專利名稱：可抗生物污染的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有抗生物污染效能的高靈敏度電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電化學(xué)發(fā)光是由電化學(xué)反應(yīng)激發(fā)的化學(xué)發(fā)光，具有高靈敏度，可用于多種物質(zhì)的分析檢測(cè)。如果將這種高靈敏度的電化學(xué)發(fā)光材料固定到電極或光纖表面，則可以節(jié)約大量的昂貴試劑，簡(jiǎn)化操作和儀器結(jié)構(gòu)，有利于擴(kuò)大儀器的應(yīng)用范圍。
可以產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光的物質(zhì)有許多種，但是報(bào)道得最多的是釕的絡(luò)合物，如三聯(lián)吡啶釕及其衍生物。已有許多文獻(xiàn)報(bào)道了固定三聯(lián)吡啶釕的方法，如將三聯(lián)吡啶釕的衍生物制備成L-B膜和自組裝膜，將三聯(lián)吡啶釕固定到陽離子交換膜中。但是它們的穩(wěn)定性都不太好。在溶液中易流失。O.Dvorak and M.K.De Armond(J.Phys.Chem.1993，972646)首先用溶膠-凝膠法固定三聯(lián)吡啶釕；A.N.Khramov等(Anal.Chem.2000，7232943)將三聯(lián)吡啶釕通過離子交換法固定到Nafion-二氧化硅復(fù)合膜中，所得的修飾電極，其靈敏度和穩(wěn)定性較純Nafion膜有了較大的改進(jìn)，但是其長期穩(wěn)定性仍然不夠。
目前市場(chǎng)上已有利用以上方法制作的商業(yè)化儀器出現(xiàn)，如將具有熒光猝滅效應(yīng)的釕絡(luò)合物涂在光纖頂端制成的電化學(xué)發(fā)光高靈敏度氧傳感器，已廣泛應(yīng)用于太空，環(huán)境檢測(cè)，土壤監(jiān)測(cè)等。和傳統(tǒng)的儀器相比，它具有儀器小巧，使用壽命長，測(cè)量范圍廣，反應(yīng)迅速，重復(fù)性好，性能穩(wěn)定，可實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，特別是臨床危重病人的搶救，需要對(duì)人體的各種參數(shù)，包括血氧濃度、pH值，各種離子濃度等等進(jìn)行長時(shí)間的微創(chuàng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。目前所使用的方法，都存在著傳感器和血液接觸一定時(shí)間后，表面被血小板等蛋白質(zhì)粘附而造成失效的問題，在其他領(lǐng)域如生物反應(yīng)器等應(yīng)用的傳感器也存在著類似的生物污染的難題。
磷酸膽堿是生物細(xì)胞膜外層磷脂頭部分的主要成分，含有磷酸膽堿基團(tuán)的聚合物已經(jīng)被應(yīng)用于生物醫(yī)用材料和器械表面，可以有效地降低與體液如血液、淚膜和尿液等接觸時(shí)產(chǎn)生的異物反應(yīng)。磷酸膽堿基團(tuán)是有極性的，其分子內(nèi)部既有正電荷也帶有負(fù)電荷，而分子總體上是電中性的。它具有強(qiáng)烈的親水性，可以有效地降低蛋白質(zhì)在其表面的可逆粘附。目前所報(bào)道的含有磷酸膽堿基團(tuán)的聚合物主要是由2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽(MPC)與其他單體共聚而形成的，MPC共聚物已經(jīng)被應(yīng)用于心臟支架、介入導(dǎo)管以及血液透析膜等與人體血液直接接觸的醫(yī)療器械表面，改善器械的血液相容性，減少凝血和血液中蛋白質(zhì)的粘附。但目前還沒有這類聚合物應(yīng)用于體內(nèi)植入式電化學(xué)發(fā)光材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將磷酸膽堿聚合物的高度生物相容性和抗蛋白質(zhì)粘附性能與高靈敏度電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)結(jié)合起來，提出一種具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料及其制備方法，并提出該復(fù)合材料的應(yīng)用。
本發(fā)明提出的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料，由電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)固定在含有磷脂基團(tuán)的聚合物中而組成，其中，按質(zhì)量百分比計(jì)，電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的用量為0.05-50％，其余為聚合物。
本發(fā)明中所用的電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)是能在相應(yīng)溶劑中溶解的材料，包括金屬釕絡(luò)合物，金屬鋨絡(luò)合物，金屬鉛絡(luò)合物，金屬鉑和鈀絡(luò)合物，卟啉衍生物，金屬錸絡(luò)合物，過渡金屬卟啉絡(luò)合物，為其中的一種或一種以上的混合物，或者為上述物質(zhì)與硅溶膠的復(fù)合物。其中優(yōu)選金屬釕絡(luò)合物。
