一种提高聚合物膜离子选择性电极在生物样品检测中稳定性和使用寿命的方法与流程

本发明涉及电化学传感器检测，具体地说是一种提高聚合物膜离子选择性电极在生物样品检测中稳定性和使用寿命的方法。

背景技术：

聚合物膜离子选择性电极是电化学传感器的一个重要分支，它的研究始于上世纪六十年代，其检测原理基于敏感膜的响应电位与分析物离子活度关系符合能斯特(nernst)方程。目前，此类电极已广泛应用于全血、血清、尿、组织、细胞内液及其稀释液中各种离子的直接测定，近年来受到人们的普遍关注。然而，研究发现：当将聚合物膜离子选择性电极长时间(如2小时以上)接触血液样品时，由于聚合物膜基体(如聚氯乙烯，pvc)缺乏生物相容性，这使得电极膜表面会发生血小板的大量吸附，此吸附会导致电极响应性能降低或丧失。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有分析技术的不足，提供一种提高聚合物膜离子选择性电极在生物样品检测中稳定性和使用寿命的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高聚合物膜离子选择性电极在生物样品检测中稳定性和使用寿命的方法，将聚合物膜离子选择性电极插入多巴胺溶液中，使聚合物膜离子选择性电极表面形成高亲水、高粘滞性的聚多巴胺涂层。

所述多巴胺溶液浓度范围为0.0001～60g/l，ph范围为7-14。

所述电极插入多巴胺溶液中1-48h。

所述聚合物膜离子选择性电极包括含有传导层的固体接触式聚合物膜离子选择性电极或含有内充液的液体接触式聚合物膜离子选择性电极；且，离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜。

所述敏感膜为将聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和离子交换剂按重量份数比为20-40：40-80：0.2-20：0.05-10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，在室温下自然挥发即可。

所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶或溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-npoe)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯；离子交换剂为四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠、二壬基萘磺酸或三(十二烷基)氯化铵。

所述聚合物膜离子选择性电极检测生物样品包括蛋白质或血细胞。

检测原理：聚合物膜离子选择性电极敏感膜一般是由聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和离子交换剂组成，作为敏感膜主体材料的聚合物基体材料(如pvc)一般具有较强的亲脂性，这使得待检测溶液中的亲脂性物质可以通过亲脂性吸附吸附到聚合物膜离子选择性电极敏感膜表面，并有部分进入敏感膜内，从而影响电极响应信号，使得检测电极检测结果不准确甚至导致检测性能丧失。例如，当聚合物膜离子选择性电极与血液样品长时间接触或将电极植入体内用于电解质长期监测时，血液中的血小板会吸附到电极表面并发生聚集从而形成血小板血栓现象，并进一步引起植入体内传感器附近的炎性反应。本发明将具有良好粘滞性的聚多巴胺涂层修饰到聚合物膜离子选择性电极敏感膜表面，极大提高电极表面的亲水性以减少对亲脂性生物物质的吸附，从而提高电极在生物样品检测中的稳定性和使用寿命。

本发明的优点在于：

1.传统聚合物膜离子选择性电极的聚合物敏感膜基体往往具有较高的亲脂性，使得电极在生物样品中检测时亲脂性物质易于吸附到电极膜表面，并进一步导致电极性能降低甚至丧失。本发明利用具有高亲水性的聚多巴胺涂层修饰聚合物膜离子选择性电极，极大提高了电极在生物样品检测中的稳定性及使用寿命。

2.本发明方法有利于电化学传感器的长期稳定使用，极大地节约了检测成本。

3.本发明建立了一套简便、快速且耐用的电化学传感器改善方法，可为电化学传感器特别是聚合物膜离子选择性电极进一步在临床化验、人体健康实时监测以及智能芯片研发等领域的应用奠定良好的基础。

4.本发明方法具有较好的普适性，本法可广泛适用于各类光、电化学传感器的性能改善，因此本发明将在传感器领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的聚多巴胺修饰的聚合物膜钙离子选择性电极示意图。

图2为本发明实施例提供的未修饰和聚多巴胺修饰的聚合物膜钙离子选择性电极的水接触角测试对比，其中图a为未修饰电极，图b为修饰电极。

图3为本发明实施例提供的未修饰和聚多巴胺修饰的聚合物膜钙离子选择性电极对不同浓度钙离子响应对比图，其中线a为未修饰电极，线b为修饰电极。

图4为本发明实施例提供的经过血浆浸泡后未修饰和聚多巴胺修饰的聚合物膜钙离子选择性电极对不同浓度钙离子响应对比图，其中线a为未修饰电极，线b为修饰电极。

图5为本发明实施例提供的经过血浆浸泡后未修饰和聚多巴胺修饰的聚合物膜钙离子选择性电极的表面形貌表征，其中图a为未修饰电极，图b为修饰电极。

具体实施方式

实施例1

本实施例以聚多巴胺涂层用于提高固体接触式聚合物膜钙离子的离子选择性电极为例。其具体步骤如下：

a.聚合物膜钙离子选择性电极的制备：pvc颗粒、邻-硝基苯辛醚、钙离子载体eth5234和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠的混合物共360mg，其中各组分含量分别为33wt％pvc颗粒、65.8wt％邻-硝基苯辛醚，0.8wt％钙离子载体和0.4wt％四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，移入到2.5ml四氢呋喃溶液中，超声、搅拌2h使之分散均匀。取90微升敏感膜溶液均匀涂敷于含传导层的玻碳电极表面，并在室温下自然挥发2h。电极在使用前以10^-3mcacl2活化一天。

