一种甲酸铜纳米材料的制备方法及应用

1.本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种甲酸铜纳米材料的制备方法及应用。


背景技术：

2.糖尿病是一种慢性代谢疾病，持续的高血糖可能导致患者其他代谢紊乱，更严重者可导致全身组织器官的损害及其功能障碍与衰竭。众所周知，血清中葡萄糖是临床生化检验中的重要指标，可以为糖尿病、高血压以及心脑血管系统等疾病的诊断、治疗用药、病情监测以及疾病预防等方面提供客观依据，但是糖尿病的常规检测是需要对患者进行穿刺采血，采血过程可能会有细菌感染，同时也可能会给糖尿病患者造成身体不适。除糖尿病诊断常规的血检之外，糖尿病患者的体液以及尿液中的葡萄糖含量也高于正常人；因此，为便于糖尿病患者能尽早有效检测体内葡萄糖含量，同时减少患者诊断时的风险。
3.目前，葡萄糖敏感型水凝胶的主要时由网状交联的高分子制备而成，其特点为易响应，检测灵敏度高；但是高分子水凝胶制备复杂，成本高，难以大量制备。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明制备了一种含甲酸铜纳米材料的水凝胶，用于人体体外的葡萄糖检测，其具有容易制备，尿液检测灵敏度高，粒径可调节，为糖尿病患者提供一种方便快捷的尿液检测方法。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种甲酸铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
7.1)向缓冲液中依次加入过氧化氢、甲酸铜溶液、胺溶液混合均匀，待其反应结束，得到甲酸铜纳米材料；
8.2)向步骤1)得到的胶体甲酸铜纳米材料中加入稳定剂，使其凝固为水凝胶。
9.进一步的，所述缓冲液选用磷酸盐缓冲液、乙酸根缓冲液、柠檬酸盐缓冲液及碳酸根缓冲液中的至少一种。
10.其中，磷酸盐缓冲液可选自磷酸钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸氢二钠-氢氧化钠等中的至少一种；乙酸缓冲液可选乙酸钠缓冲液；柠檬酸盐缓冲液可选自柠檬酸-氢氧化钠
‑ꢀ
盐酸缓冲液、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液等中的至少一种；碳酸盐缓冲液可选自碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、碳酸钠-氢氧化钠缓冲液等中的至少一种。
11.缓冲液可通过调节体系的ph来调节其反应速度，即溶液呈酸性时，体系的反应速度较慢；反之，则反应速度较快。
12.进一步的，所述的胺溶液可选用联苯胺、四甲基联苯胺溶液中的至少一种。
13.进一步的，步骤1)中反应温度为-5～45℃。优选为25℃，其中25℃反应最快。
14.进一步的，所述缓冲液的浓度为10
±
1mm；过氧化氢的浓度为100
±ꢀ
10mm；甲酸铜溶液的浓度为0.05～20mm；胺溶液的浓度为2
±
0.5mm；缓冲液、过氧化氢、甲酸铜、胺溶液的
体积配比为3：1：1：1。
15.甲酸铜溶液的浓度可调节该反应的产物一种甲酸铜纳米材料的粒径大小。
16.进一步的，所述稳定剂选用纤维素、石墨烯、海藻酸钠、聚乙烯醇、琼脂糖中的至少一种。稳定剂与步骤1)制得的胶体物质的体积比可为1～5： 8。
17.本发明还进一步提供了上述制备方法制得的含甲酸铜的纳米水凝胶材料的应用，所述含甲酸铜的纳米水凝胶材料可作为葡萄糖传感器，用于人体体外尿液葡萄糖的检测。
18.其中，含甲酸铜的纳米水凝胶材料进行葡萄糖检测的方法，包括以下步骤：
19.s1：将糖尿病患者尿液与葡萄糖氧化酶水溶液在37℃下孵育10min，将反应产物加入到甲酸铜纳米水凝胶中，使反应产物水凝胶中分散均匀后；
20.s2：加入胺溶液进行吸光度检测，观察显色效果。
21.进一步的，所述葡萄糖氧化酶水溶液的浓度为10
±
1mg/ml，所述糖尿病患者尿液与葡萄糖氧化酶水溶液的体积比为9：1；所述胺溶液的浓度为 2
±
0.5mm。
22.本发明提供的甲酸铜纳米材料可为糖尿病患者提供简单快捷的检测方法，利用糖尿病患者的尿液进行葡萄糖含量的检测，一方面减少患者在采血中带来的伤害，另一方面无需另外提供临床检测样品，仅需患者提供空腹时正常排出的尿液即可进行诊断。
