荧光水凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明涉及荧光水凝胶领域，具体而言，涉及一种荧光水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着城市化的快速发展，受不健康饮食习惯及生活方式的影响，近年来全球人体糖尿病的发病率快速上升。糖尿病是指人体无法使血糖浓度维持在正常的生理水平，其是由胰腺的胰岛素生产不足或者是人体细胞对产生的胰岛素感知降低而导致的健康问题。目前，糖尿病已经成为继心脑血管病、恶性肿瘤之后影响人类健康的第三大疾病。根据国际糖尿病联盟的统计数据，2019年全球成年糖尿病患者达到4.63亿人，患病率高达9.3％。其中，遗传因素及环境因素是人体患糖尿病的两个基本原因。环境因素则主要包含肥胖、运动量太少、热量摄取太多和暴饮暴食、吸烟和过量饮酒、超出承受能力的压力、罹患胰腺疾病等。环境因素和遗传因素长期共同的作用，最终导致了人体糖尿病的发生。

2、糖尿病虽是终身性疾病，但只要患者坚持长期的饮食治疗、运动治疗以及糖尿病检测，将血糖始终控制在正常水平，仍然可以拥有和正常人一样的高质量的生活及几乎不受影响的寿命长度。故而，血糖监测是对糖尿病患者的判定、治疗和护理过程的一个重要因素。

3、在现阶段血糖监测技术中，酶电极方法是主流的检测方法，其通过采用指尖穿刺采集血样的方式以准确分析血糖浓度。具体地，血样中的葡萄糖在试纸中葡萄糖氧化酶的催化作用下，可与氧气发生反应生产葡萄糖酸和过氧化氢，继而通过过氧化氢在电极表面分解产生的电子以反映血样中葡萄糖的含量。

4、然而，上述酶电极检测方法中存在以下弊端：一方面，酶活性不稳定且其与电极之间直接电子转移的难度较大，从而使得上述酶电极检测存在检测时长滞慢、电极制造成本较高及检测准确性较低等问题。这导致家用血糖检测普及率不如血压计，中国患者很少按照医嘱进行每天3次以上的血糖检测，实用性较差。另一方面，上述检测方法提供的血糖浓度信息是间歇性的，并不能表征血糖变化的趋势。而人体血糖受多个因素的综合作用，在不同的时间段波动较大。故而，对患者而言，如果采用上述酶电极检测法去监控糖尿病等与糖代谢相关疾病的患病情况，就需要极其频繁地检测不同时间段的血糖的浓度，便捷性较差。

5、因此，有必要提供一种新的葡萄糖检测方法以改善上述弊端，使其不仅具有葡萄糖响应迅速、灵敏、稳定且范围可调控的优点，还具有成本低、可进行连续血糖监测等优势。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种荧光水凝胶及其制备方法和应用，以解决现有技术中在采用酶电极方法进行血糖检测时存在的时长滞慢、成本高及无法连续监测等问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种荧光水凝胶的制备方法，制备方法包括：使包含有荧光探针分子、凝胶单体、长链交联剂及引发剂的分散液依次进行聚合反应、固化，得到荧光水凝胶；其中，长链交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯和/或聚丙二醇二丙烯酸酯；荧光探针分子具有式所示结构，r为荧光基团；凝胶单体为具有乙烯键的凝胶单体。

3、进一步地，制备方法包括：步骤s1，将荧光探针分子、凝胶单体、长链交联剂及水混合，形成第一分散体系；步骤s2，向第一分散体系中加入引发剂进行聚合反应，形成第二分散体系；步骤s3，在惰性气体氛围下，将第二分散体系进行固化，得到荧光水凝胶。

4、进一步地，长链交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯；优选聚乙二醇二丙烯酸酯的分子式(c3h3o).(c2h4o)n.(c3h3o2)中，n≥8。

5、进一步地，r为多环芳烃；进一步优选r为蒽、萘或菲；和/或，凝胶单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乙烯基吡啶或n-乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种；和/或，引发剂为过硫酸盐，更优选过硫酸盐为过硫酸钠和/或过硫酸胺。

