CN102161772A - 用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于葡萄糖检测的有序多孔膜，制备该有序多孔膜的具体步骤如下：将苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于四氢呋喃配成溶液，然后加入一定配比的苯硼酸和N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌反应一定时间，离心取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物，再将聚合物溶解制成溶液，并将溶液涂在基板上，放置于相对湿度为50%~90%的环境中即可制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。所发明的有序多孔膜具有制备方法简单、比表面积高、亲水性的苯硼酸组分能够富集在膜孔周围的特点，可以达到提高葡萄糖检测灵敏度的目的。

Description

用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法及其应用。

背景技术

水滴模板法制备有序多孔膜具有工艺简单、条件温和以及膜结构规整可控等优点，因而受到了广泛关注。公开号为JP 2002347107A的日本专利公开了一种通过水滴模板法制备两亲性聚合物有序多孔膜的方法，该有序多孔膜可用作显示器件；公开号为CN 1869109A的中国专利公开了一种在剥离衬底上浇铸聚合物溶液，制备蜂窝状有序多孔复合薄膜的方法，极大地提高了多孔膜的机械性能；发明专利CN 101284914A则公开了一种糖基化有序多孔膜，它能够识别凝集素类蛋白质。目前的研究已经证明，以水滴作为模板形成的有序多孔膜，首先它具有多孔结构，比表面积大；其次，亲水化组分能富集在膜孔的表面。这些优点使得有序多孔膜在分析检测领域具有良好的应用前景。

葡萄糖是一种多羟基醛，是自然界分布最广且最为重要的一种单糖。血液中的糖称为血糖，绝大多数情况下都是葡萄糖，正常人血浆中葡萄糖含量为3.89~6.11 mmol/L。体内各组织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要。尿中一般不含游离葡萄糖，糖尿病患者尿中的葡萄糖含量则变化较大。研究高灵敏度的葡萄糖检测材料和方法是血糖检测的一个重要方面。目前测定葡萄糖的方法主要基于固定化酶，虽然固定化酶检测葡萄糖选择性好、灵敏度高，但固定化酶本身的一些缺陷无法避免，因此近年来无酶葡萄糖的检测方法受到关注。如发明专利CN 101320036A公开了一种无酶葡萄糖的检测方法，特点是通过多个步骤制备介孔管状金属纳米材料，然后利用介孔管状金属修饰电极对葡萄糖进行检测。而发明专利CN 101793996A则公开了一种可以用于葡萄糖检测的分子印迹光子晶体，该方法主要基于分子印迹技术。这些无酶葡萄糖检测技术步骤较为繁琐。用于葡萄糖检测的制备方法简单、灵敏度高的有序多孔膜尚无报道，更没有可以具体实施的制备方法和实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法及其应用。

用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法的步骤如下：

（1）将苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于四氢呋喃，配成质量百分比为1%～10%的溶液，然后加入苯硼酸和N,N-二环己基碳二亚胺，搅拌6～24小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物，所述的苯硼酸与丙烯酸嵌段的质量比为1:1～4:1，苯硼酸与N,N-二环己基碳二亚胺的质量比为1:2～1:10；

所述的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物由苯乙烯和丙烯酸通过嵌段共聚合直接制得，分子量为1～10万，丙烯酸嵌段的质量百分比为1%～20%；

或者，所述的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物由苯乙烯和丙烯酸酯类单体先嵌段共聚合，然后水解制得，分子量为1～10万，水解程度为20%～100%，水解后丙烯酸嵌段的质量百分比为1%～20%；

（2）将步骤（1）中制得的成膜聚合物溶解于溶剂，配成0.5～20 mg/mL的溶液，并将溶液涂在基板上，再放置于相对湿度为50%～90%的室温环境中1～5分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜；

所述的苯硼酸为对氨基苯硼酸或间氨基苯硼酸；所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸乙酯；步骤（2）中所述的溶剂为二硫化碳、二氯甲烷或三氯甲烷；步骤（2）中所述的基板为玻璃片、硅片、石英片、石英金片或PET片。

有序多孔膜在检测葡萄糖中的应用。

基于苯硼酸能与葡萄糖结合形成硼酸酯这一原理，采用本发明制备的含苯硼酸组分的有序多孔膜可以用于检测葡萄糖，一般方法为：将含苯硼酸组分的有序多孔膜浸没于一定浓度的葡萄糖溶液中一定时间，分析膜表面吸附的葡萄糖的质量即可。本发明采用的方法是以石英金片为基板制备含苯硼酸组分的有序多孔膜，再利用石英晶体微天平测定吸附葡萄糖前后石英金片频率的变化来检测葡萄糖。