23.本发明具有以下优点：
24.1)本发明制备甲酸铜纳米水凝胶所选用的原材料价格低廉，环境友好。
25.2)本发明提供的甲酸铜纳米水凝胶的制备方法简单快捷，可宏量制备。
26.3)本发明对糖尿病患者尿糖含量检测高效且迅速，在短时间内对不同尿液葡萄糖含量有清晰的色差且吸光度差别明显。
27.4)本发明操作简单，检测快速准确，只需将尿液滴加至水凝胶上观察待其颜色变化即可。
28.5)本发明采用体外尿液检测的方法，摒弃传统血检对患者造成的伤害，安全可靠。
附图说明
29.图1为甲酸铜纳米材料的制备流程图。
30.图2为甲酸铜纳米材料的光学照片。
31.图3为甲酸铜纳米材料的tem图。
32.图4为ph＝7时甲酸铜纳米材料的dls图。该胶体的水合粒径68～78 nm。
33.图5为甲酸铜纳米材料水凝胶合成配比光学图片。其中，9:1、8:2、6:4、 4:6、2:8、1:9表示稳定剂：甲酸铜纳米材料的体积配比。
34.图6为使用甲酸铜纳米材料进行葡萄糖检测的步骤流程图。
35.图7为甲酸铜纳米水凝胶检测过氧化氢的吸光度拟合直线。从图中可以看出，过氧化氢浓度越高吸光度越大。
36.图8为甲酸铜纳米水凝胶检测不同浓度的葡萄糖的吸光度拟合曲线。从图中可以看出，葡萄糖浓度越高吸光度越大。
37.图9为使用甲酸铜纳米检测糖尿病患者尿液与正常人尿液的光学照片。图中糖尿病患者的尿液显色呈清晰的蓝色，而正常人尿液呈检测物的底色。
38.图10为甲酸铜纳米水凝胶检测糖尿病患者尿液与正常人尿液的吸光度对比图。从
图中可以看出，糖尿病患者尿液因葡萄糖含量高而具有较高的吸光度，与正常人尿液的吸光度有明显的差别。
39.图11为甲酸铜纳米水凝胶检测葡萄糖的的选择性柱状图。从在图中可以看出，水凝胶对葡萄糖检测的选择性良好。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
41.参照附图1所示，本发明提供了一种甲酸铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
42.1)向缓冲液中依次加入过氧化氢(～100mm)、甲酸铜溶液 (0.05～20mm)、胺溶液(～2mmol)混合均匀，在-5～45℃下进行静置反应，待其反应结束，得到一种甲酸铜纳米材料；其中缓冲液可选用磷酸盐缓冲液、乙酸根缓冲液、柠檬酸盐缓冲液及碳酸根缓冲液中、的至少一种；胺溶液可选用联苯胺、四甲基联苯胺溶液中的中至少一种。
43.2)在步骤1)得到的胶体中加入稳定剂，使其凝固为水凝胶。其中，稳定剂可选用纤维素、石墨烯、海藻酸钠、聚乙烯脂、琼脂糖等中的至少一种。参照附图5，稳定剂与所述的胶体物质的体积比优选为1～5：8。
44.参照附图6所示，本实施例还提供了甲酸铜纳米材料进行葡萄糖检测的方法，包括以下步骤：
45.s1：将450μl糖尿病患者尿液或不同浓度的葡萄糖水溶液与50μl葡萄糖氧化酶水溶液(～10mg/ml)，在37℃下孵育10min，将反应产物加入到甲酸铜纳米水凝胶中，使反应产物水凝胶中分散均匀后；
46.s2：加入胺溶液(～2mm)进行吸光度检测，观察显色效果。
47.实施例1：
48.制备检测用的甲酸铜水凝胶，首先称取0.87磷酸钠溶于30ml去离子水中搅拌均匀，并使用乙酸(～1mm)和氢氧化钠(～1mm)将该溶液ph调至7；称取0.01g甲酸铜溶于10ml去离子水中搅拌均匀；称取0.04mg联苯胺 (～2mmol)溶于10ml无水乙醇中搅拌均匀。在ph＝7的磷酸钠溶液中依次加入10ml过氧化氢(～100mm)、10ml甲酸铜溶液以及10ml联苯胺乙醇溶液，在35℃下静置3h至反应结束，得到所述胶体。称取5g海藻酸钠溶于50ml去离子水中在搅拌均匀，然后与胶体按5：8的比例充分混合搅拌均匀，静置30min，凝固成含甲酸铜纳米材料的水凝胶。
49.实施例2：
50.检测用的甲酸铜水凝胶，首先称取0.64g乙酸钠溶于30ml去离子水中搅拌均匀，并使用乙酸(～1mm)和氢氧化钠(～1mm)将该溶液ph调至7；称取0.01g甲酸铜溶于10ml去离子水中搅拌均匀；称取0.04mg联苯胺 (～2mmol)溶于10ml无水乙醇中搅拌均匀。在ph＝7的乙酸钠溶液中依次加入10ml过氧化氢(～300mm)、10ml甲酸铜溶液以及10ml联苯胺乙醇溶液，在45℃下静置2h至反应结束，得到一种甲酸铜纳米材料。称取 50ml聚乙烯醇，然后与胶体按3：8的比例充分混合搅拌均匀，静置10min，凝固成含甲酸铜纳米材料的水凝胶。
