一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，該方法可分為三步：首先將金片進(jìn)行預(yù)處理，使其表面帶有-OH；然后先后利用硅烷偶聯(lián)劑在金表面引入氨基；最后加入3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑和引發(fā)劑等，通過紫外光引發(fā)聚合在金表面合成水凝膠。本發(fā)明的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠可應(yīng)用于葡萄糖的識(shí)別、固載、傳感、富集、分離或檢測，可在人體生理pH和溫度條件下實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的可逆吸附和脫附。
【專利說明】一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，這種水凝膠可在人體生理pH和溫度條件下實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的可逆吸附和脫附；也涉及到該種水凝膠在葡萄糖傳感器中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基于響應(yīng)型水凝膠的傳感系統(tǒng)是精密儀器的發(fā)展趨勢，尤其是含有葡萄糖響應(yīng)型水凝膠的葡萄糖傳感器引起了研究者的極大興趣。將葡萄糖敏感水凝膠作為分子識(shí)別元件應(yīng)用于生物傳感器中，當(dāng)其與葡萄糖溶液接觸后，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息被信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)等，經(jīng)過處理，可實(shí)現(xiàn)對葡萄糖濃度的分析與檢測。皮下在體植入式血糖傳感器是上述分子識(shí)別血糖傳感器中的一種，其在體原位設(shè)計(jì)能夠減少病患的采血痛苦，操作更加方便、快捷，無需專業(yè)人員指導(dǎo)。更值得一提的是，皮下在體血糖傳感器屬于動(dòng)態(tài)血糖傳感，它能夠?qū)崿F(xiàn)血糖的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可避免血糖監(jiān)測時(shí)存在的“延遲效應(yīng)”。(Vishnu Vardhan Karnati, XingmingGao, ShouhaiGao, et al.A Glucose-selective fluorescence sensor based on boronic acid—diol recognition,Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 2002，12: 3373-3377)。
[0003]皮下在體血糖傳感器中與葡萄糖結(jié)合材料的選擇對于傳感器能否快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測血糖值至關(guān)重要。其中，葡萄糖敏感型水凝膠因能夠識(shí)別環(huán)境中葡萄糖分子而產(chǎn)生刺激響應(yīng)，繼而發(fā)生膨脹、收縮或者溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)變等響應(yīng)行為，可應(yīng)用于葡萄糖的連續(xù)檢測。有機(jī)硼酸化合物能夠與1，2或1，3- 二醇化合物選擇性結(jié)合，能夠?qū)Πㄆ咸烟窃趦?nèi)的幾十種糖類進(jìn)行識(shí)別和檢測。近年來基于硼酸基團(tuán)的葡萄糖敏感型水凝膠得到了研究人員的廣泛關(guān)注與石開究(Kathryn E.S.Dean, Adrian M.Horgan, Alexander J.Marshall, etal.Selective holographic detection of glucose using tertiary amines, Chem.Communj2006， 3507-3509)。
[0004]如上述方法通常會(huì)存在如下問題:(I)硼酸結(jié)合的pH控制性使其在人體生理?xiàng)l件PH 7.35?7.45環(huán)境下，只有少量的硼酸可以和糖反應(yīng)生成穩(wěn)定性較高的硼酸酯。(AdrianM.Horgan, Alexander J.Marshall, Simon J.Kewj et al.Crosslinkingofphenylboronicacid receptors as a means of glucose selective holographic detection, Biosensorsand Bioelectronics, 2006，21: 1838-1845)。(2)傳統(tǒng)的高分子成膜材料對葡萄糖的響應(yīng)檢測線性范圍窄，尤其是對高濃度葡萄糖的敏感性較差。(3)在人體生理溫度下對葡萄糖的敏感性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，將硼酸基團(tuán)引入水凝膠體系中，提供了一種基于金片表面的能夠識(shí)別葡萄糖分子的敏感型水凝膠。該方法首先將金片進(jìn)行預(yù)處理，使其表面帶有-OH ;然后先后利用硅烷偶聯(lián)劑在金表面引入氨基；最后加入3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑和引發(fā)劑等，通過紫外光引發(fā)聚合在金表面合成水凝膠。