專利名稱：葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體及其應(yīng)用，屬于應(yīng)用化學(xué)及臨床
分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分子印跡聚合物(MIPs)是在印跡分子(模版分子)存在下，加入功能單體和交聯(lián) 劑聚合而成。聚合反應(yīng)后，將印跡分子洗脫下來(lái)便在聚合物的骨架上形成了一個(gè)同印跡分 子在官能團(tuán)，立體結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的分子識(shí)別位。已證實(shí)，MIPs對(duì)印跡分子的特異性識(shí)別能力 可同酶和抗體相媲美。光子晶體(PC)是具有連續(xù)和規(guī)則孔結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)凝膠。運(yùn)用 模板自組裝法可得到具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。PC的孔結(jié)構(gòu)對(duì)可見(jiàn)光的衍射服從布拉 格衍定律，因此我們可以從PC表面觀察到由其衍射平面的孔間距所決定的單一的結(jié)構(gòu)色。 特定環(huán)境下PC的孔間距同凝膠的溶脹率有關(guān)，而溶脹率則可通過(guò)凝膠合成中的配方設(shè)計(jì) 來(lái)精確調(diào)節(jié)，這便為我們提供了通過(guò)PC的化學(xué)組分設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控其在特定環(huán)境下所顯結(jié)構(gòu) 色的化學(xué)依據(jù)。目前已發(fā)現(xiàn)PC的結(jié)構(gòu)色可響應(yīng)溫度、pH、特定離子及葡萄糖濃度等變量，因 此PC在化學(xué)傳感器方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。光子晶體可以提供一個(gè)快速，簡(jiǎn)便的裸眼檢 測(cè)技術(shù)，目前需要解決的問(wèn)題是提高光子晶體的選擇性分子識(shí)別能力，雖然通過(guò)酶的固載， PC可以選擇性地識(shí)別目標(biāo)分子，但酶的高成本、低穩(wěn)定性限制了它在PC傳感器上的應(yīng)用。
作為時(shí)代進(jìn)步的副產(chǎn)物之一，糖尿病的患病率逐年增高，目前已經(jīng)成為一種嚴(yán)重 威脅人類健康的流行性疾病。血清葡萄糖檢測(cè)是臨床上最常用的生化指標(biāo)之一，但血糖 檢測(cè)需要抽血，也就是所謂"侵入式檢測(cè)"，化學(xué)及生物傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是"naked-eye detection"即"裸眼檢測(cè)"，光子晶體作為一種新型光學(xué)材料不僅為"裸眼檢測(cè)"提供了新 的可能性，還為臨床用生化傳感器的便攜，微型化和非侵入式檢測(cè)提供了可能性，因此在未 來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)光子晶體將成為傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本發(fā)明將分子印跡同光子晶體結(jié)合起來(lái)，發(fā)明了一種可用于葡萄糖實(shí)時(shí)、快速檢 測(cè)MIPC光學(xué)凝膠。MIPC兼有對(duì)葡萄糖分子特異性吸附和裸眼檢測(cè)的光學(xué)性能等多重性質(zhì)， 可用于糖尿病人家庭葡萄糖監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)葡萄糖的材料和方法，以解決傳統(tǒng)
方法成本高、步驟復(fù)雜、需侵入人體等問(wèn)題。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體，合成該晶體具體步驟如下
1)將石英片或蓋玻片在去離子水中超聲洗滌5分鐘，浸泡到體積比為7 : 3的濃 H2S04/H202混合溶液中10小時(shí)以上；再用去離子水清洗3次以上后吹干，作為基片備用。
2)將280-300nm的PMMA膠體小球，用去離子水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 % PMMA膠體 小球溶液，超聲分散0. 5小時(shí)以上；把第一步制備的親水化處理后的基片插入上述PMMA膠體小球溶液中，保證基片與溶液水平面垂直，在28-351:的恒溫條件、40% _60%相對(duì)恒定 濕度下靜置至液體揮發(fā)完畢，小球通過(guò)表面張力自組裝于基片上，獲得三維光子晶體模片。
