CN118033102A - 一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括：运用瞬时纳米沉淀技术，将金属前驱体和还原稳定剂的混合溶液作为1号流股，氢氧化钠溶液作为2号流股，将两股流液同时注入双通道射流混合器中，制备一系列金属纳米粒子。将单体、羧甲基纤维素、氯化镁、葡萄糖氧化酶、3,3',5,5'‑四甲基联苯胺溶解在金属纳米粒子溶液中，加入引发剂、交联剂和催化剂进行聚合反应，得到纳米酶水凝胶复合贴片，用于葡萄糖的比色检测。本发明制得的纳米酶水凝胶复合贴片在检测葡萄糖方面表现出较高的灵敏度和准确性，且该水凝胶力学性能优异，可适应人体高强度运动，同时具有良好的可重复粘附性、抗菌性及生物相容性。
Description
技术领域
本发明涉及葡萄糖检测技术领域，具体涉及一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片。
背景技术
葡萄糖是人体内不可或缺的能量来源，葡萄糖浓度也是监测人体健康的重要指标，葡萄糖水平异常会导致相关代谢疾病的发生，如果血糖过高会引起糖尿病、心脏病及神经损伤等疾病，如果血糖过低也会引起中风及心血管疾病等，其中糖尿病对人体健康有着巨大威胁，其典型特征是体内高水平的血糖浓度，因此，及时监测和控制血糖浓度处于正常水平是糖尿病治疗的主要目标。目前，一般通过分析血液中的葡萄糖浓度来监测血糖水平，然而，反复针刺会导致患者出现疼痛、伤口感染，因此，迫切需要无创无痛的检测方法。
另一方面，目前血糖的测定方法主要是酶法，天然酶具有稳定性差、失活快及固定化复杂等缺点，在使用过程中会受到制约；人工模拟酶，即纳米酶的开发为取代天然酶开辟了新的道路，纳米酶不仅有与天然酶相近的催化活性，而且具有稳定性高、成本低、易于大规模生产等优点。然而，无论是天然酶还是纳米酶，目前都只适用于溶液中，因为其在溶液中易于分散均匀，可以满足检测的要求。然而，采用溶液检测就需要采集测试者的血液或体液，无法实现在线检测。
因此，开发一种葡萄糖在线检测的产品，可以采用人体的汗液进行在线检测，显然具有广阔的应用前景和积极的现实意义。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，所述制备方法可以得到具有优异的催化性能、组织粘附性能、抗菌特性及力学性能的可撕拉凝胶贴片。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：使用封闭式撞击射流混合器，将还原稳定剂和金属前驱体溶液的混合溶液作为1号流股，将氢氧化钠溶液作为2号流股，将两股流液注射入双通道射流混合器的微小反应空腔中快速均匀混合，同时进行还原反应，制备得到金属纳米粒子溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的金属纳米粒子溶液中加入聚合单体、羧甲基纤维素、氯化镁、葡萄糖氧化酶，3,3',5,5'-四甲基联苯胺，搅拌溶解完全，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入引发剂、交联剂、催化剂进行聚合反应，得到具有双网络结构的水凝胶复合贴片；
其中，所述还原稳定剂、羧甲基纤维素、氯化镁的摩尔比为1:1～60:0.5～3；
所述水凝胶复合贴片中，金属纳米粒子和葡萄糖氧化酶的摩尔比为1:0.0002～0.0009；金属纳米粒子和葡萄糖氧化酶的总质量占水凝胶复合贴片的质量比为1:100～200。
优选地，所述步骤(1)中，还原稳定剂选自盐酸多巴胺(DA)、儿茶酚的一种，金属前驱体溶液选自硝酸银(AgNO3)、四氯金酸(HAuCl4)、醋酸铜[Cu(CH3COO)2]中的一种。
进一步优选地，所述步骤(1)中，还原稳定剂为盐酸多巴胺(DA)，金属前驱体溶液为硝酸银(AgNO3)。
优选地，所述步骤(1)中，还原稳定剂的浓度为0.8mM-4mM，金属前驱体溶液的浓度为0.3mM-2mM，氢氧化钠(NaOH)溶液浓度为10mM-30mM。
优选地，所述步骤(1)中，1号流股和2号流股的流速为5-50ml/min。
优选地，所述步骤(2)中，聚合单体选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、2-羟基乙基丙烯酸酯中的一种。
优选地，所述步骤(2)中，聚合单体的浓度为5wt％-20wt％，羧甲基纤维素(CMC)的浓度为0.25wt％-1wt％，氯化镁(MgCl2)的浓度为0.05wt％-0.2wt％，葡萄糖氧化酶(GOx)的浓度为0.1wt％-0.3wt％,3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的浓度为0.05wt％-0.25wt％。
