CN105974611A - 一种多功能检测隐形眼镜及其制备和检查方法 - Google Patents

一种多功能检测隐形眼镜及其制备和检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种多功能检测隐形眼镜及其制备和检查方法，所述多功能隐形眼镜本体虹膜区固定有具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球；其中，具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球是由以蛋白石结构胶体晶体微球为模板，将含有单体和功能性基团的水凝胶前聚体溶液在胶体晶体的孔隙中聚合形成水凝胶网络，然后去除模板复制得到的。将多功能检测隐形眼镜置于泪液中时，通过观察颜色和反射峰变化即可定性定量估计所对应检测物质的浓度。利用多功能隐形眼镜实时检测物质浓度方便快捷，并且简化了检测工具，降低了检测成本。

Description

一种多功能检测隐形眼镜及其制备和检查方法
技术领域
本发明涉及生物医学研究、分析检测领域，特别设计一种通过隐形眼镜达到多种可视化检测的检测手段。
背景技术
隐形眼镜又叫角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上来矫正视力或保护眼睛的镜片。隐形眼镜技术是高科技的结晶，与框架眼镜比较具有很高的光学优越性，能解决许多框架眼镜无法克服的眼科疑难问题，比如控制青少年近视、散光发展，治疗特殊的眼部疾病等等。
目前，全世界有7500万人佩戴隐形眼镜来矫正视力，美国己有3700多万人(超过全国人口10％)，日本己有1100多万人(超过全国人口10％)配戴了隐形眼镜。我国青少年近视发病率高达50％-60％，居世界第二位，且越来越多的人选择佩戴隐形眼镜来矫正视力。
而我们可以将隐形眼镜功能化，利用隐形眼镜来间接的实现人体葡萄糖、pH值、钾离子含量的检测，不仅实现了葡萄糖、pH值、钾离子含量检测的非标记和无创性，还在真正意义上完成了葡萄糖、pH值、钾离子含量的可视化检测。这种新型物质检测方法的提出将极大的促进当代物质检测技术的发展，在提高检测精确度的同时减轻患者的痛苦。
发明内容
技术问题：本发明主要解决的技术问题是提供一种多功能检测隐形眼镜的制备方法以及使用所述多功能检测隐形眼镜进行葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测的方法，方便快捷的检测出泪液中葡萄糖、pH值、钾离子的浓度。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
本发明的一种多功能检测隐形眼镜本体虹膜区固定有具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球；其中，具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球是由以蛋白 石结构胶体晶体微球为模板，将含有单体和功能性基团的水凝胶前聚体溶液在胶体晶体的孔隙中聚合形成水凝胶网络，然后去除模板复制得到的。
本发明的多功能检测隐形眼镜的制备方法包括以下步骤：
1)具有可视化检测功能的光子晶体水凝胶微球的制备：
将由单分散纳米粒子组装得到的蛋白石结构胶体晶体微球分别加入到葡萄糖响应、pH响应和钾离子响应的水凝胶前聚体溶液中，加入引发剂，通过紫外光照或加热对水凝胶前聚体溶液进行固化；然后将填充在水凝胶中的复合光子晶体微球剥离出来，并去除蛋白石胶体晶体模板，再用纯水洗涤，得到具有分别对葡萄糖、pH和钾离子响应的三种反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球，而后保存在纯水中；
2)多功能检测隐形眼镜的制备：
用环形聚合法，将步骤1)制得的三种反蛋白石结构光子晶体微球按照位置进行编码植入到镜片的虹膜区制备出具有多种检测功能的隐形眼镜。
其中：
步骤1)中所述的蛋白石结构胶体晶体微球由二氧化硅纳米粒子、聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子或聚苯乙烯纳米粒子组装而成。
步骤1)中所述的葡萄糖响应的水凝胶前聚体溶液为葡萄糖识别分子与丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N一乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯或酸乙二醇酯中的一种或多种混合而成，其中所述的葡萄糖识别分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
步骤1)中所述的pH响应的水凝胶前聚体溶液为含pH响应功能团的丙烯酸或其衍生物与聚乙烯醇、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或丙烯酰胺衍生物中的一种或多种混合而成。
步骤1)中所述的钾离子响应的水凝胶前聚体溶液为钾离子识别分子与甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺或其衍生物、聚乙烯醇、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N一乙烯吡咯烷酮、醋酸丁酸纤维素、甲基丙烯酸缩水甘油酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种混合而成，其中所述的的钾离子识别分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
