一种可后交联两亲性聚氨酯及其制备方法与其在葡萄糖传感器中的应用与流程

本技术涉及一种可后交联两亲性聚氨酯及其制备方法与其在葡萄糖传感器中的应用，属于葡萄糖检测。

背景技术：

1、随着社会的发展，人类患糖尿病的风险在逐年增加。据国际糖尿病联合会(idf)估计，预计在2045年，全球成年糖尿病患者数将增加48％，由4.25亿(2017年)增长至6.25亿。糖尿病已成为人类迫切需要共同面对和解决的全球性公共卫生问题。目前，糖尿病患者的临床治疗方法是每天数次测量手指扎取的血液中的血糖水平，然后注射胰岛素使血糖回到正常范围。但这种治疗方式对糖尿病患者餐后出现的高血糖以及夜间的低血糖事件难以做到较为精准的控制，因为患者需要依靠血糖水平的实时数据才能及时调整胰岛素注射剂量。这些缺陷加上重复刺指试验带来的疼痛，使得该方法对患者和医生都是不利的做法。在过去的几十年里，更复杂的植入式血糖追踪设备，如连续血糖监测仪(cgm)已经被开发出来。cgm可以连续捕捉血糖波动，因此能够完全跟踪一段时间内的血糖趋势。

2、目前，基于葡萄糖氧化酶催化葡萄糖发生氧化还原反应的电流型葡萄糖传感器，由于受限于葡萄糖氧化酶酶促反应米氏动力学控制，传感器响应电流无法正比于葡萄糖浓度，导致传感器所能检测血糖浓度范围极为有限。通常，传统葡萄糖氧化酶传感器对葡萄糖浓度的线性响应最大值约为2mmol/l左右，低于正常人体的血糖水平(3.9-6.l mmol/l)，更低于糖尿病患者的血糖水平，难以准确检测葡萄糖浓度。为克服这一缺点，本领域中通常在酶传感器传感层上方施加一层葡萄糖扩散限制膜层，此膜层通常为一些生物相容性高分子材料，基于孔流原理或化学选择性限制调节葡萄糖流量，使得实际在酶传感层反应的葡萄糖浓度控制线性区间，从而提高传感器的葡萄糖线性响应区间。换言之，此膜层的作用是将葡萄糖的消耗速率由酶传感层的酶促反应的动力学控制转变为膜层扩散控制。

3、美敦力公司cgm产品使用的外膜材料是一种聚脲聚氨酯聚合物，由二异氰酸酯、亲水性二醇或二胺、短链脂肪族二醇和硅氧烷聚合物共聚形成。涂膜时，将一定粘度的聚合物溶液涂在电极表面，待溶剂挥发后成膜。cgm产品在存储期内，聚氨酯易受环境影响而降解，造成cgm产品的稳定性下降。此外，普通的线性聚氨酯聚合物主链缺少反应活性位点，不能进行进一步的修饰，以提高电极的生物相容性，延长cgm产品的使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种可后交联两亲性聚氨酯及其制备方法与其在葡萄糖传感器中的应用，该可后交联两亲性聚氨酯采用含有反应活性基团的扩链剂与前驱体反应，得到可后交联两亲性聚氨酯，该可后交联两亲性为线性聚合物，扩链剂的硬段部分含有反应活性基团，可在交联剂的作用下形成交联网状结构的聚氨酯；该可后交联两亲性聚氨酯涂膜后经辐照交联或与交联剂作用在电极表面原位交联而得到交联网状结构的聚氨酯葡萄糖限制膜，进一步提高了其力学性能和硬度，且聚氨酯葡萄糖限制膜的力学强度和硬度可以通过交联密度来调控。交联结构的聚氨酯的分子量可被认为是无穷大，解决了线性聚氨酯葡萄糖限制膜在存储期内或使用过程中降解或相结构发生转变导致的cgm产品性能下降的问题，此外，该后交联两亲性聚氨酯交联后表面仍会残留一些未反应的活性位点，为聚氨酯膜表面的进一步的修饰，在其表面修饰一层抗污层，以提高电极的生物相容性，延长cgm产品的使用寿命打下基础。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种可后交联两亲性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

3、将亲水链低聚物、疏水链低聚物、聚二甲基硅氧烷低聚物与二异氰酸酯反应后得到前驱体；将所述前驱体与含有反应活性基团的扩链剂反应进一步扩链，得到所述可后交联两亲性聚氨酯。

4、可选地，所述含有反应活性基团的扩链剂包括以下结构式：

5、

6、其中r1为0至5个亚甲基基团，r2为h原子或0至5个的烷基，r3含有反应活性基团的烯丙基、羧基、吡啶、咪唑或环氧基团。

7、可选地，所述扩链剂选自三羟甲基丙烷烯丙基醚、烯丙基甘油醚、三羟甲基丙烷单缩水甘油醚、丙三醇单缩水甘油醚、n,n-双(2-羟乙基)异烟酰胺、咪唑二醇、2,2-双(羟甲基)丙酸和2,2-双(羟甲基)丁酸的至少一种；

8、优选的，所述扩链剂为烯丙基甘油醚。所述烯丙基甘油醚价格低廉。

9、可选地，所述聚二甲基硅氧烷低聚物包括双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷和/或双羟基封端的聚二甲基硅氧烷中；和/或

