
本发明还提供一种用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜，根据上述制备方法制得，所制备的硝酸纤维素层析膜的平均孔径为3～15μm。
本发明还提供一种用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的应用，用于快速免疫检测包括新型冠状病毒的检测。
有益效果：
本发明用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，通过在成膜配方中加入少量的醋酸纤维素和亲水性聚合物，极大地改善了硝酸纤维素膜的亲水性。从而使得生化检测所需的时间大为缩短，达到快速检测的目的。此外，传统生产工艺是在水中成膜，生产中要用大量的水，因而产生大量工业废水，而本发明的工艺在真空环境中蒸发掉大部分溶剂，因此简化了生产工艺，提高了生产效率，可以做到自动化生产。本发明的生产工艺用水量约为传统生产工艺的十分之一，因此工业废水的量也大大减少，达到节能减排的目的。
本发明制备得到的用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜产品具有良好的亲水性和各向均匀性，通过改变配方组成，可以控制膜孔径大小，典型的膜孔径可以控制在3μm-15μm之间。根据不同产品要求可制备有背衬和无背衬的薄膜，主要适用于快速诊断类的产品。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1所得到的膜产品表面形貌的电子显微镜照片；
图2为本发明实施例2所得到的膜产品表面形貌的电子显微镜照片。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本说明书中所采用的试剂，除特殊说明外，均为市售产品。
用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制铸膜液：将硝酸纤维素、醋酸纤维素及亲水性聚合物聚乙二醇和/或聚乙烯醇溶解于混合溶剂中，然后加入表面活性剂，最后加入非溶剂水在10～70℃的温度下搅拌均匀，脱泡过滤后，得铸膜液；先加入混合溶剂以便充分的溶解硝酸纤维素、醋酸纤维素及亲水性聚合物聚，而后加入表面活性剂，辅助改善亲水性；
其中，醋酸纤维素与硝酸纤维素的质量比例为1:(10～10000)，在所述铸膜液中，各组分的重量份为：硝酸纤维素1～30份，混合溶剂30～90 份，亲水性聚合物0.1～10份，非溶剂0.5～20份，表面活性剂0.01～3 份；
所述混合溶剂包括醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂；醇类溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇；酯类溶剂包括醋酸甲酯、醋酸乙酯和醋酸丁酯；酮类溶剂包括丙酮、甲乙酮；以及二氯甲烷；
表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂包括含10-20个碳原子的烷基磺酸盐、含10-20个碳原子的烷基硫酸盐，优选12-15个碳原子的烷基磺酸盐；非离子表面活性剂为曲拉通X-100；
(2)刮膜：将铸膜液涂布在塑料背衬材料或无纺布或发泡材料上，涂布的湿膜厚度为50～1000μm，优选500μm；
其中，塑料背衬材料为聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，厚度为50～800μm，优选80～160μm；
(3)成膜：将涂布后的湿膜在真空室中蒸发大部分溶剂，然后经过高温非溶剂诱导相转化成膜；
其中，真空蒸发条件为：真空室的真空度为20～100KPa，优选50KPa，温度为15～60℃，优选25℃，溶剂蒸发量为60～90％，优选75％；非溶剂诱导相转化成膜条件为：非溶剂为水，温度为40～90℃，优选80℃。
本发明制备方法制得的硝酸纤维素层析膜的平均孔径为0.5～30μm，优选3μm-15μm，进一步优选7.7μm-12.8μm。