6、进一步地，凝胶单体与荧光探针分子的质量比为1～100，优选为4～20；优选地，凝胶单体与长链交联剂的质量比为1～10；优选地，凝胶单体与水的质量比为0.05～0.4；优选地，引发剂的用量为凝胶单体质量的0.05～3％。

7、进一步地，步骤s1中，第一分散体系还包括短链交联剂；优选短链交联剂选自亚甲基双丙烯酰胺、n,n-乙二基双丙烯酰胺或n,n-丙二基双丙烯酰胺中的一种或多种；优选凝胶单体与短链交联剂的质量比为100～1000，更优选为300～350。

8、进一步地，聚合反应包括催化剂时，控制聚合反应温度为20～25℃，聚合反应时间为2～3h；或者，聚合反应不包括催化剂时，控制聚合反应温度为60～100℃，聚合反应时间为2～3h；优选地，催化剂为四甲基乙二胺和/或四乙基乙二胺；更优选催化剂的体积用量为水体积的0.1～1％。

9、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种荧光水凝胶，荧光水凝胶由前述的荧光水凝胶的制备方法制备得到。

10、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种前述的荧光水凝胶在荧光检测葡萄糖中的应用。

11、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种试剂盒，试剂盒包括前述的荧光水凝胶。

12、通过本发明上述制备方法，本领域技术人员在制备过程中通过控制原料间的用量比例或者长链交联剂的分子量，即可高效地改变葡萄糖响应范围，使其响应范围更宽，以满足人体基本检测需求(0～22mm)。且在该范围内，本发明上述荧光水凝胶均可迅速、灵敏且稳定地捕获葡萄糖分子，从而促使葡萄糖检测的响应速度得到了大幅度地提升，响应时间则更短。

技术特征：

1.一种荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：使包含有荧光探针分子、凝胶单体、长链交联剂及引发剂的分散液依次进行聚合反应、固化，得到所述荧光水凝胶；其中，

2.根据权利要求1所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

3.根据权利要求1或2所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述长链交联剂为所述聚乙二醇二丙烯酸酯；优选所述聚乙二醇二丙烯酸酯的分子式(c3h3o).(c2h4o)n.(c3h3o2)中，n≥8。

4.根据权利要求1所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述r为多环芳烃，优选所述r为蒽、萘或菲；

5.根据权利要求2所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述凝胶单体与所述荧光探针分子的质量比为1～100，优选为4～20；

6.根据权利要求2中任一项所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述第一分散体系还包括短链交联剂；

7.根据权利要求1至6中任一项所述的荧光水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚合反应包括催化剂时，控制聚合反应温度为20～25℃，聚合反应时间为2～3h；或者，所述聚合反应不包括催化剂时，控制聚合反应温度为60～100℃，聚合反应时间为2～3h；

8.一种荧光水凝胶，其特征在于，所述荧光水凝胶由权利要求1至7中任一项所述的荧光水凝胶的制备方法制备得到。

9.一种权利要求8所述的荧光水凝胶在荧光检测葡萄糖中的应用。

10.一种试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括权利要求8所述的荧光水凝胶。

技术总结
本发明提供了一种荧光水凝胶及其制备方法和应用。该制备方法包括：使包含有荧光探针分子、凝胶单体、长链交联剂及引发剂的分散液依次进行聚合反应、固化，得到荧光水凝胶；其中，长链交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯和/或聚丙二醇二丙烯酸酯。本领域技术人员在上述制备过程中通过控制原料间的用量比例或者长链交联剂的分子量，即可高效地改变葡萄糖响应范围，使其响应范围更宽，以满足人体基本检测需求(0～22mM)。且在该范围内，本发明上述荧光水凝胶均可迅速、灵敏且稳定地捕获葡萄糖分子，从而促使葡萄糖检测具有更快的响应速度及更短的响应时间。

技术研发人员：汪远,陆辉
受保护的技术使用者：南京微纳科技研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15