考虑到正常人体血液中葡萄糖浓度不超过10 mmol/L，而高血糖患者体内的血糖以葡萄糖为主，且会超过正常人体血液中葡萄糖的浓度，因此本发明中采用的葡萄糖溶液浓度范围是10～100 mmol/L；

检测时间会影响有序多孔膜表面吸附的葡萄糖的质量，本发明统一检测15分钟。

为了验证本发明的优点和有益效果，还采用旋涂法制备了相应的致密膜进行比较。所述的致密膜按照下述方法制备：采用本发明步骤（2）配置的聚合物溶液，在石英金片表面通过KW-4A型台式匀胶机旋涂成膜，干燥后按照上述方法检测葡萄糖。

本发明具有制备方法简单、比表面积高的特点，而且由于是以水滴作为模板制得，亲水性的苯硼酸组分能够富集在膜孔的周围，因此检测灵敏度显著提高。

附图说明

图1为实施例1中制得的有序多孔膜的扫描电镜照片；

图2为应用例1和应用例2中含有苯硼酸组分的有序多孔膜（曲线(a)）和相应旋涂致密膜（曲线(b)）用于检测不同浓度葡萄糖溶液的结果。

具体实施方式

通过以下实施例对本发明做更详细的描述，但所述实施例不构成对本发明的限制。

聚苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物合成例1

在氮气保护下往聚合瓶依次加入28 mL苯乙烯、136 μL 1-苯乙基溴、209 μL五甲基二亚乙基三胺和143 mg溴化亚铜，冷冻?抽真空?熔融三次，110 °C反应2小时。冷却到室温，用少量四氢呋喃溶解聚合物，然后将聚合物溶液倒入大量甲醇中沉淀，抽滤，真空干燥，得到数均分子量为1.86万的聚苯乙烯大分子引发剂。

将3 g聚苯乙烯大分子引发剂、15 mL二甲基甲酰胺，700 μL丙烯酸甲酯、40 μL五甲基二亚乙基三胺和28 mg溴化亚铜加入到聚合瓶中，冷冻?抽真空?熔融三次，80 °C反应24小时。反应结束后，产物用甲醇沉淀，洗涤多次，真空干燥，得到苯乙烯/丙烯酸甲酯嵌段共聚物。在250 mL单口烧瓶内依次加入2.5 g苯乙烯/丙烯酸甲酯嵌段共聚物、30 mL四氢呋喃，待溶解后再加入10 mL KOH水溶液(40wt.%)、3 mL三乙胺，整个体系置于75°C回流48小时，水解程度约95%。反应结束后，甲醇沉淀，真空干燥，得到数均分子量为2万的苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物，丙烯酸嵌段的质量百分比为7%。

聚苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物合成例2

在氮气保护下往聚合瓶依次加入20 mL苯乙烯、109 mg偶氮二异丁腈和810 mg二硫代苯甲酸苄酯，冷冻?抽真空?熔融三次，70 °C反应10小时。冷却到室温，用少量四氢呋喃溶解聚合物，然后将聚合物溶液倒入大量甲醇中沉淀，抽滤，真空干燥，得到数均分子量为0.8万的聚苯乙烯大分子链转移剂。

将3 g聚苯乙烯大分子链转移剂、15 mL二甲基乙酰胺、16 mg偶氮二异丁腈和1 mL丙烯酸加入到聚合瓶中，冷冻?抽真空?熔融三次，80 °C反应24小时。反应结束后，产物用甲醇沉淀，洗涤多次，真空干燥，得到数均分子量为1万的苯乙烯/丙烯酸嵌段共聚物，丙烯酸嵌段的质量百分比为20%。

实施例1

将1 g分子量为2万、水解程度95%、丙烯酸嵌段质量百分比为7%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于19 g四氢呋喃，配成重量比为5%的溶液，然后加入0.14 g间氨基苯硼酸和0.42 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌12小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于二硫化碳，配成5 mg/mL的溶液，并将溶液涂在石英金片上，再放置于相对湿度为82%的室温环境中2分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。扫描电镜照片见图1。

实施例2

将1 g分子量为1万、丙烯酸嵌段质量百分比为20%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于9 g四氢呋喃，配成重量比为10%的溶液，然后加入0.2 g对氨基苯硼酸和0.4 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌6小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于二氯甲烷，配成20 mg/mL的溶液，并将溶液涂在玻璃片上，再放置于相对湿度为82%的室温环境中1分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。