优选地，所述步骤(3)中，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。
优选地，所述步骤(3)中，交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种。
优选地，所述步骤(3)中，催化剂选自三乙醇胺、四甲基乙二胺中的一种。
优选地，所述步骤(3)中，引发剂浓度为2wt％-10wt％，交联剂浓度为0.12wt％-0.48wt％，催化剂浓度为0.1wt％-0.5wt％。
优选地，所述步骤(3)中，聚合反应的温度为25℃-80℃，反应时间为1h-24h。
所述水凝胶复合贴片的拉伸强度为拉至原始的1500～2000％，粘结性为10～60千帕，厚度0.2-0.5厘米。
本发明的工作机理如下：负载在水凝胶贴片中的葡萄糖氧化酶(GOx)在含氧条件下可催化葡萄糖，将其分解葡萄糖酸和过氧化氢，生成的过氧化氢可立即被负载在水凝胶贴片中的金属纳米粒子(具有过氧化物酶活性)催化发生分解反应，生成羟基自由基，羟基自由基将水凝胶贴片中的TMB(一种新型安全的色原试剂)催化生成蓝色的oxTMB，蓝色oxTMB的产生就证明了葡萄糖的存在。通过将GOx和金属纳米粒子同时负载在水凝胶贴片中，使多步催化反应过程同时发生来实现葡萄糖的高效检测。
为了保证水凝胶复合贴片可以采用人体的汗液进行葡萄糖在线检测，必须要考虑水凝胶复合贴片的强度和粘附性。首先，水凝胶复合贴片的强度是通过调控金属纳米粒子溶液的浓度以及羧甲基纤维素与氯化镁按比例复合加强；金属纳米粒子与其他组分之间的超分子相互作用会使得水凝胶的内部作用力增强，提高交联度；羧甲基纤维素作为一种增强组分，是水凝胶的主要物理交联位点，其中的羧基可以与Mg2+形成金属配位作用，同时可以与纳米粒子表面的邻苯二酚基团形成氢键作用，增强了水凝胶的力学性能。其次，水凝胶复合贴片的粘附性则是通过调整还原稳定剂的浓度进行控制。还原稳定剂中的邻苯二酚基团具有特异性粘附作用，将含有邻苯二酚基团的物质引入水凝胶中，可以大大增强水凝胶对各表面的粘附性能。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
1、本发明开发了一种在线检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，可以利用人体汗液进行在线检测，直接贴在皮肤上即可实现在线检测，给人们提供了极大的方便；相比现有技术，本发明的产品无需另外取样，不仅使用方便，而且灵敏度高、稳定性好，具有极大的市场前景；
2、本发明制备的水凝胶复合贴片的水凝胶具有优异的粘附性能，直接贴在皮肤上，不易脱落；同时具有良好的力学性能，不会被压扁，具有良好的稳定性；
3、本发明采用的纳米酶(即葡萄糖氧化酶)固定在水凝胶网络中，具有优良的分散性，不仅保证了该水凝胶复合贴片对于葡萄糖检测具有优异的级联催化性能，而且具有类过氧化氢酶活性，还赋予水凝胶优异的抗菌性能；
4、本发明制备的金属纳米粒子，配合羧甲基纤维素和氯化镁，大大提高了水凝胶复合贴片的强度，使其满足实际使用需求；
5、本发明制备的水凝胶复合贴片稳定性高、成本低、易于大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的一些附图是本发明的一些实施方式，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为实施例1中银纳米粒子(PDA@Ag)的制备流程图；
图2为实施例1中水凝胶复合贴片制备的简易流程示意图；
图3为实施例1中水凝胶复合贴片在葡萄糖检测中的应用示意图；
图4为实施例2中水凝胶复合贴片的实物图；
图5为实施例1中水凝胶复合贴片冻干后的SEM图；
图6为实施例3中水凝胶复合贴片的拉伸性能图；
图7为实施例3中水凝胶复合贴片在不同基材上的粘附性能图；
图8为实施例4中水凝胶复合贴片的自愈合性能图；
图9为实施例5中水凝胶复合贴片在人体腕关节、手指关节处的粘附实物图；
图10为实施例1中银纳米粒子在H2O2和TMB存在下的紫外吸收图谱；
图11为对比例3中水凝胶复合贴片的葡萄糖级联催化过程的紫外吸收图。
其中，图6横坐标为应变，纵坐标为应力；图7横坐标从左至右分别为木板、铝板、猪皮、塑料，纵坐标为粘附力；图10横坐标为波长，纵坐标为吸光度；图11横坐标为波长，纵坐标为吸光度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见附图1、附图2、附图3、附图5与附图10，本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到聚多巴胺包覆的银纳米粒子(PDA@Ag)溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5g丙烯酰胺AAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例2
