本發(fā)明涉及一種水凝膠，尤其涉及一種用于檢測葡萄糖濃度的水凝膠。

背景技術(shù)：

葡萄糖是人體活動的主要能量來源，葡萄糖檢測在生物醫(yī)學(xué)中具有重要意義。在臨床醫(yī)學(xué)上，糖尿病嚴(yán)重危害著人類的身體健康，其診斷和治療一直是醫(yī)學(xué)界的重大難題。尿糖(尿中的糖類，主要是指尿中的葡萄糖)檢測是早期診斷糖尿病的最簡單方法，當(dāng)正常血液流經(jīng)腎臟時，其中的葡萄糖通過腎小球的濾過作用，以及腎小管的重吸收作用，使得尿液中僅含有微量的葡萄糖，用普通的方法檢測不出來。但是腎臟對葡萄糖的濾過和重吸收是有限制的，當(dāng)超過一定數(shù)值時，腎臟的作用并不能吸收全部的葡萄糖，則剩余的葡萄糖就會隨尿液排出形成尿糖。尿糖含量高主要是因為血糖含量過高，能夠出現(xiàn)糖尿的最低血糖值為腎糖閾值，血糖高于此值即會出現(xiàn)尿糖，正常人的腎糖閾值為8.9-10mmol/L，健康人即使在飯后也不會超過此值，輕度糖尿病患者空腹也不會出現(xiàn)尿糖，故必須檢查飯后兩小時尿糖，此時血糖含量最高，尿糖陽性率也最高。故尿糖檢測具有較高的診斷價值，尤其對早起無任何癥狀的患者意義更大。

如今，尿糖患者主要通過尿糖試紙來檢測自己的尿糖情況，通過試紙上呈現(xiàn)的深淺不同的顏色變化來判斷尿糖的陽性和陰性以及尿糖的等級。尿糖試紙主要由葡萄糖氧化酶(GOD)，過氧化物酶(POD)以及顯色系統(tǒng)組成，其原理是連續(xù)的酶反應(yīng)。當(dāng)尿糖試紙與糖尿接觸時，葡萄糖連續(xù)進行以下反應(yīng)：

I₂+聚乙烯吡咯烷酮→棕色沉淀

首先葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸和過氧化氫，然后過氧化氫酶催化過氧化氫與碘化鉀發(fā)生顯色反應(yīng)產(chǎn)生游離的碘再與聚乙烯吡咯烷酮絡(luò)合產(chǎn)生棕色沉淀，由于背景物質(zhì)亮藍(lán)的存在，試紙根據(jù)葡萄糖含量不同由少到多依次呈現(xiàn)淺藍(lán)、淺綠、棕或深棕色。淺藍(lán)色表示沒有糖尿病，用“-”表示；棕紅色表示有糖尿病，用“+”表示，顏色越深則“+”越多，糖尿病越嚴(yán)重。尿糖試紙具有攜帶方便，顯色穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢，但由于是酶催化發(fā)生反應(yīng)，故反應(yīng)條件比較苛刻，受諸多外界條件限制。另外，關(guān)鍵問題在于，尿糖試紙只能間接測試10mmol/L以上的血糖參考值，檢測限高，且檢測濃度不精確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種水凝膠以及由水凝膠制成的兩性水凝膠成形體在檢測尿液中葡萄糖含量的藥物中的應(yīng)用，該兩性水凝膠成形體檢測尿糖的檢測限低，直觀精準(zhǔn)的檢測尿液中葡萄糖濃度。

本發(fā)明的一種水凝膠，包括N-異丙基丙烯酰胺和3-丙烯酰胺基苯硼酸的共聚物、以及包裹在所述共聚物內(nèi)的表面活性劑。

進一步的，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和斯盤-80(Span 80)中的一種或幾種，優(yōu)選十二烷基硫酸鈉(SDS)。

進一步的，所述共聚物內(nèi)還包裹有能夠感應(yīng)磁性的磁性顆粒。

進一步的，所述磁性顆粒為四氧化三鐵納米顆粒、金屬鎳納米顆粒和金屬鈷納米顆粒中的一種或幾種，優(yōu)選四氧化三鐵納米顆粒。

本發(fā)明的一種由上述水凝膠制成的兩性水凝膠成形體，所述兩性水凝膠成形體為流線體，且一端具有親水性、另一端具有疏水性，其中流線體優(yōu)選魚形，兩性水凝膠成形體內(nèi)包裹有表面活性劑，優(yōu)選十二烷基硫酸鈉，還包裹有能夠感應(yīng)磁性的磁性顆粒，四氧化三鐵納米顆粒、金屬鎳納米顆粒和金屬鈷納米顆粒中的一種或幾種，優(yōu)選四氧化三鐵納米顆粒。

