CN106245106A - 一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用，该应用是基于生物无毒的多孔硅颗粒在不同pH环境下表现出不同的荧光发光动力学特征。在不同的pH环境下，表现出不同的荧光发光特性，肉眼可见。实现了可视化监控，无需复杂的信号传输设备，实用，方便；此外，本荧光材料具有纳米级孔道结构，具有药物负载功能。在材料的降解过程中，可以释放药物以治疗伤口。因此，本材料可同时实现药物负载与伤口监控。

Description

一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用
技术领域
本发明涉及一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用。
背景技术
伤口愈合是一个复杂的细胞再生过程，涉及细胞的坏死、脱落，再生长等一系列复杂的生理化学反应。伤口修复一共包含四个过程：止血、炎症反应、细胞增殖和组织重构。每一个阶段，细胞都进行不同的生化反应，所产生的代谢物也不相同。因此，在伤口修复过程中，这类生物标志物的存在指标代表了伤口愈合情况，预测伤口走向，指导后续的治疗方案。
现代医学在治疗伤口过程中，往往采用经验医学。医生通过就诊经验对患者伤口进行用药及制定后续的治疗计划。这在一定程度上会错过最佳治疗时间、增加医疗费用、恶化伤口、浪费资源。因此对伤口环境进行生物标志物的监控，实现精准治疗具有很重要的意义。伤口修复中大量的酶促反应、微生物在伤口的繁殖，均依赖于伤口环境的pH值。因此，pH值的变化能够精确地指示出伤口的愈合情况及未来走势，从而有利于精准用药与后续治疗计划的制定。
目前伤口pH的传感系统主要为电化学体系，包括伏安法、电位法、阻抗法等。与传统电化学相比，伤口电化学传感体系主要工作在于制备微型电极、寻找敏感的电活性物质，结合射频装置整合于微型电路中，起到远程监控的作用。由于检测环境为伤口环境，体系电极容易受到污染。同时存在着电活性物质的生物相容性、制作工艺繁琐、需要接收终端等问题。本发明旨在利用生物无毒性的硅材料的荧光特性，肉眼可见地监控伤口pH的变化。该方法具有制作工艺简单、生物相容性好、可视化的特点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，基于生物无毒的多孔硅颗粒在不同pH环境下表现出不同的荧光发光动力学特征，提供一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用。
进一步地，所述多孔硅颗粒通过以下步骤得到：
(1)以有机溶剂与质量浓度为30～40％的氢氟酸按体积比为1:3～6混合的混合液作为电解液，以p型硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为30～90mA·cm-1进行恒电流电解或交流刻蚀，得到多孔硅。其中交流刻蚀时每个周期为5～20秒，并重复50～80个周期，恒电流电解的时间为5-15min；
(2)以2～5％质量浓度的氢氟酸溶液为电解液，以步骤1处理后得到的多孔硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为10～50mA·cm-1进行恒电流刻蚀3～5min，多孔硅薄膜脱离硅基底。
(3)将步骤(2)得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理3～10min，获得微米级多孔硅颗粒。
进一步地，所述步骤2获得的多孔硅薄膜还经羧基化修饰或烷基化修饰，然后按照步骤3进行超声处理。
进一步地，所述步骤3获得的多孔硅颗粒还经活化处理，所述活化处理为：在磷酸盐溶液中浸泡处理10～20h。
进一步地，活化处理后的颗粒还进行氨基化修饰。
进一步地，所述羧基化修饰采用的试剂为十一碳烯酸，丙烯酸，十二碳烯等末端带有双键的功能化有机试剂。
进一步地，所述胺基化修饰采用的试剂为(3-胺基丙基)三乙氧基硅烷、双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺等。
同现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1)本发明所制备的多孔硅颗粒，降解产物为硅酸盐。因此，相比于其他量子点和荧光染料，本材料具有无毒、生物相容性好等特点；
2)本荧光材料受pH环境的影响，表现出不同的荧光发光动力学特征，可用于监控伤口pH的变化；
3)本荧光材料对监控pH所产生的荧光变化，肉眼可见。实现了可视化监控，无需复杂的信号传输设备，实用，方便；
4)本荧光材料具有纳米级孔道结构，具有药物负载功能。在材料的降解过程中，可以释放药物以治疗伤口。因此，本材料可同时实现药物负载与伤口监控。
附图说明
图1不同pH环境下，多孔硅的荧光特性。
图2不同表面化学多孔硅颗粒的荧光特性。
具体实施方案
实施例1：
多孔硅颗粒的制备方法：
(1)将P型掺硼硅片固定在电解池中，按体积比为1:3的比例加入有机溶剂乙醇和质量浓度为30％的氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为30mA·cm-1进行恒电流电解10min，得多孔硅；
(2)继续刻蚀，改变刻蚀液氢氟酸的质量浓度为3.3％，刻蚀电流密度为50mA·cm-1，进行恒电流刻蚀，3min后多孔硅薄膜脱离硅基底。
(3)将步骤(2)得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理10min，获得微米级多孔硅颗粒。
将获得的荧光多孔硅颗粒对pH进行可视化辨别：分别配制不同pH的Tris-HCl缓冲溶液(缓冲液浓度为0.05M)，pH值分别为7.4(碱性)、7.0(中性)、6.5(酸性)。将多孔硅颗粒分别浸泡于上述不同pH的Tris-HCl缓冲溶液中，使用紫外光作为激发光源，多孔硅颗粒荧光强度的灰度值随着时间变化如图1所示。该荧光强度的变化肉眼可见，实现了通过多孔硅荧光对pH的可视化辨别。
实施例2：
羧基化修饰的多孔硅颗粒制备：
(1)以甲苯为溶剂，配制十一碳烯酸与甲苯体积比为1:8～15的混合溶液；
(2)电化学制备、未超声的将多孔硅颗粒在分散于上述混合溶液中，100～150℃下油浴，氮气气氛下加热回流，反应1.5～3h，得到羧基化后的多孔硅颗粒，超声仪超声3～10min后，得羧基化修饰的微米级多孔硅颗粒。
实施例3：
胺基化修饰的多孔硅颗粒制备：
(1)以DMOS(二甲亚砜)为溶剂，配制体积分数为1～3％的(3-胺基丙基)三乙氧基硅烷DMSO溶液；
(2)将超声后的颗粒在磷酸盐溶液中荧光激活后，在上述反应溶液中，无水环境下，在摇床中反应10～30min；
(3)分别使用DMSO、乙醇、水冲洗颗粒，75～100℃下空气中加热10-20min，得胺基化修饰的多孔硅颗粒。
将上述实施例1-3制备的三种不同的多孔硅颗粒浸泡于pH为6.5的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液中(浓度为0.05M)。使用紫外灯作为激发光源，多孔硅荧光强度灰度值随时间变化如图2所示。从图中可以看出在不同的表面化学修饰下，多孔硅荧光呈现不同的发光动力学。因此，通过对表面化学的调控，能够更加有效的利用多孔硅荧光进行可视化辨别。

