一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法及其应用，属于生物医学领域。本发明专利技术的光子晶体水凝胶的制备方法包括如下步骤：将使用二氧化硅微球制备得到的光子晶体固定在两片玻片之间；将添加了葡萄糖响应性分子4

【技术实现步骤摘要】
一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于生物医学领域，具体涉及一种用于可视化血糖监测的光子晶体水凝胶的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]糖尿病是一种严重威胁人类健康安全的全球性慢性疾病，以高血糖水平为主要特征和诊断标准。糖尿病的病因主要是由于体内胰岛素分泌受损或胰岛素的生物功能受损，导致体内的血糖水平不能得到调节从而体现出较高的血糖水平。目前，全球已有超过5.37亿人被诊断患有一型或二型糖尿病，并且这个数字还在不断上升。对于糖尿病患者来说，对于血糖水平的监测是一项非常重要的工作，对病情的即时干预以及对并发症的预防都有很重要的意义。目前市面上的血糖监测手段主要是指尖采血的血糖检测仪。但是这种方式需要频繁的采集指尖血液，这不仅会导致大量的试纸消耗，加大患者的经济负担；这样侵入性较强的采血方式也会给患者带来极大的痛苦，会降低患者的依存性并存在感染的风险。因此，开发一种低成本、操作简单且无创微痛的葡萄糖检测方式具有很大的临床实用意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法及其应用。本专利技术的光子晶体水凝胶能够可视化的、可逆的、可重复使用的检测体液中的葡萄糖水平。
[0004]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0005]一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)利用辅助水平沉积法，将二氧化硅微球沉积在小块玻片上，制备得到的光子晶体，并将其固定在两片较大的载玻片之间。
[0007](2)将葡萄糖响应性水凝胶溶液注入到光子晶体的缝隙中，加热固化。所述的葡萄糖响应性水凝胶溶液为添加了葡萄糖响应性分子4
‑
(2
‑
丙烯酰胺乙基氨基甲酰基)
‑3‑
氟苯基硼酸(AFPBA)的P(AA
‑
Am)水凝胶溶液。所述的加热的温度为50
‑
70摄氏度，优选60摄氏度。
[0008](3)剥离载玻片，将取下的含有光子晶体和水凝胶的玻片一起浸泡在氢氟酸溶液中，使水凝胶和玻片分离，同时使水凝胶中的二氧化硅微球被刻蚀，得到具有周期性空隙的反蛋白石结构的光子晶体水凝胶，即所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶，其具有鲜明的结构色。
[0009]所述的制备方法中，可以通过调控二氧化硅微球的粒径来调控光子晶体水凝胶的结构色，加大二氧化硅微球的粒径，得到的光子晶体水凝胶的颜色会发生红移。
[0010]所述的辅助水平沉积法具体包括如下步骤：用PDMS单体与交联剂制备PDMS围栏，将其用O2等离子体处理得到PDMS亲水性围栏。将PDMS亲水性围栏和洁净的玻璃片贴合在一起，往围栏中加入SiO2微球的水分散液，水分蒸发后得到光子晶体。其中，水分蒸发优选在
35
‑
40摄氏度(优选37摄氏度)进行。
[0011]所述的P(AA
‑
Am)水凝胶溶液以水为溶剂，包含单体丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)、交联剂N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)、热引发剂过二硫酸钾(K2SO4)，该水凝胶体系具有良好的生物相容性。
[0012]所述的添加了葡萄糖响应性分子4
‑
(2
‑
丙烯酰胺乙基氨基甲酰基)
‑3‑
氟苯基硼酸(AFPBA)的P(AA
‑
Am)水凝胶溶液优选包含如下含量的组分：10％
‑
25％(v/v)丙烯酸单体，10％
‑
25％(w/v)丙烯酰胺单体，1
‰‑5‰
(w/v)过二硫酸钾，1
‰‑5‰
(w/v)N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺，5％
‑
20％(w/v)AFPBA，溶剂为水。更为优选地，其包含如下含量的组分：20％(v/v)丙烯酸单体，10％(w/v)丙烯酰胺单体，5
‰
(w/v)过二硫酸钾，3
‰
(w/v)N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺，10％(w/v)AFPBA，溶剂为水。
