超支化结构氧化还原聚合物、葡萄糖传感材料及其制备方法与应用与流程

本技术涉及超支化结构氧化还原聚合物、葡萄糖传感材料及其制备方法与应用，属于葡萄糖检测。

背景技术：

1、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、第二代cgm的工作原理是通过人工化学合成媒介体，实现葡萄糖氧化酶和电极之间的电子传递，即有线酶技术。电子媒介体通过一个长的柔性链接枝到水溶性的线性聚合物的侧链，具体技术详情如公开号为us6605200 b1的美国专利申请文件。葡萄糖氧化酶的氧化还原中心黄素腺嘌呤二核苷酸(fad)被一层较厚的绝缘层包裹，带有长柔性链的媒介体可以实现与fad的有效接触，将电子转移出来。并通过快速还原和快速氧化形成电子或空穴等载流子，通过自交换来传导电流。还原的媒介体与氧化的媒介体碰撞，还原的媒介体转移电子，或者氧化的媒介体转移空穴。尽管在理论上，电子或空穴也可以通过在固定位置的媒介体之间跳跃而传播，但在氧化还原水凝胶中很少见到固态物理的trap-trap跳变现象。长柔性链的媒介体转移电子速度比短链的媒介体快，这是因为长柔性链增大了被栓系的媒介体的位移幅度，显著增加接触碰撞频率。此外，专利申请号为cn200980139400.8的专利申请文件中，通过调整合成媒介体的配体合成了不同氧化还原电位的电子媒介体，这些电子媒介体氧化还原电位一般都是小于0.3v，提高了cgms的抗干扰能力。虽然人工合成媒介体实现葡萄糖氧化酶和电极之间进行的电子传递，但是氧气仍然会与葡萄糖氧化酶发生电子传递。所以氧气和人工合成媒介体会存在一个竞争关系。接枝在线性聚合物的侧链的电子媒介体往往通过相邻的电子媒介体的相互碰撞传递电子和空穴。但是线性聚合物往往存在链缠结的问题，电子媒介体局部浓度过高或过低，导致电子媒介体利用不充分。另外电子传递的效率也受限于电子媒介体只能相邻之间传递电子和空穴。所以，为了减少氧气的竞争干扰影响(氧效应)，在cn113521399 a、us6932894 b2等专利中，制备了一种生物相容性外膜来减少氧气向传感层的渗透，同时还要控制葡萄糖向传感层的通量。通过此外膜，减少了氧气的干扰。但是氧气作为一种溶解在体液里的小分子，仍然会在微溶涨的孔隙中随着水分子扩散到传感层，与电子媒介体竞争转移葡萄糖氧化酶的电子。

3、此外，在制备电极的过程中，需要将氧化还原聚合物(人工电子媒介体)、葡萄糖氧化酶溶液和交联剂混合后的稀溶液通过旋涂、点涂、浸涂或喷涂的方式在工作电极表面形成一层厚度约为5μm左右的酶膜层。这种加工方式需要混合溶液的粘度比较低。而传统的氧化还原聚合物是一种高分子量的线性聚合物，聚合物溶液的粘度随着分子量增大而急剧增大，限制了传统的高分子量的线性氧化还原聚合物的应用。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了超支化结构氧化还原聚合物、葡萄糖传感材料及其制备方法与应用，制备得到的超支化结构氧化还原聚合物为三维的球状结构，分子链不易缠结的特性，能够保证每个氧化还原配体都有充分的自由活动能力，能被充分利用，且能够相互之间自由活动碰撞，传递电子，增加了电子转移速率，克服了目前有线酶技术当中的氧效应问题；此外三维球状结构的超支化结构氧化还原聚合物的分子链不易缠结，使得相同分子量的情况下，其粘度较线性聚合物低，具有优异的流动性能和成膜性能，提高了制备电极批次之间灵敏度的一致性。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种超支化结构氧化还原聚合物的制备方法，包括以下步骤：使用环状二酸酐类化合物修饰端羟基超支化聚合物，得到端羧基超支化聚合物；将所述端羧基超支化聚合物与含有氨基官能团的氧化还原配体耦合，得到所述超支化结构氧化还原聚合物。

