CN111375355B

CN111375355B - 一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法

Info

Publication number: CN111375355B
Application number: CN201911302211.XA
Authority: CN
Inventors: 戴庆
Original assignee: Zhongkekang Magnetic Medical Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: Zhongkekang Magnetic Medical Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: CN111375355A

Abstract

本发明提供一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法，方法包括以下步骤：步骤a、双键化石英晶振片；步骤b、制备预聚体溶液；步骤c、制备镀膜晶振片。本发明的有益效果是：本发明方法合成的水凝胶结构致密，葡萄糖结合位点充足，稳定性和均匀性良好。另外，该方法操作简便。反应过程中不需要惰性气体气氛，简化了实验过程，节约了实验资源。在这项工作中，我们将葡萄糖敏感的苯硼酸水凝胶沉积在石英晶振片上。结合QCM检测平台，在生理条件下成功检测了出了唾液葡萄糖浓度。我们的工作为无创血糖监测提供了一种可靠的技术。

Description

一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法

技术领域

本发明属于医学监测领域，特别涉及一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法。

背景技术

糖尿病患者需要终生监测他们的血糖。目前血糖水平的检测主要依靠以下两种方法：一种是抽取静脉血或穿刺手指，另一种是在皮肤中插入微探针，持续测量组织间液中的葡萄糖。侵入性方法大大降低了患者的依从性，由于缺乏及时的血糖检测，常常使病情进一步恶化。为满足糖尿病患者的医疗需求，提高患者的生活质量，无创血糖技术已成为临床研究的热点。许多学者已经证实唾液中葡萄糖的浓度与血糖水平有很高的相关性。唾液具有安全、无创、方便、实时采集等优点，已成为理想的无创血糖监测的标志物。

在人体生理条件下检测唾液中葡萄糖的含量具有重要意义。硼酸聚合物与QCM(Quartz Crystal Microbalance石英晶体微天平)联用，具有特异性好，灵敏度高，对葡萄糖反应快等优点，适用于唾液葡萄糖的检测。但唾液中葡萄糖的浓度约为血液中葡萄糖浓度的1/100～1/50。为了实现生理条件下的低浓度葡萄糖检测，需要一种具有高吸附性能的聚合物。不同的合成方法会影响聚合物的结构，进而影响其吸附性能。物理和化学方法均可用于在石英晶振片上涂覆聚合物。物理方法简单，操作方便，但由于聚合物与晶体振荡器之间的化学相互作用较差，所以响应时间长，使用寿命短。化学方法是将引发剂固定在晶体振荡器表面，通过自由基聚合在其表面生长聚合物。但是不管物理法还是化学法均无法检测生理条件下的唾液葡萄糖浓度。其原因是这些方法在石英晶振片上所合成的聚合物的性能不佳。

因此，我们成功发明了一种新型的基于QCM检测的涂层聚合物技术-紫外压制技术。该方法合成的水凝胶结构致密，葡萄糖结合位点充足，稳定性和均匀性良好。另外，该方法操作简便。反应过程中不需要惰性气体气氛，简化了实验过程，节约了实验资源。在这项工作中，我们将葡萄糖敏感的苯硼酸水凝胶沉积在石英晶振片上。结合QCM检测平台，在生理条件下成功检测了出了唾液葡萄糖浓度范围。我们的工作为无创血糖监测提供了一种可靠的技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法，该方法合成的水凝胶结构致密，葡萄糖结合位点充足，稳定性和均匀性良好。另外，该方法操作简便。反应过程中不需要惰性气体气氛，简化了实验过程，节约了实验资源。在这项工作中，我们将葡萄糖敏感的苯硼酸水凝胶沉积在石英晶振片上。结合QCM检测平台，在生理条件下成功检测了出了唾液葡萄糖浓度范围。我们的工作为无创血糖监测提供了一种可靠的技术，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a、双键化石英晶振片：步骤a1、将石英晶振片放置在食人鱼溶液中超声10分钟，用蒸馏水洗涤所述石英晶振片表面残留的所述食人鱼溶液，并用氮气干燥；步骤a2、配置含有100μLγ-氨丙基三乙氧基硅烷和50mL乙醇的混合溶液，将干燥后的所述石英晶振片浸入所述混合溶液室温反应12小时，将反应后的所述石英晶振片通过乙醇清洗，并用氮气干燥；步骤a3、将干燥后的所述石英晶振片浸泡马来酸酐和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中反应12小时，将浸泡后的所述石英晶振片通过乙醇清洗，并用氮气干燥；

