[发明专利]一种基于金表面的糖敏智能水凝胶及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于金表面的糖敏智能水凝胶及其合成方法，更确切的说，涉及一种可在人体生理条件下对葡萄糖进行动态识别与检测的敏感水凝胶薄膜的制备，属于生物技术领域。

背景技术

作为时代进步的副产物之一，糖尿病的患病率逐年增高，现已经成为一种严重威胁人类健康的流行疾病。然而医学上目前还无法根治糖尿病，只能通过控制病人的血糖水平来推迟并发症的出现。因此，对于糖尿病的控制和治疗来说，研制能够感知体内血糖浓度变化的智能材料是非常有意义的。这样的材料能够实时评估检测病人的血糖浓度，及时反馈病情甚至根据血糖水平自动调整释放药物。

智能水凝胶（Intelligent Hydrogels）是一类能够响应外界刺激信号（如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等）的变化而产生可逆体积相变的高分子材料。由于它同时具备了感应和响应功能，兼有水凝胶的柔韧性和渗透性，因而备受关注。葡萄糖敏感型水凝胶作为智能水凝胶中的一种，其溶胀度随葡萄糖浓度的改变而改变，可动态实时的识别并检测人体生理条件下葡萄糖浓度的变化。现有葡萄糖敏感型材料主要通过三种方式实现响应：含有葡萄糖氧化酶(GOD)、含有伴刀豆球蛋白A(ConA)凝集素、或是含有苯基硼酸结构。其中含苯硼酸基团的水凝胶，其苯硼酸基团会与多羟基化合物葡萄糖在水溶液中形成复合物，体系中若存在能够形成更强的复合物的多羟基化合物，则会与葡萄糖基团发生置换。苯硼酸在溶液中存在电离平衡，不带电荷的苯硼酸与葡萄糖形成的复合物不稳定，而带负电荷的苯硼酸能与葡萄糖形成稳定的复合物。葡萄糖的结合使苯硼酸的电离平衡发生移动，使带负电荷的苯硼酸增多，而不带电荷的苯硼酸减少，由此引发聚合物的水溶性改变，从而实现葡萄糖的实时检测。利用苯硼酸结构进行葡萄糖糖分子的识别，与其他分子识别体相比有其独特的有点。硼酸基团与糖的识别作用是可逆反应，传感器在使用完毕后，可以通过改变溶液的pH值水解生成的硼酸-糖络合物，实现传感器的再生和重复使用。

不过此方法制备葡萄糖敏感水凝胶也其缺点：1）由于苯硼酸基团能够与所有具有顺式1,2- 、1,3- 结构的羟基聚合物反应，对葡萄糖的选择性低；2）苯硼酸基水凝胶溶胀速度慢，糖敏感的响应时间长达15h，不符合糖尿病人餐后2h血糖达到峰值的生理要求。

分子印迹技术是制备对某一特定分子具有特异性选择的聚合物的过程。利用分子印迹技制备智能型水凝胶，不仅可以提高水凝胶分子对某一特定分子的结合，而且能够根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关，实现对特定分子的自动识别、结合与释放；同时，基于分子印迹技术的智能水凝胶能够感知外界特定分子变化从而发生溶胀或收缩，实现对特定分子的动态识别。这些特定分子主要的蛋白质、聚肽、核酸、葡萄糖等生物大分子，此技术在药物控释体系、生物传感器和免疫分析等领域有着巨大的应用前景。

本发明将分子印迹同硼酸基水凝胶化合物结合起来，发明了一种可用于葡萄糖实时、快速检测葡萄糖的凝胶薄膜。此薄膜兼有对葡萄糖分子特异性吸附和可逆吸附特性，可作为葡萄糖识别单元，对葡萄糖进行动态识别与检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时、快速检测葡萄糖的材料和方法，以解决传统方法成本高、步骤复杂、需要侵入人体等问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，将硼酸基团敏感型水凝胶和表面分子印迹技术相结合，提供了一种基于金片表面的具有高选择性的，硼酸类葡萄糖分子敏感的智能型分子印迹水凝胶及其制备方法。该方法首先将金片进行预处理，使其表面带有-OH；然后先后利用硅烷偶联剂和酸酐在金表面上高效地引入双键；最后以丙烯酰胺基苯硼酸为单体，葡萄糖分子为模板，N, N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过紫外光引发聚合在金表面合成水凝胶，反应完后洗去葡萄糖分子，即在金片表面的水凝胶膜上留下大量的葡萄糖分子印迹空穴。

本发明的技术方案为：一种基于金表面的糖敏智能水凝胶的合成，包括如下步骤：