CN101793996A - 葡萄糖检测用分子印迹光子晶体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种葡萄糖检测用分子印迹光子晶体，属于应用化学及临床分析测试技术领域。本发明的方法首先将亲水化处理后的基片插入PMMA胶体小球溶液中，小球自组装于基片上，获得三维光子晶体模片；然后将分子印迹预聚合溶液滴加在三维光子晶体模片边缘，再热聚；最后清洗去除葡萄糖印迹模板得到葡萄糖分子印迹光子晶体膜片。本发明对葡萄糖对具有特异性的吸附性能，可直接观察变化，达到了实时、快速、方便检测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种葡萄糖检测用分子印迹光子晶体及其应用，属于应用化学及临床分析测试技术领域。
背景技术
分子印迹聚合物(MIPs)是在印迹分子(模版分子)存在下，加入功能单体和交联剂聚合而成。聚合反应后，将印迹分子洗脱下来便在聚合物的骨架上形成了一个同印迹分子在官能团，立体结构上互补的分子识别位。已证实，MIPs对印迹分子的特异性识别能力可同酶和抗体相媲美。光子晶体(PC)是具有连续和规则孔结构的非线性光学凝胶。运用模板自组装法可得到具有反蛋白石结构的光子晶体。PC的孔结构对可见光的衍射服从布拉格衍定律，因此我们可以从PC表面观察到由其衍射平面的孔间距所决定的单一的结构色。特定环境下PC的孔间距同凝胶的溶胀率有关，而溶胀率则可通过凝胶合成中的配方设计来精确调节，这便为我们提供了通过PC的化学组分设计来调控其在特定环境下所显结构色的化学依据。目前已发现PC的结构色可响应温度、pH、特定离子及葡萄糖浓度等变量，因此PC在化学传感器方面具有巨大的应用价值。光子晶体可以提供一个快速，简便的裸眼检测技术，目前需要解决的问题是提高光子晶体的选择性分子识别能力，虽然通过酶的固载，PC可以选择性地识别目标分子，但酶的高成本、低稳定性限制了它在PC传感器上的应用。
作为时代进步的副产物之一，糖尿病的患病率逐年增高，目前已经成为一种严重威胁人类健康的流行性疾病。血清葡萄糖检测是临床上最常用的生化指标之一，但血糖检测需要抽血，也就是所谓“侵入式检测”，化学及生物传感器的发展趋势是“naked-eye detection”即“裸眼检测”，光子晶体作为一种新型光学材料不仅为“裸眼检测”提供了新的可能性，还为临床用生化传感器的便携，微型化和非侵入式检测提供了可能性，因此在未来的一段时间内光子晶体将成为传感器技术领域的研究热点。
本发明将分子印迹同光子晶体结合起来，发明了一种可用于葡萄糖实时、快速检测MIPC光学凝胶。MIPC兼有对葡萄糖分子特异性吸附和裸眼检测的光学性能等多重性质，可用于糖尿病人家庭葡萄糖监控。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种实时、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、需侵入人体等问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现的：
本发明的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体，合成该晶体具体步骤如下：
1)将石英片或盖玻片在去离子水中超声洗涤5分钟，浸泡到体积比为7∶3的浓H2SO4/H2O2混合溶液中10小时以上；再用去离子水清洗3次以上后吹干，作为基片备用。
2)将280-300nm的PMMA胶体小球，用去离子水稀释至质量分数为1％PMMA胶体小球溶液，超声分散0.5小时以上；把第一步制备的亲水化处理后的基片插入上述PMMA胶体小球溶液中，保证基片与溶液水平面垂直，在28-35℃的恒温条件、40％-60％相对恒定湿度下静置至液体挥发完毕，小球通过表面张力自组装于基片上，获得三维光子晶体模片。
3)将溶剂二甲基亚砜、模板葡萄糖、单体甲基丙烯酸羟乙酯和N-异丙基丙烯酰胺，识别基4-乙烯基苯硼酸、交联剂N，N-亚甲基二丙烯酰胺、引发剂偶氮二异庚腈按82～85∶1∶8～9∶8～9∶1～1.2∶1.5∶0.075的摩尔比混合，超声溶解10分钟以上，再向混合液中充入氮气5分钟以上除氧气，密封，得到分子印迹预聚合溶液。
4)将第三步制备的分子印迹预聚合溶液滴加在第二步制备的三维光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使其扩散，当分子印迹预聚合溶液布满整个光子晶体模片后，将膜片置于45-75℃温度下恒温热聚12小时以上。
5)将热聚后的光子晶体模片置于丙酮中，摇床洗脱5小时以上，再将三维光子晶体模片依次在浓度为4％的氨水、去离子水、pH＝4的盐酸、去离子水中反复清洗3次以上，去除葡萄糖印迹模板得到葡萄糖分子印迹光子晶体(MIPC)。
本发明合成的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体在测量葡萄糖溶液浓度的应用如下：