参见附图4，本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0045gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5gAAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例3
参见附图6与附图7，本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0075gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5gAAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例4
参见附图8，本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1gAAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.1g过硫酸钾、0.0012gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例5
参见附图9，本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入2gAAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.2g过硫酸钾、0.0024gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例6
本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5gAAm，0.0375gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
实施例7
本实施例提供了一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5gAAm，0.075gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
对比例1
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到PDA@Ag溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5gAAm，0.075gCMC，0.004gMgCl2，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
对比例2
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到聚多巴胺包覆的银纳米粒子(PDA@Ag)溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5g丙烯酰胺AAm，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
对比例3
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA和0.001gAgNO3加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到聚多巴胺包覆的银纳米粒子(PDA@Ag)溶液；
(2)向10mlPDA@Ag溶液中加入1.5g丙烯酰胺AAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
对比例4
(1)制备金属纳米粒子溶液：将0.0015gDA加入10ml水中，记为溶液1，将0.004gNaOH加入10ml水中，记为溶液2，取5ml溶液1作为1号流股，取5ml溶液2作为2号流股，将1号流股和2号流股以30ml/min的流速通过数控注射泵注入到双通道射流混合器中进行快速混合，同时进行反应，得到聚多巴胺(PDA)溶液；
(2)向10mlPDA溶液中加入1.5g丙烯酰胺AAm，0.05gCMC，0.004gMgCl2，0.003gGOx，0.005gTMB混合搅拌直至各组分全部完全溶解，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入0.15g过硫酸钾、0.0018gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min直至引发剂和交联剂完全溶解，然后向上述溶液中加入10μL四甲基乙二胺，搅拌混合均匀，将所得混合溶液倒入定制的聚四氟乙烯模具中，室温下反应2h，得到纳米酶水凝胶复合贴片。