b.聚多巴胺修饰的钙离子选择性电极的制备：将步骤a所得到的钙离子选择性电极插入到含有20mg/ml多巴胺的ph8.5的10mm的tris-hcl缓冲溶液中，聚合反应12h后采用去离子水清洗电极表面，清洗完毕后即得聚多巴胺修饰的钙离子选择性电极，修饰过程如图1所示。

c.修饰电极性能表征：将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别做接触角测试，得到两种电极的亲水性性能表征图2。由图2可以看出，聚多巴胺修饰的钙离子选择性电极亲水性显著增加，其中图a为未修饰电极，图b为修饰电极。

将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别测试对不同浓度钙离子的响应，结果如图3所示。由图3可以看出，多巴胺修饰后与修饰前电极响应基本不变，可以证明多巴胺修饰仅改变了电极敏感膜的亲水性而不影响其响应性能。

d.电极性能研究：取新采集血液在1800rpm转速下离心20min，取上清液即得血小板富集的血浆。将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别插入该血浆中浸泡2h后，取出电极采用去离子水冲洗电极，后测试电极对不同浓度钙离子响应，结果如图4所示。由图4可以看出，经血浆溶液浸泡后，多巴胺修饰的电极对钙离子仍然呈现出良好的响应，而未修饰电极响应变差，证明多巴胺修饰电极敏感膜表面有效改善了电极的性能。

进一步将浸泡过血浆的两种电极分别做扫描电化学显微镜表征，表征结果如图5所示。由图5可以看出，多巴胺修饰电极表面极大的减少了血浆中血小板的吸附，进一步证明了多巴胺修饰聚合物膜离子选择性电极可以有效改善电极的性能，进而提高在生物样品检测中的稳定性及使用寿命。

实施例2

本实施例以聚多巴胺涂层用于提高固体接触式聚合物膜钾离子的离子选择性电极为例。其具体步骤如下：

a.聚合物膜钾离子选择性电极的制备：pvc颗粒、邻-硝基苯辛醚、钾离子载体缬氨霉素和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠的混合物共360mg，其中各组分含量分别为33wt％pvc颗粒、65.8wt％邻-硝基苯辛醚，0.8wt％钾离子载体和0.4wt％四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，移入到2.5ml四氢呋喃溶液中，超声、搅拌2h使之分散均匀。取90微升敏感膜溶液均匀涂敷于含传导层的玻碳电极表面，并在室温下自然挥发2h。电极在使用前以10^-3mkcl活化一天。

b.聚多巴胺修饰的钾离子选择性电极的制备：将步骤a所得到的钾离子选择性电极插入到含有20mg/ml多巴胺的ph8.5的10mm的tris-hcl缓冲溶液中，聚合反应12h后采用去离子水清洗电极表面，清洗完毕后即得聚多巴胺修饰的钾离子选择性电极，修饰过程如图1所示。

c.修饰电极性能表征：将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别做接触角测试以及测试对不同浓度钾离子的响应。

d.电极的生物相容性研究：取新采集血液在1800rpm转速下离心20min，取上清液即得血小板富集的血浆。将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别插入该血浆中浸泡2h后，取出电极采用去离子水冲洗电极，后测试电极对不同浓度钾离子响应以及做扫描电化学显微镜表征。

实施例3

本实施例以本发明聚多巴胺涂层用于提高固体接触式聚合物膜钾离子的离子选择性电极为例。其具体步骤如下：

a.聚合物膜钾离子选择性电极的制备：橡胶、邻-硝基苯辛醚、钾离子载体缬氨霉素和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠的混合物共360mg，其中各组分含量分别为33wt％橡胶颗粒、65.8wt％邻-硝基苯辛醚，0.8wt％钾离子载体和0.4wt％四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，移入到2.5ml四氢呋喃溶液中，超声、搅拌2h使之分散均匀。取90微升敏感膜溶液均匀涂敷于含传导层的玻碳电极表面，并在室温下自然挥发2h。电极在使用前以10^-3mkcl活化一天。

b.聚多巴胺修饰的钾离子选择性电极的制备：将步骤a所得到的钾离子选择性电极插入到含有20mg/ml多巴胺的ph8.5的10mm的tris-hcl缓冲溶液中，聚合反应12h后采用去离子水清洗电极表面，清洗完毕后即得聚多巴胺修饰的钾离子选择性电极，修饰过程如图1所示。

c.修饰电极性能表征：将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别做接触角测试以及测试对不同浓度钾离子的响应。

d.电极的生物相容性研究：取新采集血液在1800rpm转速下离心20min，取上清液即得血小板富集的血浆。将步骤a所得到的电极与步骤b所得到的电极分别插入该血浆中浸泡2h后，取出电极采用去离子水冲洗电极，后测试电极对不同浓度钾离子响应以及做扫描电化学显微镜表征。

本实施例采用pvc作为电极基体材料，以橡胶作为基体材料获得离子选择性电极，可见本发明方法的普适性。