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，包括如下步驟:(I)金片表面預(yù)處理:將金片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲10?60min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗5?10 min，壓縮氣體吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=5?10: 3 (V:V) ;(2)氨基化:將一定量的硅烷偶聯(lián)劑溶解于溶劑中，將處理過的金片置于上述溶液中，惰性氣氛，在50?110 °C反應(yīng)5?12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，壓縮氣體吹干；其中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度=2?5 mmol/L ;(3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、丙烯酰胺和加入到溶劑中，混合均勻后，取5?50 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下惰性氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合5?60 min,反應(yīng)完后用溶劑反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和丙烯酰胺的濃度分別為 50 ?100、100 ?200,0.2 ?0.5 mmol/L、10 ?50 mmol/L。
[0007]2，所述的步驟(I)中金片的直徑為5?20 mm，金片為金金屬片或者是載體上涂布或化學(xué)制備有金膜層的材料中的一種。
[0008]3，所述的步驟(I)中壓縮氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣中的一種或幾種。
[0009]4，所述的步驟(I)中惰性氣氛為氮?dú)?、氬氣、氦氣氣氛中的一種。
[0010]5,所述的步驟(2)中娃燒偶聯(lián)劑為3_氛丙基二甲氧基娃燒、3_氛丙基二乙氧基娃烷、Y -氨丙基甲基二乙氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。
[0011]6，所述的步驟(2)中溶劑為乙醇、甲苯和乙醇中的一種或幾種:蒸餾水=1:1 (V:V=1:1)。
[0012]7，所述的步驟(3)中紫外光的波長范圍為250?400 nm，紫外光的照射強(qiáng)度為I?IOOff/m2 O
[0013]8，所述的步驟(3)中引發(fā)劑為二苯基乙二酮、2，2-二乙氧基苯乙酮、a，a_ 二甲氧基-a-苯基苯乙酮、2，4，6-三甲基二苯甲酮和2，4- 二乙基硫雜蒽酮中的一種或幾種。
[0014]9，所述的步驟(3)中交聯(lián)劑為二甲基丙烯酸乙二醇酯、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇雙丙烯酰酯、二乙烯苯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或幾種。
[0015]10，所述的步驟(3)中聚合所用的溶劑為二甲基亞砜、乙腈、丙酮、N，N’_ 二甲基甲酰胺中的一種。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)所選擇的葡萄糖的識(shí)別單體3-丙烯酰胺基苯硼酸可在人體生理?xiàng)l件PH 7.35?7.45下與葡萄糖糖反應(yīng)生成穩(wěn)定性較高的硼酸酯。
(2)所合成的水凝膠膜對高濃度葡萄糖(6.9?24 mmol/L )也具有較好的敏感性。(3)在人體生理溫度36.2?37.3 °C時(shí)水凝膠膜對葡萄糖有較好的敏感性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中吸附-脫附實(shí)驗(yàn)的示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中DNS法測試葡萄糖濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0019]圖3a為本發(fā)明實(shí)施例1中葡萄糖的吸附-脫附圖，3b為葡萄糖的吸附量和脫附量 的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。
[0021]實(shí)施例1:(I)金片表面預(yù)處理:將金金屬片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲15 min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗10 min, N2吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=5: 3 (V: V); (2)氨基化:將3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解于甲苯中，將處理過的金片置于上述溶液中，氮?dú)鈿夥?，?10 V反應(yīng)12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，N2吹干；其中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度為3 mmol/L ；(3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二苯基乙二酮和丙烯酰胺加入到二甲基亞砜中，混合均勻后，用微量注射器移取15 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下N2氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合30 min,反應(yīng)完后用二甲基亞砜反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、引發(fā)劑、丙烯酰胺的濃度分別為50、150、0.2,20 mmol/L。