10、所述亲水链低聚物包括聚乙二醇、聚醚胺、丙二醇-乙二醇共聚物和两性离子化合物的至少一种；和/或

11、所述疏水链低聚物包括聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃醚和聚丙二醇的至少一种；和/或

12、所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种；

13、优选的，所述聚二甲基硅氧烷低聚物为双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物，所述亲水链低聚物为聚醚胺，所述疏水链低聚物为聚碳酸酯二醇，所述二异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯。

14、进一步的，所述聚醚胺的反应活性更高；所述聚碳酸酯二醇能提高聚氨酯的热稳定性和力学性能；所述双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物反应活性高；所述二环己基甲烷二异氰酸酯有合适的反应活性，且合成的聚氨酯不易黄变。

15、可选地，加入二异氰酸酯前，升温至50～60℃，加入二异氰酸酯，反应6～10h；加入含有反应活性基团的扩链剂后，反应8～12h；

16、优选的，加入二异氰酸酯前，升温至55℃，加入二异氰酸酯，反应8h；加入含有反应活性基团的扩链剂后，反应10h。

17、根据本技术的另一方面，本技术还提供了上述制备方法制备的可后交联两亲性聚氨酯。

18、根据本技术的又一方面，本技术还提供了一种聚氨酯葡萄糖限制膜，所述聚氨酯葡萄糖限制膜由上述可后交联两亲性聚氨酯加入交联剂交联或辐照交联原位交联而得。

19、进一步的，所述交联剂与所述可后交联两亲性聚氨酯的质量比为1：50～1：1000。

20、进一步的，将上述可后交联两亲性聚氨酯涂布至电极酶层表面，经交联剂交联或辐照交联得到，所述涂布包括旋涂、滚涂、刮涂和浸涂中的一种。

21、进一步的，所述可后交联两亲性聚氨酯溶于溶剂四氢呋喃后，加入交联剂，混合均匀后涂布在电极酶层表面，在溶剂挥发的过程中交联剂与聚氨酯交联，形成所述聚氨酯葡萄糖限制膜。

22、可选地，所述交联剂包括乙二硫醇、二硫苏糖醇、三羟甲基丙烷三巯基乙酸酯、聚乙二醇二巯基丙酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二胺、聚乙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三[3-(氮杂环丙烷-1-基)丙酸酯中的至少一种；优选的，所述交联剂为聚乙二醇二巯基丙酸酯；和/或

23、所述辐照交联的辐照源包括电子束。

24、进一步的，所述交联剂为聚乙二醇二巯基丙酸酯；聚乙二醇二巯基丙酸酯作为交联剂，能够在比较温和的条件下通过“巯基-烯”点击反应将含有不饱和双键的两亲性线性聚氨酯交联，形成网状结构。

25、根据本技术的又一方面，本技术还提供了一种用于葡萄糖传感器的工作电极，所述工作电极上设有上述的聚氨酯葡萄糖限制膜。

26、进一步的，所述电极上还设有酶层，所述酶层包括葡萄糖氧化酶，所述酶层厚度为1-10μm，优选为3μm。

27、进一步的，所述聚氨酯葡萄糖限制膜的厚度为20-60μm，优选为30μm。

28、通过控制酶层和限制膜的厚度，可以避免酶层泄漏，同时控制葡萄糖渗透到电极酶层的通量，提高传感器的葡萄糖线性检测范围。

29、根据本技术的又一方面，本技术还提供了一种葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器包括上述工作电极。

30、本技术的有益效果包括但不限于：

31、1.根据本技术的可后交联两亲性聚氨酯及其制备方法，采用含有反应活性基团的扩链剂与前驱体反应，得到可后交联两亲性聚氨酯，该可后交联两亲性为线性聚合物，扩链剂的硬段部分含有反应活性基团，可在交联剂的作用下形成交联网状结构的聚氨酯；交联结构的聚氨酯的分子量可被认为是无穷大，解决了线性聚氨酯葡萄糖限制膜在存储期内或使用过程中降解或相结构发生转变导致的cgm产品性能下降的问题，此外，该后交联两亲性聚氨酯交联后表面仍会残留一些未反应的活性位点，为聚氨酯膜表面的进一步的修饰，以提高电极的生物相容性，延长cgm产品的使用寿命打下基础。

32、2.根据本技术提供的聚氨酯葡萄糖限制膜，工艺简单，反应条件温和，易于实现工业化生产；该可后交联两亲性聚氨酯涂膜后经辐照交联或与交联剂作用在电极表面原位交联而得到交联网状结构的聚氨酯葡萄糖限制膜，聚氨酯葡萄糖限制膜的力学强度和硬度可以通过交联密度来调控。交联结构的聚氨酯的分子量可被认为是无穷大，解决了聚氨酯在存储期内或使用过程中降解导致的cgm产品性能下降的问题。

33、3.根据本技术的用于葡萄糖传感器的工作电极，制备方法简单，聚氨酯葡萄糖限制膜与酶层、聚氨酯葡萄糖限制膜与电极基底之间的结合能力强，作为葡萄糖传感器的工作电极，线性响应能力强，检测结果精确，满足持续血糖监测系统的使用要求。