Claims (7)

1.一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述多孔硅颗粒通过以下步骤得到：
(1)以有机溶剂与质量浓度为30～40％的氢氟酸按体积比为1:3～6混合的混合液作为电解液，以p型硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为30～90mA·cm-1进行恒电流电解或交流刻蚀，得到多孔硅。其中交流刻蚀时每个周期为5～20秒，并重复50～80个周期，恒电流电解的时间为5-15min。
(2)以2～5％质量浓度的氢氟酸溶液为电解液，以步骤1处理后得到的多孔硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为10～50mA·cm-1进行恒电流刻蚀3～5min，多孔硅薄膜脱离硅基底。
(3)将步骤(2)得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理3～10min左右，获得微米级多孔硅颗粒。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述步骤2获得的多孔硅薄膜还经羧基化修饰或烷基化修饰，然后按照步骤3进行超声处理。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述步骤3获得的多孔硅颗粒还经活化处理，所述活化处理为：在磷酸盐溶液中浸泡处理10～20h。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，活化处理后的颗粒还进行氨基化修饰。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述羧基化修饰采用的试剂为十一碳烯酸，丙烯酸，十二碳烯等末端带有双键的功能化有机试剂。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述胺基化修饰采用的试剂为(3-胺基丙基)三乙氧基硅烷、双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺等。
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