[0022]圖1是具體葡萄糖吸附-脫附方法的示意圖，我們首先配置一定濃度和pH的葡萄糖溶液，取10 mL加入到燒杯中，反應(yīng)一定時(shí)間后，首先逐步增大葡萄糖濃度，再加PBS磷酸緩沖溶液逐步減小葡萄糖濃度；圖2是DNS法測試葡萄糖濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，從圖中可以看出，在葡萄糖濃度在O?70 mg/L，吸光度與葡萄糖的濃度呈現(xiàn)出比較好的線性關(guān)系，擬合度R2=0.9978 ;圖3a是本發(fā)明實(shí)施例1中，pH 7.5，溫度37 1:時(shí)，葡萄糖的吸附-脫附圖，從圖中可以看出:葡萄糖濃度從1.7?24 mmol/L時(shí)，水凝膠膜對葡萄糖都具有有較好的結(jié)合能力，當(dāng)濃度降至3.7 mmol/L左右時(shí)水凝膠膜對葡萄糖出現(xiàn)了脫附現(xiàn)象，并且當(dāng)葡萄糖濃度重復(fù)升高是，水凝膠膜對葡萄糖依然具有較好的敏感性。圖3b為葡萄糖的吸附量和脫附量的變化，看以看出水凝膠膜對高濃度(6.9?24 mmol/L )時(shí)葡萄糖的敏感性優(yōu)于對低濃度時(shí)葡萄糖的敏感性。
[0023]實(shí)施例2: (I)金片表面預(yù)處理:將鍍金硅片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲30 min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗10 min，氬氣吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=7: 3 (V:V); (2)氨基化:將一定量的3-氨丙級三乙氧基硅烷溶解于乙醇中，將處理過的金片置于上述溶液中，氮?dú)鈿夥眨?8 °C反應(yīng)5 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，氬氣吹干；其中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度為5 mmol/L ；(3)聚合:3-丙烯酰胺基苯硼酸、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、2，4- 二乙基硫雜蒽酮和丙烯酰胺加入到乙腈中，混合均勻后，用微量注射器移取5 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下N2氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合50 min,反應(yīng)完后用乙腈反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發(fā)劑、丙烯酰胺的濃度分別為50、150、0.3、50 mmol/L。
[0024]實(shí)施例3: (I)金片表面預(yù)處理:將鍍金硅片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲60 min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗10 min，氦氣吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=4: 3(V: V); (2)氨基化:將一定量的Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷溶解于體積比為1:1的乙醇和蒸餾水中，將處理過的金片置于上述溶液中，氮?dú)鈿夥眨?0 °C反應(yīng)12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，氦氣吹干；其中，Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的濃度=4 mmol/L ; (3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、乙二醇雙丙烯酰酯、a，a- 二甲氧基-a-苯基苯乙酮和丙烯酰胺加入到丙酮中，混合均勻后，用微量注射器移取30 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下N2氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合25 min，反應(yīng)完后用丙酮反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、乙二醇雙丙烯酰酯、引發(fā)劑、丙烯酰胺的濃度分別為 50,100,0.3、45 mmol/L。
[0025]實(shí)施例4: (I)金片表面預(yù)處理:將金金屬片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲20 min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗10 min, N2吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=7: 3 (V: V); (2)氨基化:將一定量的N_2_氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷溶解于甲苯中，將處理過的金片置于上述溶液中，氮?dú)鈿夥?，?10 °C反應(yīng)12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，N2吹干；其中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度=2.5mmol/L ; (3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、二乙烯苯和2，4，6-三甲基二苯甲酮和丙烯酰胺加入到N，N’ -二甲基甲酰胺中，混合均勻后，用微量注射器移取10 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下N2氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合60 min，反應(yīng)完后用N, N’ -二甲基甲酰胺反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、二乙烯苯、引發(fā)劑和丙烯酰胺的濃度分別為80、100、0.2、10 mmol /I,η
