CN113892946A - 一种基于sers的汗液传感绑带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，属于复合材料领域。本发明基于SERS法，可以对健康人汗液中电解质和代谢物(如乳酸、葡萄糖浓度)以及身体不同部位的局部汗液损失进行取样和监测。本发明制得的传感绑带是基于织物和纱线原有的柔软性和可穿戴性，通过传统的纺织加工方法设计而成的，它提供了一种制作简单、适用性和可用性良好的可穿戴式汗液监测传感平台，将为疾病的即时诊断和健康状况监测提供一种潜在的战略。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，属于复合材料领域。
背景技术
痕量分子的检测在许多实际应用中具有重要意义，而表面增强拉曼光谱(SERS)技术的发展对于实现这一目标至关重要。金纳米棒，因其具有优良的表面增强拉曼光谱(SERS)特性、化学稳定性和生物相容性，已被广泛应用于体液传感领域。用于监测系统的柔性生物传感器由于其在现场即时护理分析设备方面的潜力，已成为一种有前景的便携式诊断平台。汗水中生物分析物的鉴定可以为人体生理提供必要的信息。传统的测量依靠实验室设备。在当前时代背景下，人们对可穿戴传感设备这种便携性技术的期望和需求日益增加，随着可穿戴传感器件在新型医疗监测等领域的蓬勃发展，可穿戴汗液传感器的研究具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明利用晶种生长法，以合成尺寸较为均一且表面分散性良好的金纳米棒颗粒。在制备的过程中加入硝酸银(AgNO3)得到的AuNRS。先由种子溶液和生长溶液培养出金纳米棒。再加入拉曼分子合成双层金，再经过4-MPBA的乙醇溶液修饰，得到所需的Au@AuNRs(DTNB)颗粒。此类双层纳米棒具有很明显的核壳结构，且含有均匀的纳米间隙。同时将制备的Au@Au NRs(DTNB)整理到数码绣花机绣制的图案上，随后利用纱线传导待测体液进入检测区域并进行SERS增强，以此对待测汗液进行物质的检测与含量的确定。本发明为未来柔性可穿戴传感器在人体生物标记物监测和医疗健康监测等领域的广泛应用提供了研究思路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
(1)双层金纳米棒的制备：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、H2O、氯金酸(HAuCl4)在15mL的离心管中混合后，加入新鲜制备的硼氢化钠(NaBH4)，锡纸包裹避光放置，得到晶种溶液。在250mL烧杯中依次加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯金酸(HAuCl4)、硝酸银(AgNO3)、硫酸(H2SO4)混合后溶液呈亮黄色，加入还原剂抗坏血酸(L-AA)溶液变为无色，得到生长溶液。在制备好的生长溶液中加入一定量的晶种溶液，水浴30℃放置，得到金纳米棒溶液。将制备的金纳米棒溶液在10000rpm离心15min，再水洗一次，避光冷藏保存，取制备好的AuNRs，离心条件水洗，再重新分散到30mL的蒸馏水中。取2mL上述重新分散好的AuNRs溶液，加入拉曼分子并磁力搅拌，将其离心浓缩至1mL。取1mL浓缩液于棕色螺口瓶，加入CTAB溶液，然后超声处理条件下加PVP溶液。随后加入AgNO3溶液，L-AA溶液和NaOH溶液。将上述混合物温育后，加入HAuCl4溶液，加热至100℃并保持一定的时间。将制备好的溶液与4-巯基苯硼酸(4-MPBA)溶液混合处理后，高速分散离心机中离心，水洗两次，保存于冰箱；
(2)绑带的制备：数码绣花机按照设计好的图案在染色后的绑带上进行绣制；
(3)封层的制备：取固化剂和基本组分溶液混合，搅拌后倒入容器中并用真空烘箱除去气泡，放入烘箱中进行固化；
(4)汗液传感绑带的制备：将上述步骤(1)中的带有拉曼分子的双层金纳米棒处理到上述步骤(2)中的绣制完成的图案上，在图案的一端连接纱线，使用上述步骤(3)中的封层进行封装后得到汗液传感绑带。