现有技术中，虽然越来越多的采用硝酸纤维素膜用于生化检测，但仍无法满足快速诊断的要求。为了提高测量的速度，需要对硝酸纤维素膜材料进行亲水改性。现有技术通常是在硝酸纤维素成膜配方中加入表面活性剂来改善膜的亲水性，但是所加的表面活性剂是水溶性的，在成膜的生产过程和使用阶段会失去大部分，因此膜的亲水性和均匀性得不到保证。本发明通过寻找与硝酸纤维素相似的亲水性材料然后利用共混法制得亲水性的免疫检测所需的硝酸纤维素膜产品。因为醋酸纤维素和硝酸纤维素都是纤维素材料，而且醋酸纤维素属于亲水性材料，所以醋酸纤维素成了首选材料。但醋酸纤维素的用量极其重要，加入量过多会削落最终产品与蛋白质的结合能力从而影响检测灵敏度，过少则未必能达到最佳的检测速度和灵敏度。本发明在研究其用量的同时发现配合亲水性聚合物例如聚乙烯醇作为添加剂，能够使得制备出的硝酸纤维素膜产品检测速度和灵敏度最佳。
此外，在一定范围内，膜的孔径越大，检测速度越快，但是灵敏度下降，比如如果孔径太小，则灵敏度提高但是测试结果呈假阳性；如果膜孔径太大，灵敏度下降，测试结果呈假阴性。所以本发明也提出了优化膜孔径的方法。
本发明制备方法制得的硝酸纤维素层析膜在亲水性及膜孔径上均达到最佳，实现快速、精确的生化检测。
实施例1
本实施例为一种用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备铸膜液，铸膜液组成如下：
将硝酸纤维素、醋酸纤维素聚合物及聚乙烯醇溶解于混合溶剂甲醇、丙醇、醋酸乙酯中，然后加入表面表面活性剂十二烷基磺酸钠，最后加入非溶剂水，在30℃温度条件下搅拌均匀，脱泡过滤后，得铸膜液；
(2)刮膜：将铸膜液涂布在厚度为100μm的聚酯背衬材料上，涂布的湿膜厚度为500μm；
(3)成膜工艺：将涂布后的湿膜在真空室中蒸发，真空室的真空度 50KPa,温度25℃，等到溶剂蒸发掉75％，进入80℃的水池得到硝酸纤维素膜产品。
薄膜的性能测试：
(1)通过电子显微镜观察薄膜表面形貌和结构的均匀性；
(2)测量薄膜表面接触角表征膜的亲水性；
(3)用孔径测定仪测量膜的平均孔径；
(4)层析时间：取4cm长的薄膜，记录蒸馏水从底部层析到顶部的时间，这个参数与生化检测所需时间直接相关。
实施例1制备的膜的表面形貌电子显微镜照片参见图1，薄膜的性能测试结果见表1。
本实施例所制得膜的结构均匀，孔隙率很高，参见图1，展示了本实施例制得膜的一部分，经由计算机计结合所有孔径计算本实施例制得膜的平均孔径为3.9μm，表面接触角为77°，说明该膜产品亲水性良好，长度 4cm膜的蒸馏水层析时间为136秒，层析速度较慢是因为膜的平均孔径较小，层析速度与膜的平均孔径大小成反比，即膜的平均孔径越小，则层析越慢。
实施例2
本实施例用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，成膜配方中背衬材料为厚度100μm的聚乙烯发泡材料，铸膜液组成如下：
其它条件及参数与实施例1相同。
本实施例所得到膜的表表面形貌电子显微镜照片参见图2，薄膜的性能测试结果见表1。
本实施例所制得膜的结构均匀，孔隙率非常高，参见图2，展示了本实施例制得膜的一部分，经由计算机计结合所有孔径计算本实施例制得膜的平均孔径为7.7μm，表面接触角为65°，说明该膜产品亲水性很好，长度4cm膜的蒸馏水层析时间为62秒，这个孔径大小是用于生化检测比较合适的孔径。由于本发明改进了成膜配方使得硝酸纤维素膜比常规产品具有更好的亲水性，因此膜的层析速度比常规产品要快，从而提高检测速度。
实施例3
本实施例用于快速免疫检测的硝酸纤维素层析膜的制备方法，成膜配方中背衬材料为厚度100μm的聚丙烯无纺布，铸膜液组成如下：
本实施例所得到膜的性能测试结果见表1。本实施例所制得膜的平均孔径为12.8μm，表面接触角为59°，说明该膜产品亲水性很好，长度4cm 膜的蒸馏水层析时间为37秒，本实施例制得的膜的平均孔径是三个实施例中最大的，层析速度也是最快。
对比例1
本对比例1的成膜配方中不加醋酸纤维素和亲水聚合物聚乙烯醇，各原料组分如下：
其它条件及参数与实施例2相同。
对比例1所得膜的平均孔径为8.6μm，表面接触角为98°，该膜产品是疏水性的，长度4cm膜的蒸馏水层析时间为178秒，虽然对比例1所得到膜的平均孔径与实施例2相近，但是层析速度比实施例2慢了两倍，这是因为这种膜的疏水性造成的。
表1：本发明制备的硝酸纤维素层析膜产品性能对比
以上实施例和对比例的结果表明：本发明通过在硝酸纤维素膜的成膜配方中引入少量的亲水性聚合物醋酸纤维素和亲水聚合物如聚乙烯醇，能够显著地改善膜的亲水性，使得硝酸纤维素膜从疏水性材料变成亲水性材料，同时也改善了薄膜的均匀性和机械性能，从而缩短了层析时间，达到快速诊断的要求。同时还可进一步改变配方组成，将膜的孔径大小控制在 3-15μm之间。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