本發(fā)明的一種兩性水凝膠成形體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將N-異丙基丙烯酰胺、3-丙烯酰胺基苯硼酸以及表面活性劑在溶劑中混勻，得到混合溶液；其中，N-異丙基丙烯酰胺、3-丙烯酰胺基苯硼酸的摩爾比為4-6:1，優(yōu)選5:1；溶劑為二甲基亞砜或水中的一種或組合，優(yōu)選二甲基亞砜；表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和Span 80中的一種或幾種，優(yōu)選十二烷基硫酸鈉；還加入了交聯(lián)劑和引發(fā)劑，交聯(lián)劑為N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯中的一種或組合，優(yōu)選N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺，催化劑量的引發(fā)劑，引發(fā)劑為偶氮二異丁脒鹽酸鹽、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮或2,4-二羥基二苯甲酮中的一種或幾種，優(yōu)選偶氮二異丁脒鹽酸鹽，還加入了催化劑量的促交聯(lián)劑N,N,N',N'-四甲基二乙胺，N-異丙基丙烯酰胺與交聯(lián)劑的摩爾比為9-11:1，優(yōu)選10：1。

(2)將步驟(1)中得到的混合溶液用滴管/移液管移入流線型型腔的模具中，并通過紫外光照射發(fā)生共聚反應(yīng)，得到具有所述模具形狀的流線型水凝膠；其中，反應(yīng)溫度為15-30℃，優(yōu)選20℃，具有流線型型腔的模具優(yōu)選魚形。

(3)將步驟(2)得到的流線型水凝膠其中一端置于疏水性的酯類溶液(酯類溶劑溶于易揮發(fā)溶劑中)中后取出，易揮發(fā)溶劑蒸發(fā)后，即該端部涂有疏水性的酯類溶劑，進而形成不對稱結(jié)構(gòu)；將水凝膠放入水中清洗掉表面的表面活性劑，使其只有內(nèi)部包裹表面活性劑SDS，得到所述兩性水凝膠成形體；其中，將流線型水凝膠圓形的一端(如魚形中魚頭一端)置于聚己內(nèi)酯溶液中，聚己內(nèi)酯溶解在二氯甲烷中。

進一步的，步驟(1)中，還加入能夠感應(yīng)磁性的磁性顆粒，所述磁性顆粒為四氧化三鐵納米顆粒、金屬鎳納米顆粒和金屬鈷納米顆粒中的一種或幾種，優(yōu)選四氧化三鐵納米顆粒。

本發(fā)明的兩性水凝膠成形體在制備檢測尿液中葡萄糖含量的藥物中的應(yīng)用，該兩性水凝膠成形體檢測尿糖的檢測限低，直觀精準(zhǔn)的檢測尿液中葡萄糖濃度。

本發(fā)明的一種葡萄糖濃度的檢測方法，包括以下步驟：

(1)將上述兩性水凝膠成形體分別置于至少兩種濃度已知的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液中，并根據(jù)兩性水凝膠成形體在標(biāo)準(zhǔn)溶液中時間T內(nèi)運動距離與葡萄糖濃度得到曲線圖，根據(jù)曲線圖得到計算公式(Ⅰ)；

計算公式如下：

y＝ax+b(Ⅰ)

其中，y為葡萄糖濃度，x為兩性水凝膠成形體在時間T內(nèi)的運動距離，a和b均為常數(shù)。

(2)將兩性水凝膠成形體置于待檢測溶液中，測定兩性水凝膠成形體在時間T內(nèi)的運動距離x。

(3)根據(jù)式(Ⅰ)計算出待檢測溶液中葡萄糖濃度y。

進一步的，步驟(1)中，所述兩性水凝膠成形體內(nèi)包裹有磁性顆粒，如四氧化三鐵納米顆粒，通過外部磁場控制兩性水凝膠成形體的運動方向。

兩性水凝膠成形體主要由N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)和表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉，簡稱為SDS)三種物質(zhì)通過共聚合反應(yīng)，形成包裹表面活性劑的、經(jīng)過AAPBA修飾的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝膠構(gòu)成。其中，PNIPAM具有較好的膨脹、收縮性能，AAPBA是一種葡萄糖響應(yīng)物質(zhì)，表面活性劑可以改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩?，提供兩性水凝膠成形體運動的動力。當(dāng)葡萄糖存在時，AAPBA與葡萄糖發(fā)生絡(luò)合，使兩性水凝膠成形體疏水性降低，進而使其體積發(fā)生膨脹，釋放內(nèi)部包裹的表面活性劑，使兩性水凝膠成形體響應(yīng)葡萄糖運動。