将所述的多功能隐形眼镜与待检测溶液进行特异性结合反应，反应完毕之后，根据反蛋白石结构光子晶体微球的颜色或反射峰位置变化，分别定性定量计算待检测物质的浓度。
步骤3)中所述的待检测溶液为泪液。
有益效果：
通过本发明制备的多功能检测隐形眼镜与现有隐形眼镜相比具有以下优点：
1.本发明将隐形眼镜功能化，实现葡萄糖、pH值、钾离子的可视化检测，通过肉眼观察即可定性定量估计泪液中上述物质的浓度，方便快捷且具有实时性。
2.本发明中制备的光子晶体水凝胶微球利用分子识别单元与分子结合后，化学物理环境的变化导致光子晶体水凝胶微球的光子带隙的变化，而带来的颜色变化进行可视化检测，无需进行标记，真正意义上实现了非标记检测，使检测工具大大简化，检测成本大大降低。
3.本发明中制备的光子晶体水凝胶微球为反蛋白石结构，所以其表面为亚微米级的粗糙表面，微球具有极高的比表面积，满足适合高灵敏度载体的要求，能获得高的检测灵敏度。
4.本发明提供的物质可视化检测功能简化了现有的物质检测方法，且对人体无副作用。
附图说明
图1是本发明中使用环形聚合法制备多功能隐形眼镜示意图；
附图中各部件的标记如下：l代表隐形眼镜环形聚合法PDMS模具，2代表隐形眼镜前聚体溶液，3代表具有葡萄糖可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球，4代表具有pH值可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球，5代表具有钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球，6代表多功能检测隐形眼镜。
具体实施方式
实施例一：利用二氧化硅纳米粒子为模板制备多功能隐形眼镜
(1)制备蛋白石结构二氧化硅胶体晶体微球模板
将单分散的280nm的二氧化硅纳米粒子进行离心纯化，配制胶体纳米粒子质量百分数为20％的胶体纳米粒子溶液，超声分散后作为微流控中的水相，外相采用含有表面活性剂的正十六烷，收集产生的液滴，将其加热固化后，放入马弗炉内进行800℃煅烧，以提高胶体晶体微球的稳定性。
(2)制备具有葡萄糖可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构二氧化硅胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将二氧化硅胶体晶体微球加入到含有光引发剂1173(0.1％，质量分数)的3一丙烯酰胺基苯硼酸(1.25％，摩尔比)、丙烯酰胺与甲叉双丙烯酰胺混合溶液(29：l，摩尔比)中，充分浸泡后，经高压汞灯照射15min后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于2％的氢氟酸溶液中2h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，而后保存在纯水中待用。
(3)制备具有pH值可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构二氧化硅胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将二氧化硅胶体晶体微球加入到含有光引发剂65l(0.1％，质量分数)的丙烯酸(0.12％，质量分数)、丙烯酰胺(99.63％，质量分数)与二甲基丙烯酸乙二醇酯混合溶液(0.15％，质量分数)中，充分浸泡后，经高压汞灯照射15min后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于2％的氢氟酸溶液中2h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，用超纯水清洗数次，保存于纯水中待用。
(4)制备具有钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构二氧化硅胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将二氧化硅胶体晶体微球加入到含有热引发剂过氧化苯甲酰(4％，质量分数)的4一乙烯基苯并一18一冠醚(25％，质量分数)、异丙基丙烯酰胺(67％，质量分数)、甲叉双丙烯酰胺(4％，质量分数)混合溶液中，充分浸泡后，通氮气10分钟去除溶液中溶解的氧气，置于60℃的水浴锅内恒温24h后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于2％的氢氟酸溶液中2h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，用超纯水清洗数次，保存于纯水中待用。
(5)制备多功能检测隐形眼镜
将通过步骤(1)至(4)制得的微球，利用环形聚合法制备多功能检测隐形眼镜。向甲基丙烯酸羟乙酯溶液中添加1％的光引发剂和1％的二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液，混合均匀得到前聚体溶液。