1)配制浓度梯度葡萄糖缓冲溶液，将本发明合成的MIPC分别置于浓度梯度葡萄糖缓冲溶液中，静置3分钟以上，通过光纤光谱仪分别对加入葡萄糖缓冲溶液的MIPC进行光学检测，得出红移量-葡萄糖浓度的标准变化曲线；
2)将本发明合成的MIPC加入到待测葡萄糖溶液中，通过光纤光谱仪对加入待测葡萄糖溶液的MIPC进行光学检测，代入第一步得到的红移量-葡萄糖浓度的标准变化曲线，即可得到待测葡萄糖溶液的浓度。
有益效果
本发明将分子印迹技术(MIP)与光子晶体技术(PC)相结合，发展出分子印迹光子晶体(MIPC)亲技术，具备MIP与PC两项技术的优点；本发明的葡萄糖分子印迹光子晶体对葡萄糖对具有特异性的吸附性能，随着葡萄糖吸附量的增加，反射波长红移量变大，红移量足够大；可以不借助仪器，直接用肉眼观察到光子晶体结构色发生变化，达到了实时、快速、方便检测的目的。
附图说明
图1为实施例1中浓度梯度葡萄糖加入MIPC后得到的红移量-葡萄糖浓度变化曲线。
具体实施方式
实例1
本发明的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体的合成方法，具体步骤如下：
1、将载玻片置于盛有100mL去离子水的烧杯中超声洗涤5分钟。另取一个250mL的烧杯，加入30mL质量分数为30％的H2O2和70mL质量分数为98％的浓硫酸。将超声洗涤后的玻璃片轻轻放入已配好的混合溶液中，浸泡12个小时，将已做亲水性处理的载玻片用去离子水清洗3次。将清洗干净的基片吹干，待用。
2、取280-300nm的PMMA胶体小球，用去离子水稀释至质量分数为1％，超声分散0.5h后倒入大培养皿中；将第一步制备的的亲水化处理后的基片插入到上述PMMA胶体小球溶液中，保证基片与溶液水平面垂直；在28℃，50％相对湿度下静置至液体挥发完毕，随着溶剂的挥发，单分散的模板小球通过表面张力慢慢自组装于基片上，获得三维光子晶体模片。
3、在15mL离心管中依次加入溶剂二甲基亚砜(DMSO)535μL，功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)0.2264g(0.002mol)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)2mL(0.016mol)，识别基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0.0336g(0.27mmol)，模板葡萄糖0.0409g(0.27mmol)，交联剂N，N-亚甲基二丙烯酰胺(BIS)0.0653g，引发剂偶氮二异庚腈(ABVN)0.0085g，超声溶解10min，再向混合液中充入氮气5min除氧气，密封。
4、将第三步制备的分子印迹预聚合溶液滴加在第二步制备的三维光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使其扩散，当分子印迹预聚合溶液布满整个光子晶体模片后，将膜片置于60℃温度下恒温热聚12小时。
5、将热聚后的光子晶体模片置于丙酮中，摇床洗脱5小时以上，再将三维光子晶体模片依次在浓度为4％的氨水、去离子水、pH＝4的盐酸、去离子水中反复清洗3次，去除葡萄糖印迹模板得到葡萄糖分子印迹光子晶体。
实例2
本发明的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体的合成方法，具体步骤如下：
1、将载玻片置于盛有200mL去离子水的烧杯中超声洗涤5分钟。另取一个250mL的烧杯，加入30mL质量分数为30％的H2O2和70mL质量分数为98％的浓硫酸。将超声洗涤后的玻璃片轻轻放入已配好的混合溶液中，浸泡15个小时，将已做亲水性处理的载玻片用去离子水清洗5次。将清洗干净的基片吹干，待用。
2、取280-300nm的PMMA胶体小球，用去离子水稀释至质量分数为1％，超声分散1h后倒入大培养皿中；将第一步制备的的亲水化处理后的基片插入到上述PMMA胶体小球溶液中，保证基片与溶液水平面垂直；在30℃，40％相对湿度下静置至液体挥发完毕，随着溶剂的挥发，单分散的模板小球通过表面张力慢慢自组装于基片上，获得三维光子晶体模片。
3、在15mL离心管中依次加入溶剂二甲基亚砜(DMSO)535μL，功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)0.2264g(0.002mol)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)2mL(0.016mol)，识别基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0.0336g(0.27mmol)，模板葡萄糖0.0409g(0.27mmol)，交联剂N，N-亚甲基二丙烯酰胺(BIS)0.0653g，引发剂偶氮二异庚腈(ABVN)0.0085g，超声溶解10min，再向混合液中充入氮气5min除气，密封。