51.实验例3：
52.检测用的甲酸铜水凝胶，首先称取0.64g乙酸钠钠溶于30ml去离子水中搅拌均匀，并使用乙酸(～1mm)和氢氧化钠(～1mm)将该溶液ph调至7；称取0.01g甲酸铜溶于10ml去离子水中搅拌均匀；称取0.04g四甲基联苯胺(～2mmol)溶于10ml无水乙醇中搅拌均匀。在ph＝7的乙酸钠溶液中依次加入10ml过氧化氢(～100mm)、10ml甲酸铜溶液以及10ml四甲基联苯胺乙醇溶液，在25℃下静置至反应结束。称取5g琼脂糖溶于50ml 去离子水中在搅拌均匀，然后与胶体按2：8的比例充分混合，100℃加热后搅拌均匀，静置20min，凝固成含甲酸铜纳米材料的水凝胶。制备所得的甲酸铜纳米材料的产物如图2所示，呈黄棕色胶体状，有明显的丁达尔效应。其水合粒径大小如图3-4所示，约为68nm。
53.实验例4：
54.检测用的甲酸铜水凝胶，首先称取0.64g乙酸钠钠溶于30ml去离子水中搅拌均匀，并使用乙酸(～1mm)和氢氧化钠(～1mm)将该溶液ph调至7；称取0.01g甲酸铜溶于10ml去离子水中搅拌均匀；称取0.04g四甲基联苯胺(～2mmol)溶于10ml无水乙醇中搅拌均匀。在ph＝7的乙酸钠溶液中依次加入10ml过氧化氢(～100mm)、10ml甲酸铜溶液以及10ml四甲基联苯胺乙醇溶液，在25℃下静置至反应结束。称取5g琼脂糖溶于50ml 去离子水中在搅拌均匀，然后与胶体按2：8的比例充分混合，100℃加热后搅拌均匀，静置20min，凝固成含甲酸铜纳米材料的水凝胶。
55.分别对实验例4制得的含甲酸铜纳米材料的水凝胶进行下述试验：
56.1)将50μl不同浓度的过氧化氢(0mm、0.01mm～0.1mm、0.01 mm～1mm、1mm～10mm)滴加至实验例4制备好的甲酸铜纳米水凝胶上，使过氧化氢在水凝胶上分散均匀后，再滴入50μl的tmb乙醇溶液，利用甲酸铜纳米材料的催化过氧化氢的特性氧化tmb，从而达到检测过氧化氢的效果，检测不同浓度的过氧化氢的吸光度如图7所示，随着过氧化氢浓度的增加，氧化tmb的能力越强，其吸光度越大，观察其显色效果也越明显。
57.2)将450μl葡萄糖水溶液(0mm、0.01mm、0.1mm、1mm～10mm) 与50μl葡萄糖氧化酶水溶液(10mg/ml)混合，于37℃下孵育10min，将反应产物滴至实验例4制备好的甲酸铜纳米水凝胶上；滴加50μl tmb乙醇溶液，静置待其显色，检测其吸光度如图8所示，葡萄糖浓度越高，其吸光度越大。
58.3)取5份450μl糖尿病患者尿液样品与葡萄糖氧化酶水溶液混合，5 份450μl正常人尿液与50μl葡萄糖氧化酶水溶液(10mg/ml)混合，同时置于37℃下孵育10min，将反应产物滴至实验例4制备好的甲酸铜纳米水凝胶上；滴加50μl tmb乙醇溶液，静置待其显色，显色结果如图9所示，可明显观察到糖尿病患者尿液样品显色为蓝色，正常人的尿液样品仍保持水凝胶底色；另外，检测其吸光度如图9所示，糖尿病患者尿液因葡萄糖含量高而具有较高的吸光度，与正常人尿液的吸光度有明显的差别，结果均在尿液滴至材料上50min内测得。
59.对不同葡萄糖含量的尿液进行检测，检测结果参照附图10所示，从图中可以看出，糖尿病患者尿液因葡萄糖含量高而具有较高的吸光度，与正常人尿液的吸光度有明显的差别。
60.4)取7份5mm 450μl果糖、乳糖、麦芽糖、抗坏血酸、葡萄糖溶液与50μl葡萄糖氧化酶水溶液(10mg/ml)混合，同时置于37℃下孵育10 min，将反应产物滴至实验例4制备好的
甲酸铜纳米水凝胶上；滴加50μltmb乙醇溶液，静置待其显色。测得其吸光度得结果如图11所示，从左到右依次是空白对照组、果糖、乳糖、麦芽糖、抗坏血酸多巴胺和葡萄糖溶液在相同浓度5mm时，葡萄糖的吸光度远高于对照组，表明甲酸铜纳米水材料对葡萄糖检测的选择性良好。
61.上列实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
62.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。