本發(fā)明中所用的含有磷脂基團(tuán)的聚合物為2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽(MPC)與其他含有可聚合基團(tuán)的單體的共聚物。該共聚物可以2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽(MPC)與如下單體中的一種或一種以上進(jìn)行自由基共聚得到丙烯酸或甲基丙烯酸烷基(如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基)酯，丙烯酸或甲基丙烯酸羥基乙酯，丙烯酸或甲基丙烯酸羥基丙酯，丙烯酸或甲基丙烯酸乙二醇酯，丙烯酸或甲基丙烯酸乙二醇甲醚酯，丙烯酸或甲基丙烯酸聚乙二醇酯，丙烯酸或甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯，乙烯基吡咯烷酮，醋酸乙烯酯，含有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑(如γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷)等等。
本發(fā)明提出的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料的制備方法如下1)將所述電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)在相應(yīng)的溶劑中溶解；2)在上述溶液中加入含有磷脂基團(tuán)的聚合物溶液，混合均勻；3)將上述混合溶液中的溶劑除去，即得到具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料。
由本發(fā)明提出的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料具有良好的抗生物污染效能，可用于制成各種能抗生物污染的生物檢測(cè)傳感器。
例如，將上述電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料制成薄膜，粘貼于生物檢測(cè)用光纖端部，或者直接將上述電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料的溶液涂布于生物檢測(cè)用光纖端部，經(jīng)烘干(使溶劑揮發(fā))處理，即得到抗生物污染的光纖傳感器。
例如按照實(shí)施例1所合成的釕復(fù)合物明顯顯示了對(duì)氧分壓的敏感性和重復(fù)性(見圖1所示)。可以看出對(duì)氧分壓敏感，反應(yīng)迅速(小于1分鐘達(dá)到平衡)。將此復(fù)合物涂于光導(dǎo)纖維末端，連接光源，用熒光濾片，光電管接受裝置，可以裝配小型的可連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量血液中氧分壓的熒光氧分壓測(cè)定儀。


圖1為本發(fā)明的一種復(fù)合物對(duì)氧分壓的敏感性圖示。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將30克MPC、68克甲基丙烯酸丁酯、2克γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和0.1克引發(fā)劑AIBN溶入無水乙醇中，緩慢通入氬氣1小時(shí)除氧。然后置于70℃恒溫水浴中，攪拌下反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將溶液冷卻至室溫，用大量正己烷沉淀提純2次；在室溫下將收集的沉淀物真空干燥24小時(shí)。得到含有磷脂基團(tuán)的共聚物90克。
將0.1毫克金屬釕絡(luò)合物(英文名Tris(4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)-ruthenium(II)bis(hexafluorophosphate))溶解在10毫升甲醇中，取0.8克上述含有磷脂基團(tuán)的共聚物溶于同一溶液中，過濾后，向所得溶液中加入20微升水，攪拌均勻后將溶液涂布在光纖的端部，在70度烘箱中熱處理5小時(shí)，將溶劑揮發(fā)，即得可用于測(cè)定血液或富含蛋白質(zhì)溶液中溶解氧的抗生物污染光纖傳感器。其響應(yīng)迅速，結(jié)果重現(xiàn)性好，特別是在生物污染環(huán)境中能長時(shí)間使用。
實(shí)施例2將15克MPC、10克甲基丙烯酸聚乙二醇(分子量360)甲醚酯、10克甲基丙烯酸乙二醇甲醚酯、63克甲基丙烯酸十二烷基酯、2克γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和0.1克引發(fā)劑AIBN溶入無水乙醇/四氫呋喃(體積比50/50)溶液中，緩慢通入氬氣1小時(shí)除氧。然后置于70℃恒溫水浴中，攪拌下反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將溶液冷卻至室溫，用大量正己烷沉淀提純2次；在室溫下將收集的沉淀物真空干燥24小時(shí)。得到含有磷脂基團(tuán)的共聚物92克。
將1毫升四乙氧基硅烷，0.2毫升水，0.02毫升濃度為0.1毫摩爾/升的鹽酸和1毫升乙醇混合均勻，靜置3小時(shí)后得到硅溶膠。向上述溶膠中加入0.1克二(2，2’-聯(lián)吡啶)-二氯-二水合釕與菲羅啉咪唑衍生物，攪拌均勻。
取0.9克上述含有磷脂基團(tuán)的共聚物溶解在15毫升乙醇/四氫呋喃混合溶液中，與上述含有釕絡(luò)合物的硅溶膠混合均勻，靜置2小時(shí)，過濾后，將溶液涂布在硅烷化的光纖的端部，在70度烘箱中熱處理5小時(shí)，將溶劑揮發(fā)，即得可用于測(cè)定血液或富含蛋白質(zhì)溶液pH值的抗生物污染光纖傳感器。