作为优选，步骤(1)中所述在离心管中加入CTAB溶液的体积为1-10mL，浓度为0.1-1M，加入的水的体积为1-5mL，加入的HAuCl4溶液的体积为0.1-0.5mL，浓度为5-50mM，加入的新配置的NaBH4冷水溶液的体积为0.1-1mL，浓度为1-10mM，室温下避光保存的时间为1-12h。向烧杯中加入CTAB溶液的体积为50-200mL，浓度为0.1-1M，加入的HAuCl4溶液的体积为1-10mL，浓度为10-50mM，充分混合后依次加入AgNO3溶液的体积为0.1-1mL，浓度为1-10mM，加入的H2SO4溶液的体积为0.1-10mL，浓度为0.1-1M，最后加入抗环血酸(L-AA)的体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1M。种子溶液的体积为100-500μL，30℃水浴条件下避光保存的时间为10-24h，将制备好的金纳米棒溶液在转速为5000-15000rpm/min的高速分散离心机中离心，时间为10-20min。AuNRs溶液，加入拉曼分子为5，5’-二硫代双(2-硝基苯甲酸)，DTNB)，体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1mM，磁力搅拌的时间为1-10h，将其离心浓缩的体积为1-10mL，取浓缩液于棕色容量瓶中加入CTAB溶液的体积为0.5-1mL，浓度为10-100mM，超声处理条件下加入PVP溶液的体积为1-10mL，体积百分数为1-10％，随后加入AgNO3溶液的体积为0.5-1mL，浓度为1-10mM，加入的L-AA溶液的体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1M，NaOH溶液的体积为0.1-2mL，浓度为0.1-1M。将上述混合物温育1-5h后，加入HAuCl4溶液的体积为0.1-5mL，浓度为1-10mM，加热至100℃并保持的时间为10-30min。将制备好的溶液加入4-MPBA溶液，体积为1-10mL，浓度为1-10mM，得到的混合物于5000-10000rpm/min高速分散离心机中离心，离心时间为5-10min；
作为优选，步骤(2)中所述用于纯棉白色绑带的染色时间为0.5-5h，染色温度为50-100℃；
作为优选，步骤(3)中所述用于封层的固化剂和基本组分溶液的比例为1∶5-1∶15，烘箱的温度为50-100℃，混合液放入烘箱中的固化的时间为1-5h；
作为优选，步骤(4)中纱线处理的温度为50-100℃，纱线处理的时间为5-30s。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)制备了具有纳米缝隙的双层金纳米棒。双层金纳米棒结构表现出较强的拉曼信号，进一步提高检测性能。双层金纳米棒结构不仅为高定量分析提供了另一种高性能SERS平台，也为促进痕量分子检测提供了另一种策略；
(2)本发明制备的传感绑带基于SERS法，可以对健康人汗液中电解质和代谢物(如乳酸和葡萄糖浓度)以及身体不同部位的局部汗液损失进行取样和监测；
(3)本发明制得的传感绑带是基于织物和纱线原有的柔软性和可穿戴性，通过传统的纺织加工方法设计而成的，它提供了一种制作简单、适用性和可用性良好的可穿戴式汗液监测传感平台，将为疾病的即时诊断和健康状况监测提供一种潜在的战略；
(4)本发明制备的传感设备具备定量检测汗液中的多种生物标志物方面的能力和可用性，表明了开发具有与传统测量方法类似性能的可行的非侵入性生物传感器的巨大潜力。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明及解释，并不限于本发明的范围。其中：
图1：为本发明中实施例1的结果图。
图2：为本发明中实施例2的结果图。
图3：为本发明中实施例3的结果图。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例1：将所制得的双层金纳米棒溶液滴加到铜网上，自然风干后将铜网放入透射电子显微镜下观察制备的双层金纳米棒的形貌特征。如图1所示，双层金纳米棒在透射电子显微镜下可以观察到明显的双层结构。
实施例2：在Brother数码绣花机上利用辅助软件PE-DESIGN NEXT进行图案设计和绣制。如图2所示，在Brother数码绣花机上进行图案绣制。
实施例3：腕带可以安装在人体的多个位置，例如头部、手臂和手腕。可穿戴汗液传感绑带对人体运动过程中的汗液生物标志物进行监测。如图3所示，该汗液传感绑带与人体的手臂部位结合，实现对人体汗液中葡萄糖、乳酸以及汗液损失量的监测。
Claims (5)
1.一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，包括以下步骤：