配置好聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液，将其放在矩形器皿中，静置至没有气泡后放入70度的烘箱中进行固化，6小时后将固化后的PDMS取出备用。然 后测量隐形眼镜PVC模具的瞳孔直径大小，选用瞳孔直径大小的皮带冲压制PDMS，做出一个和瞳孔区一样大小的圆柱型模具。再量取梅花形隐形眼镜模具的镜片直径，选择和镜片直径一样大小的皮带冲压制PDMS，做出和镜片直径一样大小的圆形镂空模具，然后如图1所示，将两个PDMS模具用胶水黏合在超平载玻片上，形成一个中间环形镂空的模具，然后用滴管吸取上一步骤中制备的微球混合溶液，滴加在模具的环形镂空区域。用滴管吸取上一步骤中制备的微球，将葡萄糖、pH值、钾离子响应的三种光子晶体微球依照从内向外的顺序依次排开在虹膜区后，移至紫外灯下照射30分钟聚合，形成了包含有三种光子晶体微球的虹膜区。
将制备的虹膜区镜片轻轻贴合在梅花型隐形眼镜模具上，再在瞳孔中间滴加50ul前聚体溶液。最后用配套的上盖轻轻压平，压平的过程要用力均匀，尽量不要让虹膜区发生大的移动，再用夹子将模具四周夹紧后进行紫外聚合，聚合时间30分钟。将其浸泡在超纯水中，充分水化后轻轻剥离模具上盖，浸泡在超纯水中用扁头镊子轻轻将镜片取出，放入超纯水中继续进行水化。
重复前面微球点样法中镜片固化和去除及水化的过程，完成后将镜片保存在生理盐水中。
实施例二：利用聚苯乙烯纳米粒子为模板制备多功能隐形眼镜
(1)制备蛋白石结构聚苯乙烯胶体晶体微球模板
将单分散的250nm的聚苯乙烯纳米粒子进行离心纯化，配制胶体纳米粒子质量百分数为20％的胶体纳米粒子溶液，超声分散后作为微流控中的水相，外相采用含有表面活性剂的甲基硅油，收集产生的液滴，并将其加热固化。
(2)制备具有葡萄糖可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构聚苯乙烯胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将蛋白石结构胶体晶体微球加入到含有光引发剂1173(0.1％，质量分数)的苯硼酸(1.25％，摩尔比)、丙烯酰胺与甲叉双丙烯酰胺混合溶液(29：l，摩尔比)中，充分浸泡后，经高压汞灯照射15min后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于氯仿溶剂中24h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，然后依次放入氯仿与乙醇的混合液(1：l，体积比)、纯乙醇溶剂、以及乙醇和纯水的混合液(1：l，体积比)中，而后保存在纯水中待用。
(3)制备具有pH值可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构聚苯乙烯胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将聚苯乙烯胶体晶体微球加入到含有光引发剂65l(0.1％，质量分数)的丙烯酸(0.12％，质量分数)、丙烯酰胺(99.63％，质量分数)与二甲基丙烯酸乙二醇酯混合溶液(0.15％，质量分数)中，充分浸泡后，经高压汞灯照射15min后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于氯仿溶剂中24h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，然后依次放入氯仿与乙醇的混合液(1：l，体积比)、纯乙醇溶剂、以及乙醇和纯水的混合液(1：l，体积比)中，而后保存在纯水中待用。
(4)制备具有钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球
光子晶体水凝胶微球是以步骤(1)中制备的蛋白石结构聚苯乙烯胶体晶体微球为模板，通过模板复制的方法来获得。将聚苯乙烯胶体晶体微球加入到含有热引发剂过氧化苯甲酰(4％，质量分数)的4一乙烯基苯并一18一冠醚(25％，质量分数)、异丙基丙烯酰胺(67％，质量分数)、甲叉双丙烯酰胺(4％，质量分数)混合溶液中，充分浸泡后，通氮气10分钟去除溶液中溶解的氧气，置于60℃的水浴锅内恒温24h后得到包埋有胶体晶体微球的水凝胶，将填充有水凝胶的复合光子晶体微球剥离出来，洗涤后置于氯仿溶剂中24h，获得具有反蛋白石结构的光子晶体水凝胶微球，然后依次放入氯仿与乙醇的混合液(1：l，体积比)、纯乙醇溶剂、以及乙醇和纯水的混合液(1：l，体积比)中，而后保存在纯水中待用。
(5)制备多功能检测隐形眼镜
将通过步骤(1)至(4)制得的微球，利用环形聚合法制备多功能检测隐形眼镜。向甲基丙烯酸羟乙酯溶液中添加1％的光引发剂和1％的二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液，混合均匀得到前聚体溶液。
配置好PDMS溶液，将其放在矩形器皿中，静置至没有气泡后放入70度的烘箱中进行固化，6小时后将固化后的PDMS取出备用。然后测量隐形眼镜PVC模具的瞳孔直径大小，选用瞳孔直径大小的皮带冲压制PDMS，做出一个和瞳孔区一样大小的圆柱型模具。再量取梅花形隐形眼镜模具的镜片直径，选择和镜片直径一样大小的皮带冲压制PDMS，做出和镜片直径一样大小的圆形镂空模具，然后如图1所示，将两个PDMS模具用胶水黏合在超平载玻片上，形成一个中 间环形镂空的模具，然后用滴管吸取上一步骤中制备的微球混合溶液，滴加在模具的环形镂空区域。用滴管吸取上一步骤中制备的微球，将葡萄糖、PH值、钾离子响应的三种光子晶体微球依照从内向外的顺序依次排开在虹膜区后，移至紫外灯下照射30分钟聚合，形成了包含有三种光子晶体微球的虹膜区。