3、可选地，所述端羧基超支化聚合物与含有氨基官能团的氧化还原配体的重量比为10:1-1:1，优选为3：1。

4、可选地，所述含有氨基官能团的氧化还原配体为双齿氮杂环化合物和金属离子的配合物；

5、优选的，所述双齿氮杂环化合物为n,n′-二甲基-2,2′-联咪唑；所述金属离子为锇或者钌。

6、可选地，所述环状二酸酐类化合物包括马来酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、衣康酸酐和已二酸酐中的至少一种；优选的，所述环状二酸酐类化合物为戊二酸酐；和/或

7、所述端羟基超支化聚合物为端羟基超支化聚酯和/或端羟基超支化聚醚，优选为端羟基超支化聚酯。

8、根据本技术的另一方面，还提供了一种超支化结构氧化还原聚合物，所述超支化结构氧化还原聚合物采用上述制备方法制得。

9、根据本技术的另一方面，还提供了一种葡萄糖传感材料的制备方法，所述葡萄糖传感材料由上述超支化结构氧化还原聚合物的水溶液、葡萄糖氧化酶溶液、交联剂溶液共价交联反应得到。

10、可选地，所述共价交联反应的反应温度为20～50℃，反应时间为1～60h；

11、优选的，所述共价交联反应的反应温度为45℃，反应时间为48h。

12、可选地，所述超支化结构氧化还原聚合物的水溶液的浓度为1～20mg/ml、葡萄糖氧化酶溶液的浓度为1～10mg/ml、交联剂溶液的浓度为1～10mg/ml；所述超支化结构氧化还原聚合物、葡萄糖氧化酶、交联剂的质量比为1：(0.1-5)：(0.01-0.5)。

13、具体地，所述交联剂包括三羟甲基丙烷三[3-(氮杂环丙烷-1-基)丙酸酯。

14、根据本技术的又一方面，还提供了一种葡萄糖传感材料，所述葡萄糖传感材料采用上述的制备方法制得。

15、根据本技术的又一方面，还提供了上述葡萄糖传感材料在葡萄糖智能监控仪器和糖尿病管理仪器中的应用。

16、本技术的有益效果包括但不限于：

17、1.根据本技术的超支化结构氧化还原聚合物，超支化结构氧化还原聚合物为三维的球状结构，分子链不易缠结的特性，能够保证每个氧化还原配体都有充分的自由活动能力，能被充分利用，且能够相互之间自由活动碰撞，传递电子，增加了电子转移速率，克服了目前有线酶技术当中的氧效应问题。

18、2.根据本技术的超支化结构氧化还原聚合物，超支化结构氧化还原聚合物，有大量短支链存在，再加上是三维球状结构，分子链不易缠结，分子间的相互作用力小，因而粘度较低；而线性聚合物容易缠绕打结，分子间的作用力大，因此，相同分子量的情况下，超支化结构氧化还原聚合物的粘度较线性聚合物低，具有优异的流动性能和成膜性能,利于保证批量化生产的电极酶膜层大小和厚度的一致性,进而保证批量化生产的电极的灵敏度一致性。

19、3.根据本技术的超支化结构氧化还原聚合物，通过对端羧基超支化聚合物与含有氨基官能团的氧化还原配体的重量比进行限定，使得端羧基超支化聚合物中的羧基含量远远多于氧化还原配体中氨基的量，以保证每个氧化还原配体都能够充分反应到聚合物链上。

20、4.根据本技术提供的葡萄糖传感材料能够应用于葡萄糖智能监控仪器和糖尿病管理仪器中，以特异性检测葡萄糖，其稳定电流信号与葡萄糖浓度线性相关系数高，且能排除干扰物质对乙酰氨基酚、抗坏血酸对葡萄糖检测的影响，因此，本发明涉及的葡萄糖传感材料在葡萄糖智能检测上具有广泛的应用价值。