CN104297429A - 一种单糖敏感型水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种单糖敏感型水凝胶，是包括鸟嘌呤核苷、苯硼酸、碳酸钾或碳酸氢钾的混合物，其摩尔比例为鸟嘌呤核苷∶苯硼酸∶碳酸钾或碳酸氢=4∶4∶1~8，鸟嘌呤核苷和苯硼酸的浓度分别为25~40mmol/L；其制备方法包括步骤：1、配制摩尔浓度为10~50mmol/L碳酸钾或碳酸氢钾缓冲液，2、称取鸟嘌呤核苷和苯硼酸并加入到步骤1的缓冲液中搅拌均匀并加热至完全溶解得到其浓度分别为25~40mmol/L的混合溶液，3、将步骤2的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的单糖敏感型水凝胶。本发明利用鸟嘌呤核苷、苯硼酸混合制备的水凝胶对单糖具有敏感性，可应用于单糖检测传感器。

Description

一种单糖敏感型水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及单糖敏感材料，具体是一种对单糖敏感的水凝胶以及该水凝胶的制备方法。

背景技术

糖是生命体中重要的功能物质。糖的种类较多，其中单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖等）与生命体新陈代谢过程密切相关，它可以作为能量传递物质，提供细胞生存所需的能量。在医学诊断中，血糖（葡萄糖）浓度的变化可以反映人体的健康情况。此外，由于单糖普遍存在于各类食品中，其含量也可以反映这些食品品质。因此，开发新型的单糖检测方法显得尤为重要。

苯硼酸                               鸟嘌呤核苷。

单糖的检测方法包括化学分析法、色谱法、酶法和化学传感法等。其中，化学传感法是近年来发展的前沿的分析方法，它利用传感体系与分析物识别诱导信号变化达到检测的目的。从单糖的分子结构出发，其结构的主要特征是具有多羟基基团。已有的研究表明，硼酸类化合物在水溶液中可以与邻二羟基特异性结合，基于此原理，大量的硼酸类单糖传感体系被设计开发出来，并利用荧光、紫外可见吸收、圆二色光谱或电化学等信号报告方式达到检测的目的。

凝胶是指溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体，干凝胶也成为气凝胶）。凝胶是一种特殊的分散体系，没有流动性，内部常含有大量液体。将凝胶作为检测传感的载体具有以下两个优点，一是由于凝胶体系是一个复杂的混合体，少量待测物的引入有可能引起整个凝胶体系的破坏，从而有利于实现信号的增强放大；二是采用凝胶作为载体可以直接实现检测体系的器件化。

根据文献报道，鸟嘌呤核苷水溶液在钾离子存在时可以形成一种不稳定的凝胶，我们注意到鸟嘌呤核苷中含有可与苯硼酸结合的五元糖苷，因此，设计鸟嘌呤核苷、苯硼酸、钾离子三元体系，鸟嘌呤核苷与苯硼酸结合后再与钾离子作用形成形态更均一稳定的凝胶。当体系加入单糖时，由于单糖的竞争结合作用将苯硼酸从凝胶体系中释放出来，从而造成凝胶的溶解，体系从凝胶向溶液转化，进而达到单糖传感的目的。

发明内容

本发明提出一种单糖敏感型水凝胶及其制备方法，其目的是依据鸟嘌呤核苷自组装的原理和苯硼酸对单糖的识别作用，制备一种单糖敏感型水凝胶，应用于单糖检测传感器。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种单糖敏感型水凝胶，是包括鸟嘌呤核苷、苯硼酸、碳酸钾或碳酸氢钾的混合物，其特征在于：其摩尔比例为鸟嘌呤核苷：苯硼酸：碳酸钾或碳酸氢 = 4：4：1~8，鸟嘌呤核苷和苯硼酸的浓度分别为25 ~ 40 mmol/L。

一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、配制摩尔浓度为10~50 mmol/L碳酸钾或碳酸氢钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为9.0~10.5；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷和苯硼酸并加入到步骤1）的缓冲液中搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使鸟嘌呤核苷和苯硼酸完全溶解得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为25~ 40mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为25 ~ 40mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的单糖敏感型水凝胶。

本发明中，鸟嘌呤核苷在钾离子的作用下形成的多层四配位的组装形态（G-四链体），G-四链体是超分子自组装研究的重要模型之一，鸟嘌呤核苷水溶液在钾离子存在时可以形成一种不稳定的凝胶，再者，鸟嘌呤核苷中含有可与苯硼酸结合的五元糖苷，因此，设计鸟嘌呤核苷、苯硼酸、钾离子三元体系，鸟嘌呤核苷与苯硼酸结合后再与钾离子作用形成形态更均一稳定的凝胶。当体系加入单糖时，由于单糖的竞争结合作用将苯硼酸从凝胶体系中释放出来，造成凝胶的溶解，体系从凝胶向溶液转化，进而达到单糖传感的目的。

本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步：本发明首次利用鸟嘌呤核苷、苯硼酸混合制备透明均一的水凝胶，该水凝胶对单糖具有敏感性，可应用于单糖检测传感器。

附图说明

图1为鸟嘌呤核苷、苯硼酸、缓冲溶液形成的均一透明凝胶形貌图。

图2为凝胶溶解质量的百分比与果糖加入浓度的关系图。

图3为凝胶溶解质量的百分比与葡萄糖加入浓度的关系图。

图4为凝胶溶解质量的百分比与半乳糖加入浓度的关系图。

图5为凝胶溶解质量的百分比与核糖加入浓度的关系图。

具体实施方式

实施例1

一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、配制摩尔浓度为10 mmol/L碳酸钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为9；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷5.7 mg（~20 μmol）、苯硼酸2.4 mg（~20 μmol）于玻璃瓶中混合成混合物；