表1：
表2：
| 检测项目 | 拉伸率(％) | 粘附强度(kPa) | 检测准确率(％) |
| 实施例1 | 1300 | 23 | 93 |
| 实施例2 | 1500 | 32 | 97 |
| 实施例3 | 1900 | 40 | 100 |
| 实施例4 | 1250 | 20 | 93 |
| 实施例5 | 1200 | 19 | 90 |
| 实施例6 | 1190 | 27 | 93 |
| 实施例7 | 1400 | 21 | 90 |
| 对比例1 | 1150 | 20 | 50 |
| 对比例2 | 900 | 19 | 67 |
| 对比例3 | 1000 | 20 | 50 |
| 对比例4 | 1090 | 21 | 50 |
由上表可见：经人体汗液在线检测显示，由实施例3与实施例1与实施例2可以得出：还原稳定剂的添加量会影响到检测结果，还原稳定剂添加量的提高会使粘附强度、拉伸率以及检测准确率都会相应提升；由实施例1与对比例1可得出：不添加GOx会影响检测效果，实施例1与对比例3可得出：不添加TMB仍会影响检测效果；实施例1与对比例4可得出：不添加金属纳米粒子仍会影响检测效果；实施例1与对比例2可得出：不添加羧甲基纤维素仍会影响检测效果；可见水凝胶复合贴片的性能是通过调控金属纳米粒子溶液的浓度以及羧甲基纤维素与氯化镁按比例复合加强，水凝胶复合贴片的性能越高检测效果也会更好。
下面对本发明的凝胶贴片的微观形貌、力学性能、粘附性能、自愈合性能表征、对葡萄糖的级联催化反应及检测准确率进行分析：
1、微观形貌
使用扫描电子显微镜凝胶贴片断面的微观结构，将样品置于液氮中冷冻15min,然后将冷冻样品进行脆断处理，在冷冻干燥机中冻干24h,将干燥样品的脆断面进行喷金处理，置于扫描电子显微镜下进行观察。
由附图5可知，所述凝胶贴片内部为多孔结构。
2、力学性能
制备得到的凝胶贴片样品的长宽厚为25×5×3mm，拉伸测试在万能试验机上进行，加载速率为100mm/min。每个样品测试3次，取平均值作为最终结果。
由附图6可知，所述凝胶贴片展示中优异的断裂应力和断裂伸长率，可以拉伸至原始长度的1900％，并展示出22.5kPa的断裂应力。PDA和CMC的引入显著增强了水凝胶的拉伸性能，使得水凝胶内部的可逆相互作用增强，以非共价键代替永久性交联，实现了高断裂伸长率。
3、粘附性能
使用猪皮、铝板、木板、塑料作为基材测试凝胶贴片的粘附强度。首先，将25×20mm的凝胶贴片样品粘在两块待测基底之间，再通过万能试验机将样品加载至破坏，加载速率为5mm/min。
由附图7可知，猪皮作为生物组织样品，测定凝胶贴片在猪皮上的粘附强度，可以达到40kPa，具有非常优异的粘附效果。这是因为水凝胶中含有大量的邻苯二酚基团，可以和皮肤组织中的各种基团发生相互作用。同时，凝胶贴片也表现出很好的表面适应性。
4、自愈合性能
用流变仪以交替的外加应变，测试水凝胶对外界作用的自修复能力，测试设置扫描频率为1Hz,温度为25℃。振幅振荡应变每作用1％的弱应变后，应变将突然增大至1000％的强应变，观察在强应变下被充分破坏的胶体当应变释放后的自我修复情况，此过程重复4次，通过流变仪记录其模量变化并分析。
由附图8可知，在1％应变下，G’明显大于G”，水凝胶结构稳定，当应变增加至1000％，G”高于G’，水凝胶表现为剪切稀化特性，网络结构得到完全破坏，而当释放1000％的外加应变后，G’回到原来的状态，重新表现为固体性质，该过程可重复多次，其交替应变扫描结果表明水凝胶具有良好的自修复性能。
5、葡萄糖比色检测
(1)银纳米粒子的类过氧化物酶活性
在H2O2存在条件下，选择TMB为过氧化物底物，检验水凝胶中的银纳米粒子的类过氧化物酶活性。
由附图10可知，当反应体系中只有H2O2和TMB，或者银纳米粒子和TMB存在下，在652nm为出现oxTMB的特征吸收峰，而在H2O2、TMB、银纳米粒子均存在的情况下，溶液颜色由无色变为蓝色，且在652nm处出现了明显的紫外特征吸收峰，证明银纳米粒子具有类过氧化物酶活性，可以将无色的TMB氧化为蓝色的oxTMB。
(2)水凝胶复合贴片对葡萄糖的级联催化反应
将负载有GOx和银纳米粒子的水凝胶样品悬浮液、TMB溶液和葡萄糖溶液混合，观察溶液颜色变化，并实时记录紫外吸收曲线。
由附图11可知，溶液由无色变为蓝色，说明了多步催化反应的发生，葡萄糖在GOx存在下生成了葡萄糖酸和过氧化氢，无色的TMB在过氧化氢和银纳米粒子的存在下，被氧化为蓝色的oxTMB，级联催化反应完成。且在10min和11min时，652nm处的吸收值保持不变，证明催化反应在10min内结束，所制备的复合凝胶贴片具有优异的催化效果，在葡萄糖检测方面具有良好的可靠性。
