CN115746196A - 一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及高分子材料技术领域，尤其指一种异丙基甲基丙烯酰胺‑氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用。葡萄糖响应微凝胶主要由N‑异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMAAM)、4‑(2‑丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)‑3‑氟基苯硼酸(AmECFPBA)和交联剂通过沉淀聚合法制备获得。应用主要为微凝胶分散液应用于葡萄糖浓度的分析。本发明制备的糖敏微凝胶能够在生理条件下快速地响应糖浓度变化而收缩或溶胀，从而产生透过率或灰度值变化，可结合手机用于葡萄糖浓度的检测。本方法制备的微凝胶响应速度快、糖敏性能好、可重复多次使用并可结合手机进行快速检测。
Description
技术领域
本发明专利涉及高分子材料技术领域，尤其指一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用。
背景技术
糖尿病是一种严重危害人类健康的慢性疾病。病人需要每日多次地检测血糖水平，以确定胰岛素的输入剂量，因此开发快速、简单、低成本的血糖检测方式具有重要意义。
目前相对于具有宏观尺寸的块状凝胶，对葡萄糖浓度变化响应的微凝胶引起了广泛关注。只有几百个纳米的微凝胶能够更快地响应葡萄糖浓度的变化，从而减少响应的时间。异丙基丙烯酰胺是一种温敏性单体，由其形成的微凝胶具有体积相转变温度，高于这个温度时，微凝胶处于塌陷状态，而低于这个温度时凝胶为溶胀状态。
然而，纯的异丙基丙烯酰胺微凝胶既没有葡萄糖响应能力也不能在生理温度下响应，因此需要引入其他单体，使微凝胶能够在生理条件下对葡萄糖具有响应能力。
发明内容
(一)要解决的问题
为了解决背景技术中的问题，使微凝胶能够在生理条件下对葡萄糖具有响应能力。本发明公开了一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用。
(二)技术方案
本发明一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸(AmECFPBA)、N-异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMAAm)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、十二烷基硫酸钠(SDS)加入到圆底烧瓶中，加入超纯水，加热到70℃并通氩气1h；
S2：将过硫酸铵(APS)溶解到超纯水中，并通氩气5min；
S3：将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；
S4：反应结束后，聚合产物提纯后冻干备用。
作为优选的技术方案，S1步骤中加入的4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠和超纯水的量分别为50-150mg、277-831mg、7-22mg、0.9-2.6mg和28-84ml。
作为优选的技术方案，S2步骤中加入的硫酸铵、超纯水的量分别为13.6-41mg和0.7-2ml。
作为优选的技术方案，S4步骤中的提纯为去离子水透析7天或多次离心冲洗。
一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，包括以下步骤：
S1：取微凝胶分散在磷酸盐缓冲液或纯水中形成分散液；
S2：将血液样品进行离心后取血清；
S3：将血清和微凝胶分散液进行混合；
S4：5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
作为优选的技术方案，S1步骤中微凝胶和磷酸盐或纯水的量分别为1mg和5-15ml。
作为优选的技术方案，S3步骤中血清和微凝胶分散液的量为25-100μL和25-100μL。
作为优选的技术方案，S4步骤中灰度值通过手机APP进行快速获得。
作为优选的技术方案，S4步骤中标准曲线表现为葡萄糖浓度和灰度值之间的关系。
本发明的异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶制备方法简单，所得的微凝胶能够很好地在生理条件下响应。本发明相比于现有技术是使用了两种新的单体异丙基甲基丙烯酰胺和4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸(AmECFPBA)，从而实现了生理条件下的葡萄糖响应。由于AmECFPBA的酸度系数(pKa)比较低，在生理条件下有较多的AmECFPBA电离，而电离的AmECFPBA能够与葡萄糖稳定地结合，从而进一步使AmECFPBA更多地电离，使聚合物链的亲水性增加，使得微凝胶的体积相转变温度升高，从而溶胀。而溶胀后的微凝胶具有较低的折射指数，因此分散液的光透过率升高，灰度值下降，从而可以用于对葡萄糖浓度的检测。
(三)有益效果
本发明的有益效果在于：
1、本发明的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备路线简单可靠，4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸和异丙基甲基丙烯酰胺作为单体实现生理条件下的响应，糖敏性能好，响应速度快。
2、本发明的微凝胶在葡萄糖浓度检测中的应用方法，无需其他特殊预处理及特殊试剂，过程简单快速，结合手机即可完成，使用成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的制备过程的反应方程式；
图2是本发明微凝胶的电极图，微凝胶尺寸在150nm左右；
图3是本发明微凝胶的粒径随葡萄糖浓度的变化图；
图4是本发明微凝胶分散液在不同糖浓度和温度下灰度值变化；
图5是本发明微凝胶结合手机对葡萄糖浓度的测定示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用，做进一步说明。
如附图所示是一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法及其应用，制备方法包括以下步骤：
S1：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸(AmECFPBA)、N-异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMAAm)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、十二烷基硫酸钠(SDS)加入到圆底烧瓶中，加入超纯水，加热到70℃并通氩气1h；
S2：将过硫酸铵(APS)溶解到超纯水中，并通氩气5min；
S3：将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；
S4：反应结束后，聚合产物提纯后冻干备用。
进一步地，S1步骤中加入的4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠和超纯水的量分别为50-150mg、277-831mg、7-22mg、0.9-2.6mg和28-84ml，其中由N-异丙基甲基丙烯酰胺和4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸这两种单体提供生理条件下的响应能力。微凝胶的平均粒径可以在150-450nm范围内随葡萄糖浓度改变而产生变化。