将制备的虹膜区镜片轻轻贴合在梅花型隐形眼镜模具上，再在瞳孔中间滴加50ul前聚体溶液。最后用配套的上盖轻轻压平，压平的过程要用力均匀，尽量不要让虹膜区发生大的移动，再用夹子将模具四周夹紧后进行紫外聚合，聚合时间30分钟。将其浸泡在超纯水中，充分水化后轻轻剥离模具上盖，浸泡在超纯水中用扁头镊子轻轻将镜片取出，放入超纯水中继续进行水化。
重复前面微球点样法中镜片固化和去除及水化的过程，完成后将镜片保存在生理盐水中。
实施例三：用多功能隐形眼镜检测泪液中各物质的浓度
将制备得到的多功能检测隐形眼镜中的三种微球通过光谱仪测定其反射峰的位置并且通过照相机拍摄记录未检测前每个微球的颜色，然后将其置于35℃生理盐水与待测泪液的混合液中lh。反应完毕后，根据对比反应前后的颜色变化或测定反射峰的位移来定性定量估计所测物质的浓度。

Claims (8)

1.一种多功能检测隐形眼镜，其特征在于：所述多功能隐形眼镜本体虹膜区固定有具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球；其中，具有葡萄糖、pH值、钾离子可视化检测功能的反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球是由以蛋白石结构胶体晶体微球为模板，将含有单体和功能性基团的水凝胶前聚体溶液在胶体晶体的孔隙中聚合形成水凝胶网络，然后去除模板复制得到的。
2.一种如权利要求1所述的多功能检测隐形眼镜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)具有可视化检测功能的光子晶体水凝胶微球的制备：
将由单分散纳米粒子组装得到的蛋白石结构胶体晶体微球分别加入到葡萄糖响应、pH响应和钾离子响应的水凝胶前聚体溶液中，加入引发剂，通过紫外光照或加热对水凝胶前聚体溶液进行固化；然后将填充在水凝胶中的复合光子晶体微球剥离出来，并去除蛋白石胶体晶体模板，再用纯水洗涤，得到具有分别对葡萄糖、pH和钾离子响应的三种反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球，而后保存在纯水中；
2)多功能检测隐形眼镜的制备：
用环形聚合法，将步骤1)制得的三种反蛋白石结构光子晶体微球按照位置进行编码植入到镜片的虹膜区制备出具有多种检测功能的隐形眼镜。
3.根据权利要求2所述的多功能检测隐形眼镜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的蛋白石结构胶体晶体微球由二氧化硅纳米粒子、聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子或聚苯乙烯纳米粒子组装而成。
4.根据权利要求2所述的多功能检测隐形眼镜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的葡萄糖响应的水凝胶前聚体溶液为葡萄糖识别分子与丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯或酸乙二醇酯中的一种或多种混合而成，其中所述的葡萄糖识别分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
5.根据权利要求2所述的多功能检测隐形眼镜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的pH响应的水凝胶前聚体溶液为含pH响应功能团的丙烯酸或其衍生物与聚乙烯醇、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或丙烯酰胺衍生物中的一种或多种混合而成。
6.根据权利要求2所述的多功能检测隐形眼镜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的钾离子响应的水凝胶前聚体溶液为钾离子识别分子与甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺或其衍生物、聚乙烯醇、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、醋酸丁酸纤维素、甲基丙烯酸缩水甘油酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种混合而成，其中所述的的钾离子识别分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
7.根据权利要求1所述的多功能检测隐形眼镜的检查方法，其特征在于：将所述的多功能隐形眼镜与待检测溶液进行特异性结合反应，反应完毕之后，根据反蛋白石结构光子晶体微球的颜色或反射峰位置变化，分别定性定量计算待检测物质的浓度。
8.根据权利要求7所述的多功能检测隐形眼镜的检查方法，其特征在于：步骤3)中所述的待检测溶液为泪液。
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