AAPBA在水溶液中存在兩種狀態(tài)，一種是不帶電的疏水的狀態(tài)，另一種是帶電的親水的狀態(tài)，兩者之間存在一個如下述所示的平衡方程：

當(dāng)加入葡萄糖時，葡萄糖與帶電的親水性AAPBA發(fā)生絡(luò)合，進而使AAPBA的平衡方程向右移，產(chǎn)生更多的帶電親水性AAPBA，進而使整體水凝膠的疏水性降低，親水性增加，使水凝膠膨脹，釋放表面活性劑，驅(qū)使水凝膠運動。隨著葡萄糖濃度的增加，水凝膠親水性增加，膨脹率增加，釋放的表面活性劑增多，進而運動速度更快。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明采用一種全新的葡萄糖檢測方法，基于兩性水凝膠成形體的運動并且無酶的參與檢測葡萄糖的方法，制作方法簡單，兩性水凝膠成形體的一定時間段內(nèi)的運動距離正比于葡萄糖濃度，通過直接觀察一定時間段內(nèi)運動距離即可算出葡萄糖濃度，直觀的顯示葡萄糖濃度，更加方便；本發(fā)明在室溫下即可實現(xiàn)，且尿糖檢測限低，最低可達(dá)5mmol/L，測量濃度精確，完全適用于尿糖臨床檢測。

兩性水凝膠成形體內(nèi)同時包裹有磁感應(yīng)物，如四氧化三鐵納米顆粒，可以通過磁場控制兩性水凝膠成形體在含有葡萄糖的溶液中直線運動，更直觀看出運動速度、更簡便的分析計算葡萄糖濃度。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1中a-d圖示了實施例1中兩性水凝膠成形體的制備過程；

圖2圖示了兩性水凝膠成形體在不同濃度的葡萄糖溶液中4秒內(nèi)運動的路徑；

圖3圖示了磁場控制兩性水凝膠成形體由螺旋運動到直線運動的路徑；

圖4中a圖示了兩性水凝膠成形體在含有不同濃度葡萄糖的尿液中4秒內(nèi)運動的軌跡，b圖示了4秒內(nèi)尿液中葡萄糖不同濃度對應(yīng)的兩性水凝膠成形體的距離；

圖5圖示了AAPBA(a)、溫度(b)、交聯(lián)劑(c)、SDS(d)分別對兩性水凝膠成形體運動速度的影響。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

1、兩性水凝膠成形體的制備

將56mg N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、19.1mg 3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)、以及4.6mg的交聯(lián)劑N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、17.3mg的表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)溶于1mL二甲基亞砜中，超聲1min形成混合溶液，然后將2.7mg引發(fā)劑偶氮二異丁脒鹽酸鹽和20μL促交聯(lián)劑N,N,N',N'-四甲基二乙胺加入到此混合溶液中，攪拌2min后，再將10mg Fe₃O₄納米顆粒加入到混合溶液中，超聲振蕩2min后，向混合溶液中通入N₂ 40min；之后用移液管將混合溶液移入魚狀模板中，如附圖1中的圖a-圖b所示；通過紫外光照射2.5h，發(fā)生共聚反應(yīng)，生成水凝膠，然后將水凝膠從模板中釋放(用鑷子將書凝膠與模版分離)出來，并將其頭部浸入聚己內(nèi)酯的三氯甲烷溶液中1min取出，其中聚己內(nèi)酯的質(zhì)量比為8％，待聚己內(nèi)酯固定后，如附圖1中的圖c-圖d所示；將其整個置于水中，清洗掉表面的SDS，直至在水中不能移動，得到兩性水凝膠成形體。