6、检测准确率测定
将不同实施例所制备的水凝胶贴片分别粘附在5名糖尿病患者和5名非糖尿病患者的手臂上，水凝胶贴片颜色发生变化即表明葡萄糖浓度超出正常水平，并进行每人3次、总共30次的测定，所测结果正确的次数占总次数的比例即为检测准确率。水凝胶贴片的粘附情况、体系中各组分的浓度均对检测结果有影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的7种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备金属纳米粒子溶液：使用封闭式撞击射流混合器，将还原稳定剂和金属前驱体溶液的混合溶液作为1号流股，将氢氧化钠溶液作为2号流股，将两股流液注射入双通道射流混合器的微小反应空腔中快速均匀混合，同时进行还原反应，制备得到金属纳米粒子溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的金属纳米粒子溶液中加入聚合单体、羧甲基纤维素、氯化镁、葡萄糖氧化酶、3,3',5,5'-四甲基联苯胺，搅拌溶解完全，得到混合溶液；
(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入引发剂、交联剂、催化剂进行聚合反应，得到具有双网络结构的水凝胶复合贴片；
其中，所述还原稳定剂、羧甲基纤维素、氯化镁的摩尔比为1:1～60:0.5～3；
所述水凝胶复合贴片中，金属纳米粒子和葡萄糖氧化酶的摩尔比为1:0.0002～0.0009；金属纳米粒子和葡萄糖氧化酶的总质量与水凝胶复合贴片的质量比为1:100～200。
2.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(1)中，还原稳定剂选自盐酸多巴胺、儿茶酚的一种，所述金属前驱体溶液选自硝酸银、四氯金酸、醋酸铜中的一种。
3.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(1)中，还原稳定剂的浓度为0.8mM-4mM，金属前驱体溶液的浓度为0.3mM-2mM，氢氧化钠溶液浓度为10mM-30mM。
4.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(1)中，1号流股和2号流股的流速为5-50ml/min。
5.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(2)中，聚合单体选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、2-羟基乙基丙烯酸酯中的一种。
6.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(2)中，聚合单体的浓度为5wt％-20wt％，羧甲基纤维素的浓度为0.25wt％-1wt％，氯化镁的浓度为0.05wt％-0.2wt％，葡萄糖氧化酶的浓度为0.1wt％-0.3wt％，3,3',5,5'-四甲基联苯胺的浓度为0.05wt％-0.25wt％。
7.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(3)中，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。
8.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(3)中，交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种。
9.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(3)中，催化剂选自三乙醇胺、四甲基乙二胺中的一种。
10.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(3)中，引发剂浓度为2wt％-10wt％，交联剂浓度为0.12wt％-0.48wt％，催化剂浓度为0.1wt％-0.5wt％。
11.如权利要求1所述的一种用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述步骤(3)中，聚合反应的温度为25℃-80℃，反应时间为1h-24h。
12.如权利要求1所述的用于检测葡萄糖的水凝胶复合贴片，其特征在于，所述水凝胶复合贴片的拉伸强度为拉至原始的1500～2000％，粘结性为10～60千帕，厚度0.2-0.5厘米。
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