(1)双层金纳米棒的制备：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、H2O、氯金酸(HAuCl4)在15mL的离心管中混合后，加入新鲜制备的硼氢化钠(NaBH4)，锡纸包裹避光放置，得到晶种溶液。在250mL烧杯中依次加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯金酸(HAuCl4)、硝酸银(AgNO3)、硫酸(H2SO4)混合后溶液呈亮黄色，加入还原剂抗坏血酸(L-AA)溶液变为无色，得到生长溶液。在制备好的生长溶液中加入一定量的晶种溶液，水浴30℃放置，得到金纳米棒溶液。将制备好的金纳米棒溶液在10000rpm离心15min，再水洗一次，避光冷藏保存，取制备好的AuNRs，离心条件水洗，再重新分散到30mL的蒸馏水中。取2mL上述重新分散好的AuNRs溶液，加入拉曼分子并磁力搅拌，将其离心浓缩至1mL。取1mL浓缩液于棕色螺口瓶，加入CTAB溶液，然后超声处理条件下加PVP溶液。随后加入AgNO3溶液，L-AA溶液和NaOH溶液。将上述混合物温育后，加入HAuCl4溶液，加热至100℃并保持一定的时间。将制备好的溶液与4-巯基苯硼酸(4-MPBA)溶液混合处理后，高速分散离心机中离心，水洗两次，保存于冰箱；
(2)绑带的制备：数码绣花机按照设计好的图案在染色后的绑带上进行绣制；
(3)封层的制备：取固化剂和基本组分溶液混合，搅拌后倒入容器中并用真空烘箱除去气泡，放入烘箱中进行固化；
(4)汗液传感绑带的制备：将上述步骤(1)中的带有拉曼分子的双层金纳米棒处理到上述步骤(2)中的绣制完成的图案上，在图案的一端连接纱线，使用上述步骤(3)中的封层进行封装后得到汗液传感绑带。
2.根据权利要求1所述一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中所述在离心管中加入CTAB溶液的体积为1-10mL，浓度为0.1-1M，加入的水的体积为1-5mL，加入的HAuCl4溶液的体积为0.1-0.5mL，浓度为5-50mM，加入的新配置的NaBH4冷水溶液的体积为0.1-1mL，浓度为1-10mM，室温下避光保存的时间为1-12h。向烧杯中加入CTAB溶液的体积为50-200mL，浓度为0.1-1M，加入的HAuCl4溶液的体积为1-10mL，浓度为10-50mM，充分混合后依次加入AgNO3溶液的体积为0.1-1mL，浓度为1-10mM，加入的H2SO4溶液的体积为0.1-10mL，浓度为0.1-1M，最后加入抗环血酸(L-AA)的体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1M。种子溶液的体积为100-500μL，30℃水浴条件下避光保存的时间为10-24h，将制备好的金纳米棒溶液在转速为5000-15000rpm/min的高速分散离心机中离心，时间为10-20min。AuNRs溶液，加入拉曼分子为5，5’-二硫代双(2-硝基苯甲酸)，DTNB)，体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1mM，磁力搅拌的时间为1-10h，将其离心浓缩的体积为1-10mL，取浓缩液于棕色容量瓶中加入CTAB溶液的体积为0.5-1mL，浓度为10-100mM，超声处理条件下加入PVP溶液的体积为1-10mL，体积百分数为1-10％，随后加入AgNO3溶液的体积为0.5-1mL，浓度为1-10mM，加入的L-AA溶液的体积为0.1-1mL，浓度为0.1-1M，NaOH溶液的体积为0.1-2mL，浓度为0.1-1M。将上述混合物温育1-5h后，加入HAuCl4溶液的体积为0.1-5mL，浓度为1-10mM，加热至100℃并保持的时间为10-30min。将制备好的溶液加入4-MPBA溶液，体积为1-10mL，浓度为1-10mM，得到的混合物于5000-10000rpm/min高速分散离心机中离心，离心时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中所述用于纯棉白色绑带的染色时间为0.5-5h，染色温度为50-100℃。
4.根据权利要求1所述一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)中所述用于封层的固化剂和基本组分溶液的比例为1∶5-1∶15，烘箱的温度为50-100℃，混合液放入烘箱中的固化的时间为1-5h。
5.根据权利要求1所述一种基于SERS的汗液传感绑带的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中纱线处理的温度为50-100℃，纱线处理的时间为5-30s。
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