[0026]實(shí)施例5:(I)金片表面預(yù)處理:將金金屬片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲10 min，然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗10 min, N2吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=5: 3 (V: V); (2)氨基化:將一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解于乙醇中，將處理過的金片置于上述溶液中，氮?dú)鈿夥?，?8 °C反應(yīng)12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，N2吹干；其中，3-氨丙基三乙氧基硅烷的濃度為5 mmol/L ；
(3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、甲基丙烯酸羥丙酯、2，2-二乙氧基苯乙酮和丙烯酰胺加入到二甲基亞砜中，混合均勻后，用微量注射器移取20 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下N2氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合20 min,反應(yīng)完后用二甲基亞砜反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物。將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、甲基丙烯酸羥丙酯、引發(fā)劑和丙烯酰胺的濃度分別為80、150、0.5、50 mmol/L0
[0027]上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為包括如下步驟: (I)金片表面預(yù)處理:將金片置于配置好的皮爾試劑(Piranha)中，超聲10~60 min,然后分別用丙酮、乙醇、二次蒸餾水超聲清洗5~10 min，壓縮氣體吹干；其中，皮爾試劑的配置為濃H2S04:H202=5~10: 3 (V:V) ;(2)氨基化:將一定量的硅烷偶聯(lián)劑溶解于溶劑中，將處理過的金片置于上述溶液中，惰性氣氛，在50~110 °C反應(yīng)5~12 h后，依次用無水乙醇和二次蒸餾水將金片沖凈，壓縮氣體吹干；其中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度=2~5 mmol/L；(3)聚合:將3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、丙烯酰胺和加入到溶劑中，混合均勻后，取5 ^ 50 uL的混合液均勻地涂在步驟(2)中所述的金片上，室溫下惰性氣氛，置于紫外燈下光引發(fā)聚合5~60 min,反應(yīng)完后用溶劑反復(fù)洗滌，洗去未反應(yīng)物，將所得凝膠片室溫干燥3天，然后真空干燥I天；其中，3-丙烯酰胺基苯硼酸、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和丙烯酰胺的濃度分別為 50 ~100、100 ~200、0.2 ~0.5 mmol/L、10 ~50 mmol/L。
2.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(1)中金片的直徑為5~20 mm，金片為金金屬片或者是載體上涂布或化學(xué)制備有金膜層的材料中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(1)中壓縮氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(1)中惰性氣氛為氮?dú)?、氬氣、氦氣氣氛中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(2)中硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基二甲氧基硅烷、3-氨丙基二乙氧基硅烷、Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(2)中溶劑為乙醇、甲苯和乙醇中的一種或幾種:蒸餾水=1:1 (V: V=1:1)。
7.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(3)中紫外光的波長范圍為250~400 nm，紫外光的照射強(qiáng)度為I~IOOff/m20
8.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(3)中引發(fā)劑為二苯基乙二酮、2，2-二乙氧基苯乙酮、a, a-二甲氧基-a-苯基苯乙酮、2，4，6-三甲基二苯甲酮和2，4- 二乙基硫雜蒽酮中的一種或幾種。
9.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(3)中交聯(lián)劑為二甲基丙烯酸乙二醇酯、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇雙丙烯酰酯、二乙烯苯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或幾種。
10.如權(quán)利要求1所述的基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的合成，其特征為所述的步驟(3)中聚合所用的溶劑為二甲基亞砜、乙腈、丙酮、N，N’-二甲基甲酰胺中的一種。
11.一種基于金表面硼酸類葡萄糖敏感型水凝膠的應(yīng)用，其特征為在人體生理PH和溫度條件下實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的可逆吸附和脫附。
【文檔編號(hào)】B01J20/291GK104014323SQ201410175089
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】戴慶 申請人:蘇州康磁醫(yī)療科技有限公司