步骤b、制备预聚体溶液：在二甲基亚砜中配置5mol/L的预聚体溶液，所述预聚体溶液包括18％的3-丙烯酰胺基苯硼酸、2％的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、78％的丙烯酰胺和2％的2,2-二甲氧基-苯基乙酮；

步骤c、制备镀膜晶振片：步骤c1、取25μL的所述预聚体溶液滴加到石英板上表面；步骤c2、将石英晶振片正面朝下置于所述预聚体溶液上，按压所述石英晶振片，将紫外线灯放置在所述石英晶振片上反应30分钟；步骤c3、将粘附有所述石英晶振片的所述石英板放置在蒸馏水中使得镀膜晶振片从所述石英板上分离开来，用蒸馏水反复冲洗所述镀膜晶振片。

优选的，保持pH值一定，在葡萄糖浓度为0-160mg/L时，所述镀膜晶振片的频率差绝对值随着所述葡萄糖浓度的增加而增大。

优选的，所述镀膜晶振片上的水凝胶薄膜对pH值具有敏感性，保持葡萄糖浓度一定，在pH值为6.8-7.5时，所述镀膜晶振片的频率差绝对值随着pH值的增加而增大。

优选地，所述镀膜晶振片上的水凝胶薄膜具有良好的回复性。

优选的，pH值一定时，所述镀膜晶振片频率差绝对值在葡萄糖浓度超过3mg/L时明显下降。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明方法合成的水凝胶结构致密，葡萄糖结合位点充足，稳定性和均匀性良好。另外，该方法操作简便。反应过程中不需要惰性气体气氛，简化了实验过程，节约了实验资源。在这项工作中，我们将葡萄糖敏感的苯硼酸水凝胶沉积在石英晶振片上。结合QCM检测平台，在生理条件下成功检测了出了唾液葡萄糖浓度范围。我们的工作为无创血糖监测提供了一种可靠的技术。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明镀膜晶振片制备流程图；

图2示意性示出了本发明不同葡萄糖浓度对镀膜晶振片频率差影响示意图；

图3示意性示出了本发明葡萄糖浓度一定不同pH值对镀膜晶振片频率差影响示意图；

图4示意性示出了本发明水凝胶薄膜的检出限示意图。

图中：

1、石英板 2、预聚体溶液

3、石英晶振片 4、紫外光

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明提供一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法，合成方法包括以下步骤：

(一)双键化石英晶振片：

将石英晶振片与食人鱼溶液(H₂SO₄(96％w/w)和H2O2(30％w/w)体积比为7:3混合)、超声10分钟后，用再蒸馏水洗涤，用N₂干燥。将晶振片浸入混合溶液(γ-氨丙基三乙氧基硅烷100μL+乙醇50mL)，室温反应12小时。用乙醇清洗晶振片，然后N₂干燥。干燥的晶振片浸泡在马来酸酐和N,N-二甲基甲酰胺(2％)的混合溶液中12小时。最后，经处理的石英晶体振荡器用乙醇清洗，用N₂干燥。

(二)镀膜晶振片的制备：

预聚体溶液2制备：在二甲基亚砜中配置5mol/L的预聚体溶液2，其中18％为3-丙烯酰胺基苯硼酸,2％为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，78％为丙烯酰胺,2％为2,2-二甲氧基-苯基乙酮。

取25μL预聚体溶液2，滴加到石英板1(10*10厘米)上。将石英晶振片3正面朝下置于预聚体溶液2上，以适当的力度按压石英晶振片3。紫外线灯放置在石英晶振片3上反应30分钟。然后将其置于蒸馏水中片刻，镀膜晶振片就会从石英板1上分离开来。最后，用再蒸馏水反复冲洗镀膜晶振片。具体流程图如图1所示。