3)將溶劑二甲基亞砜、模板葡萄糖、單體甲基丙烯酸羥乙酯和N-異丙基丙烯酰 胺，識(shí)別基4-乙烯基苯硼酸、交聯(lián)劑N，N-亞甲基二丙烯酰胺、引發(fā)劑偶氮二異庚腈按82
85:i:8 9:8 9:i i.2:i.5: o. 075的摩爾比混合，超聲溶解io分鐘以
上，再向混合液中充入氮?dú)?分鐘以上除氧氣，密封，得到分子印跡預(yù)聚合溶液。 4)將第三步制備的分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在第二步制備的三維光子晶體模片
邊緣，通過(guò)溶液的虹吸擴(kuò)散作用使其擴(kuò)散，當(dāng)分子印跡預(yù)聚合溶液布滿整個(gè)光子晶體模片
后，將膜片置于45-75t:溫度下恒溫?zé)峋?2小時(shí)以上。 5)將熱聚后的光子晶體模片置于丙酮中，搖床洗脫5小時(shí)以上，再將三維光子晶 體模片依次在濃度為4%的氨水、去離子水、pH = 4的鹽酸、去離子水中反復(fù)清洗3次以上， 去除葡萄糖印跡模板得到葡萄糖分子印跡光子晶體(MIPC)。 本發(fā)明合成的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體在測(cè)量葡萄糖溶液濃度的應(yīng)用如 下 1)配制濃度梯度葡萄糖緩沖溶液，將本發(fā)明合成的MIPC分別置于濃度梯度葡萄 糖緩沖溶液中，靜置3分鐘以上，通過(guò)光纖光譜儀分別對(duì)加入葡萄糖緩沖溶液的MIPC進(jìn)行 光學(xué)檢測(cè)，得出紅移量_葡萄糖濃度的標(biāo)準(zhǔn)變化曲線； 2)將本發(fā)明合成的MIPC加入到待測(cè)葡萄糖溶液中，通過(guò)光纖光譜儀對(duì)加入待測(cè) 葡萄糖溶液的MIPC進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，代入第一步得到的紅移量_葡萄糖濃度的標(biāo)準(zhǔn)變化曲 線，即可得到待測(cè)葡萄糖溶液的濃度。
有益效果 本發(fā)明將分子印跡技術(shù)(MIP)與光子晶體技術(shù)(PC)相結(jié)合，發(fā)展出分子印跡光子 晶體(MIPC)親技術(shù)，具備MIP與PC兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的葡萄糖分子印跡光子晶體對(duì) 葡萄糖對(duì)具有特異性的吸附性能，隨著葡萄糖吸附量的增加，反射波長(zhǎng)紅移量變大，紅移量 足夠大；可以不借助儀器，直接用肉眼觀察到光子晶體結(jié)構(gòu)色發(fā)生變化，達(dá)到了實(shí)時(shí)、快速、 方便檢測(cè)的目的。


圖1為實(shí)施例1中濃度梯度葡萄糖加入MIPC后得到的紅移量_葡萄糖濃度變化 曲線。
具體實(shí)施方式

實(shí)例1 本發(fā)明的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體的合成方法，具體步驟如下
1、將載玻片置于盛有100mL去離子水的燒杯中超聲洗滌5分鐘。另取一個(gè)250mL 的燒杯，加入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的H202和70mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃硫酸。將超聲洗滌 后的玻璃片輕輕放入已配好的混合溶液中，浸泡12個(gè)小時(shí)，將已做親水性處理的載玻片用 去離子水清洗3次。將清洗干凈的基片吹干，待用。 2、取280-300nm的PMMA膠體小球，用去離子水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，超聲分散0. 5h后倒入大培養(yǎng)皿中；將第一步制備的的親水化處理后的基片插入到上述PMMA膠體小 球溶液中，保證基片與溶液水平面垂直；在28t:，50X相對(duì)濕度下靜置至液體揮發(fā)完畢，隨 著溶劑的揮發(fā)，單分散的模板小球通過(guò)表面張力慢慢自組裝于基片上，獲得三維光子晶體 模片。 3、在15mL離心管中依次加入溶劑二甲基亞砜(DMSO) 535 y L，功能單體N-異丙 基丙烯酰胺(NIPA)O. 2264g(0.002mo1)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA) 2mL (0. 016mol)，識(shí)別 基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0. 0336g(0. 27mmol)，模板葡萄糖0. 0409g(0. 27mmol)，交聯(lián) 劑N， N-亞甲基二丙烯酰胺(BIS)0.0653g，引發(fā)劑偶氮二異庚腈(ABVN)0. 0085g，超聲溶解 lOmin，再向混合液中充入氮?dú)?min除氧氣，密封。 4、將第三步制備的分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在第二步制備的三維光子晶體模片 邊緣，通過(guò)溶液的虹吸擴(kuò)散作用使其擴(kuò)散，當(dāng)分子印跡預(yù)聚合溶液布滿整個(gè)光子晶體模片 后，將膜片置于6(TC溫度下恒溫?zé)峋?2小時(shí)。 5、將熱聚后的光子晶體模片置于丙酮中，搖床洗脫5小時(shí)以上，再將三維光子晶 體模片依次在濃度為4X的氨水、去離子水、pH = 4的鹽酸、去離子水中反復(fù)清洗3次，去除 葡萄糖印跡模板得到葡萄糖分子印跡光子晶體。