2、檢測尿液中葡萄糖濃度

將制備好的兩性水凝膠成形體分別置于40mL葡萄糖濃度為3mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、30mmol/L、50mmol/L、60mmol/L的尿液(從健康人體取得)中，分別得到兩性水凝膠成形體在各溶液中運動4秒的運動路徑，如附圖2所示，隨著葡萄糖濃度的增大，兩性水凝膠成形體在相同時間段內(nèi)運動路徑增大；將磁鐵放在距離兩性水凝膠成形體10㎝處控制兩性水凝膠成形體直線運動，如附圖3所示，磁場控制兩性水凝膠成形體由螺旋運動到直線運動。

將制備好的兩性水凝膠成形體分別置于40mL葡萄糖濃度為5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、40mmol/L、50mmol/L、60mmol/L的尿液(從健康人體取得)中，將磁鐵放在距離兩性水凝膠成形體10㎝處控制兩性水凝膠成形體呈直線運動，分別得到兩性水凝膠成形體在各溶液中運動4秒的運動路徑，用攝像機拍攝兩性水凝膠成形體運動視頻，用PhysVis軟件分析視頻中兩性水凝膠成形體運動距離與葡萄糖濃度的關(guān)系，得出曲線圖，如附圖4所示，圖a為兩性水凝膠成形體在不同葡萄糖濃度的尿液中的運動軌跡，圖b為在4秒內(nèi)兩性水凝膠成形體在不同葡萄糖濃度的尿液中的運動距離，由此可得出，運動距離與葡萄糖濃度成正比，根據(jù)曲線圖得出計算公式如下：

y＝2.85x+2.82

其中，y為葡萄糖濃度，x為兩性水凝膠成形體在相同時間段內(nèi)的運動距離。

將兩性水凝膠成形體置于葡萄糖濃度未知的被尿液中，通過觀測并分析兩性水凝膠成形體4秒內(nèi)的運動距離，利用計算公式：y＝2.85x+2.82即可得出此尿液中的葡萄糖濃度。

3、兩性水凝膠成形體檢測葡萄糖濃度的影響因素

(1)3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)的影響

AAPBA不僅提供了葡萄糖響應(yīng)性，而且使水凝膠的疏水性增加，在一定含量范圍內(nèi)，隨著AAPBA含量增加，兩性水凝膠成形體運動速度增加；當(dāng)AAPBA含量增加到一定程度時，水凝膠疏水收縮，膨脹率降低，運動速度減慢，如附圖5中的圖a所示，3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)對水凝膠運動速度的影響：隨著AAPBA含量的增加，水凝膠的運動速度先增加后減小。

(2)溫度(T)的影響

因包裹表面活性劑、經(jīng)過AAPBA修飾的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝膠是溫度響應(yīng)性水凝膠，故溫度對水凝膠的葡萄糖響應(yīng)性也有影響；溫度低時，水凝膠已經(jīng)呈現(xiàn)為膨脹狀態(tài)，加入葡萄糖并無響應(yīng)；溫度高時，水凝膠一直處于收縮狀態(tài)，葡萄糖的加入并不能使其膨脹，通過調(diào)節(jié)個組份，使兩性水凝膠成形體的最佳使用溫度為室溫(20-35℃)，即在室溫下即可用兩性水凝膠成形體檢測葡萄糖濃度，如附圖5中的圖b所示，溫度(T)對水凝膠運動速度的影響：隨著溫度的增加，水凝膠的運動速度先增加后減小。

(3)交聯(lián)劑(MBA)的影響

交聯(lián)劑(MBA)含量少，水凝膠處于膨脹狀態(tài)，沒有葡萄糖響應(yīng)性；交聯(lián)劑含量多，水凝膠處于收縮狀態(tài)，也沒有葡萄糖響應(yīng)性，如附圖5中的圖c所示，交聯(lián)劑(MBA)對水凝膠運動速度的影響：隨著MBA含量的增加，水凝膠的運動速度先增加后減小。

(4)表面活性劑(SDS)的影響

表面活性劑如十二烷基硫酸鈉(SDS)含量少，兩性水凝膠成形體的運動動力少，故運動速度慢；SDS含量多，由于離子滲透作用，水凝膠會處于膨脹狀態(tài)，降低葡萄糖響應(yīng)性，如附圖5中的圖d所示，表面活性劑(SDS)對水凝膠運動速度的影響：隨著SDS含量的增加，水凝膠的運動速度先增加后減小。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。