[0013]所述的氢氟酸溶液的浓度为10％
‑
49％(wt.)，优选为49％(wt.)。
[0014]一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶，通过上述制备方法得到。
[0015]本专利技术的光子晶体水凝胶实现可视化的功能是通过结合光子晶体的原理和结构实现的。光子晶体的周期性结构会使得特定波长的电磁波不能在其中传播从而被反射，从而使光子晶体具有特殊的结构色。当光子晶体的周期性结构发生变化时，不能通过光子晶体传播的电磁波波长也相应的发生变化，使得其结构色改变。基于这样的原理，当具有光子晶体结构的水凝胶的体积发生溶胀时，水凝胶的颜色会相应的发生变化，由此可以实现葡萄糖的可视化响应。
[0016]本专利技术在水凝胶体系中加入的葡萄糖响应性分子是AFPBA，AFPBA使水凝胶体系具有葡萄糖响应性的机理是：当AFPBA溶解在水中时，苯环上的硼酸集团部分电离从而带负电，从而与葡萄糖分子结构中的二羟基结构结合，因此葡萄糖浓度升高时，使电离平衡朝着电离的方向进行，更多的疏水不带电的PBA电离成亲水的带负电的PBA，从而使整个水凝胶网络发生溶胀，其颜色随之发生红移，体现出对葡萄糖良好的响应性；反之，当葡萄糖浓度降低时，AFPBA的水解反应逆向进行，从而使整个水凝胶溶液收缩，其颜色发生蓝移，达到葡萄糖水平可视化读出的目的。
[0017]所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶在血糖检测或制备血糖检测产品中的应用。
[0018]一种血糖检测产品，包含所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶。
[0019]所述的血糖检测为血糖水平的可视化检测。
[0020]本专利技术的优点和有益效果：本专利技术利用光子晶体的结构色和颜色变化的原理制备了具有鲜明结构色的光子晶体水凝胶，通过对二氧化硅粒径的调整实现对光子晶体水凝胶结构色的调控，利用葡萄糖响应性分子的电离平衡实现葡萄糖水平的可视化检测，同时该水凝胶具有良好的可逆性和生物相容性。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的光子晶体水凝胶的二维示意图。
[0022]图2是使用不同粒径的SiO2微球制备得到的光子晶体的形貌图，从左至右的红色、绿色、蓝色光子晶体，使用的SiO2微球的粒径分别为300nm、270nm、240nm。
[0023]图3是色相值示意图。
[0024]图4是蓝色光子晶体水凝胶在葡萄糖溶液中的可逆响应性变化，(a)蓝色光子晶体水凝胶的颜色，(b)蓝色光子晶体水凝胶的色相值。
[0025]图5是绿色光子晶体水凝胶在葡萄糖溶液中的可逆响应性变化，(a)绿色光子晶体水凝胶的颜色，(b)绿色光子晶体水凝胶的色相值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)利用辅助水平沉积法，将二氧化硅微球沉积在玻片上，制备得到的光子晶体，并将其固定在两片载玻片之间；(2)将葡萄糖响应性水凝胶溶液注入光子晶体的缝隙中，加热固化；所述的葡萄糖响应性水凝胶溶液为添加了葡萄糖响应性分子4
‑
(2
‑
丙烯酰胺乙基氨基甲酰基)
‑3‑
氟苯基硼酸的P(AA
‑
Am)水凝胶溶液；(3)剥离载玻片，将取下的光子晶体和水凝胶浸泡在氢氟酸溶液中使二氧化硅微球被刻蚀，得到光子晶体水凝胶。2.根据权利要求1所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的辅助水平沉积法包括如下步骤：用PDMS单体与交联剂制备PDMS围栏，将其用O2等离子体处理得到PDMS亲水性围栏；将PDMS亲水性围栏和玻璃片贴合在一起，往围栏中加入SiO2微球的水分散液，水分蒸发后得到光子晶体。3.根据权利要求1所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的P(AA
‑
Am)水凝胶溶液以水为溶剂，包含单体丙烯酸和丙烯酰胺、交联剂N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂过二硫酸钾。4.根据权利要求1所述的用于可视化血糖检测的光子晶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷祎凤，杨旭霞，王燕，朱博，吴悠，黄卓，
申请(专利权)人：武汉大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：