實(shí)例2 本發(fā)明的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體的合成方法，具體步驟如下
1、將載玻片置于盛有200mL去離子水的燒杯中超聲洗滌5分鐘。另取一個(gè)250mL 的燒杯，加入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的H202和70mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃硫酸。將超聲洗滌 后的玻璃片輕輕放入已配好的混合溶液中，浸泡15個(gè)小時(shí)，將已做親水性處理的載玻片用 去離子水清洗5次。將清洗干凈的基片吹干，待用。 2、取280-300nm的PMMA膠體小球，用去離子水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，超聲分散 lh后倒入大培養(yǎng)皿中；將第一步制備的的親水化處理后的基片插入到上述PMMA膠體小球 溶液中，保證基片與溶液水平面垂直；在3(TC，40^相對(duì)濕度下靜置至液體揮發(fā)完畢，隨著 溶劑的揮發(fā)，單分散的模板小球通過(guò)表面張力慢慢自組裝于基片上，獲得三維光子晶體模 片。 3、在15mL離心管中依次加入溶劑二甲基亞砜(DMSO) 535 y L，功能單體N-異丙 基丙烯酰胺(NIPA)O. 2264g(0.002mo1)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA) 2mL (0. 016mol)，識(shí)別 基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0. 0336g(0. 27mmol)，模板葡萄糖0. 0409g(0. 27mmol)，交聯(lián) 劑N， N-亞甲基二丙烯酰胺(BIS)0.0653g，引發(fā)劑偶氮二異庚腈(ABVN)0. 0085g，超聲溶解 lOmin，再向混合液中充入氮?dú)?min除氣，密封。 4、將第三步制備的分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在第二步制備的三維光子晶體模片 邊緣，通過(guò)溶液的虹吸擴(kuò)散作用使其擴(kuò)散，當(dāng)分子印跡預(yù)聚合溶液布滿整個(gè)光子晶體模片 后，將膜片置于5(TC溫度下恒溫?zé)峋?2小時(shí)。 5、將熱聚后的光子晶體模片置于丙酮中，搖床洗脫5小時(shí)以上，再將三維光子晶 體模片依次在濃度為4X的氨水、去離子水、pH = 4的鹽酸、去離子水中反復(fù)清洗4次，去除 葡萄糖印跡模板得到葡萄糖分子印跡光子晶體膜片。
實(shí)例3 本發(fā)明的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體的合成方法，具體步驟如下
1、將載玻片置于盛有120mL去離子水的燒杯中超聲洗滌IO分鐘。另取一個(gè)250mL 的燒杯，加入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的H202和70mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃硫酸。將超聲洗滌 后的玻璃片輕輕放入已配好的混合溶液中，浸泡13個(gè)小時(shí)，將已做親水性處理的載玻片用 去離子水清洗4次。將清洗干凈的基片吹干，待用。 2、取280-300nm的PMMA膠體小球，用去離子水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，超聲分散 0. 5h后倒入大培養(yǎng)皿中；將第一步制備的的親水化處理后的基片插入到上述PMMA膠體小 球溶液中，保證基片與溶液水平面垂直；在32t:，60X相對(duì)濕度下靜置至液體揮發(fā)完畢，隨 著溶劑的揮發(fā)，單分散的模板小球通過(guò)表面張力慢慢自組裝于基片上，獲得三維光子晶體 模片。 3、在15mL離心管中依次加入溶劑二甲基亞砜(DMSO) 535 y L，功能單體N-異丙 基丙烯酰胺(NIPA)O. 2264g(0.002mo1)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA) 2mL (0. 016mol)，識(shí)別 基4-乙烯基苯硼酸(4-VPBA)0. 0336g(0. 