4、将第三步制备的分子印迹预聚合溶液滴加在第二步制备的三维光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使其扩散，当分子印迹预聚合溶液布满整个光子晶体模片后，将膜片置于50℃温度下恒温热聚12小时。
5、将热聚后的光子晶体模片置于丙酮中，摇床洗脱5小时以上，再将三维光子晶体模片依次在浓度为4％的氨水、去离子水、pH＝4的盐酸、去离子水中反复清洗4次，去除葡萄糖印迹模板得到葡萄糖分子印迹光子晶体膜片。
实例3
本发明的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体的合成方法，具体步骤如下：
1、将载玻片置于盛有120mL去离子水的烧杯中超声洗涤10分钟。另取一个250mL的烧杯，加入30mL质量分数为30％的H2O2和70mL质量分数为98％的浓硫酸。将超声洗涤后的玻璃片轻轻放入已配好的混合溶液中，浸泡13个小时，将已做亲水性处理的载玻片用去离子水清洗4次。将清洗干净的基片吹干，待用。
2、取280-300nm的PMMA胶体小球，用去离子水稀释至质量分数为1％，超声分散0.5h后倒入大培养皿中；将第一步制备的的亲水化处理后的基片插入到上述PMMA胶体小球溶液中，保证基片与溶液水平面垂直；在32℃，60％相对湿度下静置至液体挥发完毕，随着溶剂的挥发，单分散的模板小球通过表面张力慢慢自组装于基片上，获得三维光子晶体模片。
3、在15mL离心管中依次加入溶剂二甲基亚砜(DMSO)535μL，功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)0.2264g(0.002mol)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)2mL(0.016mol)，识别基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0.0336g(0.27mmol)，模板葡萄糖0.0409g(0.27mmol)，交联剂N，N-亚甲基二丙烯酰胺(BIS)0.0653g，引发剂偶氮二异庚腈(ABVN)0.0085g，超声溶解10min，再向混合液中充入氮气5min除气，密封。
4、将第三步制备的分子印迹预聚合溶液滴加在第二步制备的三维光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使其扩散，当分子印迹预聚合溶液布满整个光子晶体模片后，将膜片置于70℃温度下恒温热聚20小时。
5、将热聚后的光子晶体模片置于丙酮中，摇床洗脱8小时以上，再将三维光子晶体模片依次在浓度为4％的氨水、去离子水、pH＝4的盐酸、去离子水中反复清洗5次，去除葡萄糖印迹模板得到葡萄糖分子印迹光子晶体膜片。
实施例1中合成的葡萄糖检测用分子印迹光子晶体，其具体应用如下：
1、在37℃恒温水浴中恒温10mL含150mM NaCl pH为9.6的缓冲溶液，分别放入上述方法合成的MIPC膜片，检测其反射波长。记录后依次加入1.8mg，9mg，18mg，27mg，36mg葡萄糖，即葡萄糖浓度分别为1mM，5mM，10mM，15mM，20mM。每加一次等待膜平衡后记录其反射波长，得到红移量-葡萄糖浓度变化曲线如图1所示，
2、将上述方法合成的MIPC加入到待测葡萄糖溶液中，通过光纤光谱仪对加入待测葡萄糖溶液的MIPC进行光学检测，代入第一步得到的红移量-葡萄糖浓度的标准变化曲线，即可得到待测葡萄糖溶液的浓度。
Claims (1)
1.葡萄糖检测用分子印迹光子晶体，其特征在于合成该晶体具体步骤如下：
1)将石英片或盖玻片在去离子水中超声洗涤5分钟，浸泡到体积比为7∶3的浓H2SO4/H2O2混合溶液中10小时以上；再用去离子水清洗3次以上后吹干，作为基片备用；
2)将280-300nm的PMMA胶体小球，用去离子水稀释至质量分数为1％PMMA胶体小球溶液，超声分散0.5小时以上；把第一步制备的亲水化处理后的基片插入上述PMMA胶体小球溶液中，保证基片与溶液水平面垂直，在28-35℃的恒温条件、40-60％相对恒定湿度下静置至液体挥发完毕，小球通过表面张力自组装于基片上，获得三维光子晶体模片；
3)将溶剂二甲基亚砜、模板葡萄糖、单体甲基丙烯酸羟乙酯和N-异丙基丙烯酰胺，识别基4-乙烯基苯硼酸、交联剂N，N-亚甲基二丙烯酰胺、引发剂偶氮二异庚腈按82～85∶1∶8～9∶8～9∶1～1.2∶1.5∶0.075的摩尔比混合，超声溶解10分钟以上，再向混合液中充入氮气5分钟以上除氧气，密封，得到分子印迹预聚合溶液；
4)将第三步制备的分子印迹预聚合溶液滴加在第二步制备的三维光子晶体模片边缘，当分子印迹预聚合溶液布满整个光子晶体模片后，将膜片置于45-75℃温度下恒温热聚12小时以上；
5)将热聚后的光子晶体模片置于丙酮中，摇床洗脱5小时以上，再将三维光子晶体模片依次在浓度为4％的氨水、去离子水、pH＝4的盐酸、去离子水中清洗3次以上，得到葡萄糖分子印迹光子晶体。
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