检测过程：结合QCM技术对唾液葡萄糖进行检测，检测时，将QCM中配套的石英晶振片上镀上水凝胶薄膜形成镀膜晶振片，将镀膜晶振片放置在流通池中，葡萄糖注射试样通过蠕动泵进入到流通池中与镀膜晶振片上的水凝胶薄膜结合，通过QCM技术对镀膜晶振片的振动频率差进行监测。

图2是QCM对不同葡萄糖浓度的响应，浓度范围0-160mg/L(覆盖生理条件下唾液葡萄糖浓度)。从图2中可以看出，随着葡萄糖浓度的增加，频率差绝对值逐渐增大，表示结合的葡萄糖分子越多，随着葡萄糖浓度的减小，频率差绝对值逐渐较少，表示葡萄糖出现脱附现象。且统一浓度对应的频率值基本相同。表示薄膜同时具有较好的回复性。

图3是不同pH值对葡萄糖的响应，pH范围6.8-7.5，属于生理条件下唾液的pH范围。水凝胶具有pH敏感性。图3显示，随着pH值增加,ΔF绝对值更大。其原因是，较高的pH值有利于硼酸的电离，从而增加葡萄糖分子与硼酸结合的数量。不同pH条件下的葡萄糖结合线性关系较好，具体相关系数分别为0.9532(pH 6.8)、0.9393(pH 7.2)、0.9858(pH 7.5)。

图4是水凝胶薄膜的检出限，可以看出葡萄糖在3mg/L时，频率有了较为明显的下降。

本发明的有益效果：本发明方法合成的水凝胶结构致密，葡萄糖结合位点充足，稳定性和均匀性良好。另外，该方法操作简便。反应过程中不需要惰性气体气氛，简化了实验过程，节约了实验资源。在这项工作中，我们将葡萄糖敏感的苯硼酸水凝胶沉积在石英晶振片上。结合QCM检测平台，在生理条件下成功检测了出了唾液葡萄糖浓度范围。我们的工作为无创血糖监测提供了一种可靠的技术。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims

1.一种用于唾液葡萄糖连续监测的硼酸水凝胶合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a、双键化石英晶振片：

步骤a1、将石英晶振片放置在食人鱼溶液中超声10分钟，用蒸馏水洗涤所述石英晶振片表面残留的所述食人鱼溶液，并用氮气干燥；步骤a2、配置含有100μLγ-氨丙基三乙氧基硅烷和50mL乙醇的混合溶液，将干燥后的所述石英晶振片浸入所述混合溶液室温反应12小时，将反应后的所述石英晶振片通过乙醇清洗，并用氮气干燥；步骤a3、将干燥后的所述石英晶振片浸泡马来酸酐和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中反应12小时，将浸泡后的所述石英晶振片通过乙醇清洗，并用氮气干燥；

步骤b、制备预聚体溶液：

在二甲基亚砜中配置5mol/L的预聚体溶液，所述预聚体溶液包括18％的3-丙烯酰胺基苯硼酸、2％的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、78％的丙烯酰胺和2％的2,2-二甲氧基-苯基乙酮；

步骤c、制备镀膜晶振片：

步骤c1、取25μL的所述预聚体溶液滴加到石英板上表面；步骤c2、将石英晶振片正面朝下置于所述预聚体溶液上，按压所述石英晶振片，将紫外线灯放置在所述石英晶振片上反应30分钟；步骤c3、将粘附有所述石英晶振片的所述石英板放置在蒸馏水中使得镀膜晶振片从所述石英板上分离开来，用蒸馏水反复冲洗所述镀膜晶振片。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，保持pH值一定，在葡萄糖浓度为0-160mg/L时，所述镀膜晶振片的频率差绝对值随着所述葡萄糖浓度的增加而增大。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述镀膜晶振片上的水凝胶薄膜对pH值具有敏感性，保持葡萄糖浓度一定，在pH值为6.8-7.5时，所述镀膜晶振片的频率差绝对值随着pH值的增加而增大。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述镀膜晶振片上的水凝胶薄膜具有良好的回复性。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，pH值一定时，所述镀膜晶振片频率差绝对值在葡萄糖浓度超过3mg/L时明显下降。