27mmol)，模板葡萄糖0. 0409g(0. 27mmol)，交聯(lián) 劑N， N-亞甲基二丙烯酰胺(BIS)O. 0653g，引發(fā)劑偶氮二異庚腈(ABVN)O. 0085g，超聲溶解 10min，再向混合液中充入氮?dú)?min除氣，密封。 4、將第三步制備的分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在第二步制備的三維光子晶體模片 邊緣，通過(guò)溶液的虹吸擴(kuò)散作用使其擴(kuò)散，當(dāng)分子印跡預(yù)聚合溶液布滿整個(gè)光子晶體模片 后，將膜片置于7(TC溫度下恒溫?zé)峋?0小時(shí)。 5、將熱聚后的光子晶體模片置于丙酮中，搖床洗脫8小時(shí)以上，再將三維光子晶 體模片依次在濃度為4X的氨水、去離子水、pH = 4的鹽酸、去離子水中反復(fù)清洗5次，去除 葡萄糖印跡模板得到葡萄糖分子印跡光子晶體膜片。 實(shí)施例1中合成的葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體，其具體應(yīng)用如下
1、在37。C恒溫水浴中恒溫10mL含150mM NaCl pH為9. 6的緩沖溶液，分別放入上 述方法合成的MIPC膜片，檢測(cè)其反射波長(zhǎng)。記錄后依次加入1. 8mg，9mg， 18mg， 27mg， 36mg 葡萄糖，即葡萄糖濃度分別為lmM， 5mM， 10mM， 15mM， 20mM。每加一次等待膜平衡后記錄其反 射波長(zhǎng)，得到紅移量-葡萄糖濃度變化曲線如圖1所示， 2、將上述方法合成的MIPC加入到待測(cè)葡萄糖溶液中，通過(guò)光纖光譜儀對(duì)加入待 測(cè)葡萄糖溶液的MIPC進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，代入第一步得到的紅移量_葡萄糖濃度的標(biāo)準(zhǔn)變化曲 線，即可得到待測(cè)葡萄糖溶液的濃度。
權(quán)利要求
葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體，其特征在于合成該晶體具體步驟如下1)將石英片或蓋玻片在去離子水中超聲洗滌5分鐘，浸泡到體積比為7∶3的濃H2SO4/H2O2混合溶液中10小時(shí)以上；再用去離子水清洗3次以上后吹干，作為基片備用；2)將280-300nm的PMMA膠體小球，用去離子水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％PMMA膠體小球溶液，超聲分散0.5小時(shí)以上；把第一步制備的親水化處理后的基片插入上述PMMA膠體小球溶液中，保證基片與溶液水平面垂直，在28-35℃的恒溫條件、40-60％相對(duì)恒定濕度下靜置至液體揮發(fā)完畢，小球通過(guò)表面張力自組裝于基片上，獲得三維光子晶體模片；3)將溶劑二甲基亞砜、模板葡萄糖、單體甲基丙烯酸羥乙酯和N-異丙基丙烯酰胺，識(shí)別基4-乙烯基苯硼酸、交聯(lián)劑N，N-亞甲基二丙烯酰胺、引發(fā)劑偶氮二異庚腈按82～85∶1∶8～9∶8～9∶1～1.2∶1.5∶0.075的摩爾比混合，超聲溶解10分鐘以上，再向混合液中充入氮?dú)?分鐘以上除氧氣，密封，得到分子印跡預(yù)聚合溶液；4)將第三步制備的分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在第二步制備的三維光子晶體模片邊緣，當(dāng)分子印跡預(yù)聚合溶液布滿整個(gè)光子晶體模片后，將膜片置于45-75℃溫度下恒溫?zé)峋?2小時(shí)以上；5)將熱聚后的光子晶體模片置于丙酮中，搖床洗脫5小時(shí)以上，再將三維光子晶體模片依次在濃度為4％的氨水、去離子水、pH＝4的鹽酸、去離子水中清洗3次以上，得到葡萄糖分子印跡光子晶體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種葡萄糖檢測(cè)用分子印跡光子晶體，屬于應(yīng)用化學(xué)及臨床分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法首先將親水化處理后的基片插入PMMA膠體小球溶液中，小球自組裝于基片上，獲得三維光子晶體模片；然后將分子印跡預(yù)聚合溶液滴加在三維光子晶體模片邊緣，再熱聚；最后清洗去除葡萄糖印跡模板得到葡萄糖分子印跡光子晶體膜片。本發(fā)明對(duì)葡萄糖對(duì)具有特異性的吸附性能，可直接觀察變化，達(dá)到了實(shí)時(shí)、快速、方便檢測(cè)的目的。
文檔編號(hào)G02B6/122GK101793996SQ200910243118
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉烽, 孟子暉, 段廷蕊, 王一飛, 薛飛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)