进一步地，S2步骤中加入的硫酸铵、超纯水的量分别为13.6-41mg和0.7-2ml。
进一步地，S4步骤中的提纯为去离子水透析7天或多次离心冲洗。
进一步地，应用包括以下步骤：
S1：取微凝胶分散在磷酸盐缓冲液或纯水中形成分散液；
S2：将血液样品进行离心后取血清；
S3：将血清和微凝胶分散液进行混合；
S4：5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
进一步地，S1步骤中微凝胶和磷酸盐或纯水的量分别为1mg和5-15ml。
进一步地，S3步骤中血清和微凝胶分散液的量为25-100μL和25-100μL。
进一步地，S4步骤中灰度值通过手机APP进行快速获得。
进一步地，S4步骤中标准曲线表现为葡萄糖浓度和灰度值之间的关系。
本发明实施例如下：
实施例1：
微凝胶的制备：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸68.2mg、N-异丙基甲基丙烯酰胺378mg、N,N-亚甲基双丙烯酰胺10mg、十二烷基硫酸钠1.2mg加入到圆底烧瓶中，加入超纯水38ml，加热到70℃并通氩气1h；将过硫酸铵18.5mg溶解到超纯水1ml中，并通氩气5min；将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；反应结束后，聚合产物用去离子水透析7天并冻干备用。
微凝胶的应用：取微凝胶1mg分散在磷酸盐缓冲液10ml中形成分散液；将血液样品进行离心后取血清；将血清25μL和微凝胶分散液25μL进行混合；5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
实施例2：
微凝胶的制备：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸68.2mg、N-异丙基甲基丙烯酰胺378mg、N,N-亚甲基双丙烯酰胺10mg、十二烷基硫酸钠1.2mg加入到圆底烧瓶中，加入超纯水38ml，加热到70℃并通氩气1h；将过硫酸铵18.5mg溶解到超纯水1ml中，并通氩气5min；将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；反应结束后，聚合产物通过多次离心冲洗纯化后冻干备用。
微凝胶的应用：取微凝胶1mg分散在磷酸盐缓冲液10ml中形成分散液；将血液样品进行离心后取血清；将血清25μL和微凝胶分散液25μL进行混合；5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
实施例3：
微凝胶的制备：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸150mg、N-异丙基甲基丙烯酰胺378mg、N,N-亚甲基双丙烯酰胺10mg、十二烷基硫酸钠2.6mg加入到圆底烧瓶中，加入超纯水38ml，加热到70℃并通氩气1h；将过硫酸铵18.5mg溶解到超纯水1ml中，并通氩气5min；将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；反应结束后，聚合产物用去离子水透析7天并冻干备用。
微凝胶的应用：取微凝胶1mg分散在磷酸盐缓冲液10ml中形成分散液；将血液样品进行离心后取血清；将血清50μL和微凝胶分散液25μL进行混合；5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
实施例4：
微凝胶的制备：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸150mg、N-异丙基甲基丙烯酰胺378mg、N,N-亚甲基双丙烯酰胺10mg、十二烷基硫酸钠2.6mg加入到圆底烧瓶中，加入超纯水38ml，加热到70℃并通氩气1h；将过硫酸铵18.5mg溶解到超纯水1ml中，并通氩气5min；将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；反应结束后，聚合产物用去离子水透析7天并冻干备用。
微凝胶的应用：取微凝胶1mg分散在水10ml中形成分散液；将血液样品进行离心后取血清；将血清50μL和微凝胶分散液25μL进行混合；5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (9)
1.一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
S1：将4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸(AmECFPBA)、N-异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMAAm)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、十二烷基硫酸钠(SDS)加入到圆底烧瓶中，加入超纯水，加热到70℃并通氩气1h；
S2：将过硫酸铵(APS)溶解到超纯水中，并通氩气5min；
S3：将过硫酸铵溶液注射到圆底烧瓶中，持续加热搅拌8h；
S4：反应结束后，聚合产物提纯后冻干备用。
2.根据权利要求1所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中加入的4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰基)-3-氟基苯硼酸、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠和超纯水的量分别为50-150mg、277-831mg、7-22mg、0.9-2.6mg和28-84ml。
3.根据权利要求1所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中加入的硫酸铵、超纯水的量分别为13.6-41mg和0.7-2ml。
4.根据权利要求1所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中的提纯为去离子水透析7天或多次离心冲洗。
5.一种根据权利要求1-4所述异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，其特征在于：应用包括以下步骤：
S1：取微凝胶分散在磷酸盐缓冲液或纯水中形成分散液；
S2：将血液样品进行离心后取血清；
S3：将血清和微凝胶分散液进行混合；
S4：5min后用手机拍照，并分析图片的灰度值，用标准曲线确定糖浓度。
6.根据权利要求5所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，其特征在于：所述S1步骤中微凝胶和磷酸盐或纯水的量分别为1mg和5-15ml。
7.根据权利要求5所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，其特征在于：所述S3步骤中血清和微凝胶分散液的量为25-100μL和25-100μL。
8.根据权利要求5所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，其特征在于：所述S4步骤中灰度值通过手机APP进行快速获得。
9.根据权利要求5所述的一种异丙基甲基丙烯酰胺-氟基苯硼酸共聚葡萄糖响应微凝胶的应用，其特征在于：所述S4步骤中标准曲线表现为葡萄糖浓度和灰度值之间的关系。
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