又取步骤1）的缓冲液0.5 mL加入到玻璃瓶中并搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使混合物完全溶解于缓冲液中得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为40mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为40mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的水凝胶，如图1所示。

应用：在水凝胶中滴加浓度为1000 mg/L的果糖溶液，并轻轻振摇，随着果糖加入量的增加，凝胶缓慢溶解，以凝胶溶解质量的百分比与果糖加入浓度分别为10 mg/L、40 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L作关系图。如图2所示，凝胶溶解的质量与果糖的浓度成线性关系，相关系数为0.9979，线性较好。根据公式c =3σ/k，（c：检出限，σ：标准偏差，k：标准曲线斜率），重复实验7次求标准偏差和检出限，可得标准偏差为0.83%，检出限为1.4 mg/L。这表明所制备的水凝胶对果糖具有一定的敏感性，有望进一步优化发展成为检测果糖的传感器。

实施例2

一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、配制摩尔浓度为20 mmol/L碳酸氢钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为9.5；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷4.3 mg（~15 μmol）、苯硼酸1.8 mg（~15 μmol）于玻璃瓶中混合成混合物；

又取步骤1）的缓冲液0.5 mL加入到玻璃瓶中并搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使混合物完全溶解于缓冲液中得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为30 mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为30 mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的水凝胶。

  应用：在水凝胶中滴加浓度为1000 mg/L的葡萄糖溶液，并轻轻振摇，随着葡萄糖加入量的增加，凝胶缓慢溶解，以凝胶溶解质量的百分比与葡萄糖加入浓度分别为10 mg/L、40 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L作关系图。如图3所示，凝胶溶解的质量与葡萄糖的浓度成线性关系，相关系数为0.9958，线性较好。根据公式c =3σ/k，（c：检出限，σ：标准偏差，k：标准曲线斜率），重复实验7次求标准偏差和检出限，可得标准偏差为0.92%，检出限为2.0 mg/L。这表明所制备的水凝胶对葡萄糖具有一定的敏感性，有望进一步优化发展成为检测葡萄糖的传感器。

实施例3

一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、配制摩尔浓度为40 mmol/L碳酸钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为10；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷5.0 mg（~17.5μmol）、苯硼酸2.0 mg（~17.5 μmol）于玻璃瓶中混合成混合物；

又取步骤1）的缓冲液0.5 mL加入到玻璃瓶中并搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使混合物完全溶解于缓冲液中得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为35 mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为35 mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的水凝胶。

应用（请补充）：在水凝胶中滴加浓度为1000 mg/L的半乳糖溶液，并轻轻振摇，随着半乳糖加入量的增加，凝胶缓慢溶解，以凝胶溶解质量的百分比与半乳糖加入浓度分别为10 mg/L、40 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L作关系图。如图4所示，凝胶溶解的质量与半乳糖的浓度成线性关系，相关系数为0.9932，呈线性关系。根据公式c =3σ/k，（c：检出限，σ：标准偏差，k：标准曲线斜率），重复实验7次求标准偏差和检出限，可得标准偏差为0.89%，检出限为2.84 mg/L。这表明所制备的水凝胶对半乳糖具有一定的敏感性，有望进一步优化发展成为检测半乳糖的传感器。

实施例4

一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、配制摩尔浓度为30 mmol/L碳酸氢钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为10；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷4.0 mg（~12.5μmol）、苯硼酸1.0 mg（~12.5 μmol）于玻璃瓶中混合成混合物；

又取步骤1）的缓冲液0.5 mL加入到玻璃瓶中并搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使混合物完全溶解于缓冲液中得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为25 mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为25 mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的水凝胶。

应用：在水凝胶中滴加浓度为1000 mg/L的核糖溶液，并轻轻振摇，随着核糖加入量的增加，凝胶缓慢溶解，以凝胶溶解质量的百分比与果糖加入浓度分别为10 mg/L、40 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L作关系图。如图5所示，凝胶溶解的质量与核糖的浓度成线性关系，相关系数为0.9807，呈一定的线性关系。根据公式c =3σ/k，（c：检出限，σ：标准偏差，k：标准曲线斜率），重复实验7次求标准偏差和检出限，可得标准偏差为0.93%，检出限为5.2 mg/L。这表明所制备的水凝胶对核糖具有一定的敏感性，有望进一步优化发展成为检测核糖的传感器。

Claims (2)

1. 一种单糖敏感型水凝胶，是包括鸟嘌呤核苷、苯硼酸、碳酸钾或碳酸氢钾的混合物，其特征在于：其摩尔比例为鸟嘌呤核苷：苯硼酸：碳酸钾或碳酸氢 = 4：4：1~8，鸟嘌呤核苷和苯硼酸的浓度分别为25 ~ 40 mmol/L。

2.一种单糖敏感型水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）、配制浓度为10~50 mmol/L碳酸钾或碳酸氢钾缓冲液，使所述缓冲液的pH值为9.0~10.5；

步骤2）、分别称取鸟嘌呤核苷和苯硼酸并加入到步骤1）的缓冲液中搅拌均匀，然后置于70 ℃水浴中加热使鸟嘌呤核苷和苯硼酸完全溶解得到混合溶液，混合溶液中鸟嘌呤核苷的摩尔浓度为25~ 40 mmol/L、苯硼酸的摩尔浓度为25 ~ 40 mmol/L；

步骤3）、将步骤2）的混合溶液静置冷却至室温，制得均一透明的单糖敏感型水凝胶。