实施例3

将1 g分子量为10万、水解程度20%、丙烯酸嵌段质量百分比为1%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于99 g四氢呋喃，配成重量比为1%的溶液，然后加入0.04 g间氨基苯硼酸和0.4 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌24小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于二硫化碳，配成2 mg/mL的溶液，并将溶液涂在硅片上，再放置于相对湿度为50%的室温环境中5分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。

实施例4

将1 g分子量为10万、水解程度80%、丙烯酸嵌段质量百分比为7%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于19 g四氢呋喃，配成重量比为5%的溶液，然后加入0.14 g苯硼酸和0.42 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌12小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于三氯甲烷，配成0.5 mg/mL的溶液，并将溶液涂在石英片上，再放置于相对湿度为90%的室温环境中2分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。

实施例5

将1 g分子量为2万、水解程度80%、丙烯酸嵌段质量百分比为7%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于19 g四氢呋喃，配成重量比为5%的溶液，然后加入0.2 g苯硼酸和0.5 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌12小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于二硫化碳，配成3 mg/mL的溶液，并将溶液涂在PET片上，再放置于相对湿度为80%的室温环境中2分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。

实施例6

将1 g分子量为2万、水解程度95%、丙烯酸嵌段质量百分比为7%的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于19 g四氢呋喃，配成重量比为5%的溶液，然后加入0.14 g间氨基苯硼酸和0.42 g N,N-二环己基碳二亚胺，于室温下搅拌12小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物。将成膜聚合物溶解于二硫化碳，配成5 mg/mL的溶液，在石英金片表面通过KW-4A型台式匀胶机旋涂成膜，干燥后制得含苯硼酸组分的旋涂致密膜。

应用例1

含有苯硼酸组分的有序多孔膜用于检测葡萄糖的方法：将实施例1制得的有序多孔膜安装在石英晶体微天平内（石英片基频为5MHz，切割方式为AT-cut，制造商为Maxtek），先用水溶液走平基线，再分别换用浓度为10、20、40、60、80、100 mmol/L的葡萄糖溶液，检测不同葡萄糖溶液浓度时的频率变化，结果如图2中曲线(a)所示。

应用例2 

含有苯硼酸组分的旋涂致密膜用于检测葡萄糖的方法：将实施例6制得的旋涂致密膜安装在石英晶体微天平内（石英片基频为5MHz，切割方式为AT-cut，制造商为Maxtek），先用水溶液走平基线，再分别换用浓度为10、20、40、60、80、100 mmol/L的葡萄糖溶液，检测不同葡萄糖溶液浓度时的频率变化，结果如图2中曲线(b)所示。

Claims (6)

1.一种用于葡萄糖检测的有序多孔膜的制备方法，其特征在于它的步骤如下：

（1）将苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物溶解于四氢呋喃，配成质量百分比为1%～10%的溶液，然后加入苯硼酸和N,N-二环己基碳二亚胺，搅拌6～24小时，反应液由澄清逐渐变浑浊，离心后取上层清液，用甲醇沉淀、洗涤，制得成膜聚合物，所述的苯硼酸与丙烯酸嵌段的质量比为1:1～4:1，苯硼酸与N,N-二环己基碳二亚胺的质量比为1:2～1:10；

所述的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物由苯乙烯和丙烯酸通过嵌段共聚合直接制得，分子量为1～10万，丙烯酸嵌段的质量百分比为1%～20%；

或者，所述的苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物由苯乙烯和丙烯酸酯类单体先嵌段共聚合，然后水解制得，分子量为1～10万，水解程度为20%～100%，水解后丙烯酸嵌段的质量百分比为1%～20%；

（2）将步骤（1）中制得的成膜聚合物溶解于溶剂，配成0.5～20 mg/mL的溶液，并将溶液涂在基板上，再放置于相对湿度为50%～90%的室温环境中1～5分钟，即制得含有苯硼酸组分的有序多孔膜。

2.根据权利要求1所述的用于葡萄糖检测的有序多孔膜，其特征在于，所述的苯硼酸为对氨基苯硼酸或间氨基苯硼酸。

3.根据权利要求1所述的用于葡萄糖检测的有序多孔膜，其特征在于，所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸乙酯。

4.根据权利要求1所述的用于葡萄糖检测的有序多孔膜，其特征在于，步骤（2）中所述的溶剂为二硫化碳、二氯甲烷或三氯甲烷。

5.根据权利要求1所述的用于葡萄糖检测的有序多孔膜，其特征在于，步骤（2）中所述的基板为玻璃片、硅片、石英片、石英金片或PET片。

6.一种有序多孔膜在检测葡萄糖中的应用。

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