實(shí)施例3將20克MPC、8克乙烯基吡咯烷酮、5克甲基丙烯酸β羥基乙酯、67克丙烯酸丁酯和0.1克引發(fā)劑AIBN溶入無水乙醇/四氫呋喃(體積比50/50)溶液中，緩慢通入氮?dú)獬酢Ｈ缓笾糜?5℃恒溫水浴中，攪拌下反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將溶液冷卻至室溫，用大量正己烷沉淀提純2次；在室溫下將收集的沉淀物真空干燥24小時(shí)。得到含有磷脂基團(tuán)的共聚物89克。
將1克上述聚合物溶于10毫升四氫呋喃，再加入80毫克全-(2，6-二-O-異丁基)-β-環(huán)糊精，20毫克meso-四-(4-甲氧基苯基)卟啉，攪拌溶解均勻后，在潔凈的玻璃板上澆鑄成膜，空氣中干燥后揭下得到厚度約為5微米的透明薄膜。
剪取一小塊上述薄膜，用透明的氰基丙烯酸粘合劑粘在光纖的端部，即得具有抗生物污染效能的對(duì)二氧化碳敏感的光纖傳感器。其對(duì)水中[H2CO3]濃度的響應(yīng)范圍約為4×10-7-4×10-5mol/L，并且相應(yīng)迅速，重現(xiàn)性好。
本說明書中所說明和討論的實(shí)施方案僅僅是用于向本領(lǐng)域的技術(shù)人員演示使用本發(fā)明的最佳方式。但不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限定?？梢耘c以上具體描述不同的方式實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料，其特征是由電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)固定在含有磷脂基團(tuán)的聚合物中組成，其中，按質(zhì)量百分比計(jì)，電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的用量為0.05-50％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料，其特征是所述電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)為金屬釕絡(luò)合物、卟啉衍生物、金屬鋨絡(luò)合物、金屬鉛絡(luò)合物、金屬鉑和鈀絡(luò)合物、金屬錸絡(luò)合物或過渡金屬卟啉絡(luò)合物之一種或一種以上的混合物，或者是上述物質(zhì)與硅溶膠的復(fù)合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料，其特征是所述的含有磷脂基團(tuán)的聚合物為2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽與其他含有可聚合基團(tuán)的單體的共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料，其特征是與2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽共聚的單體為丙烯酸或甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸或甲基丙烯酸羥基乙酯、丙烯酸或甲基丙烯酸羥基丙酯、丙烯酸或甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸或甲基丙烯酸乙二醇甲醚酯、丙烯酸或甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸或甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯、乙烯基吡咯烷酮、醋酸乙烯酯、含有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑中的一種或一種以上。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料的制備方法，其特征是在于具體步驟如下1)將電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)在相應(yīng)的溶劑中溶解；2)在上述溶液中加入含有磷脂基團(tuán)的聚合物溶液，混合均勻；3)將上述混合溶液中的溶劑除去，即得到具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料。
6.一種如根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料在制備抗生物污染的生物檢測(cè)傳感器中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明為一種具有抗生物污染效能的電化學(xué)發(fā)光復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。該復(fù)合材料由電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)固定在含有磷酯基團(tuán)的聚合物中組成。其中，電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)包括金屬釕絡(luò)合物、金屬鋨絡(luò)合物等，聚合物為2－甲基丙烯酰氧乙基－2’－三甲胺乙基磷酸酯·內(nèi)鹽與其他含有可聚合的單體的共聚物。實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合材料具有良好的抗生物污染效能，可用于制備各種生物檢測(cè)用的傳感器。
文檔編號(hào)G01N33/84GK1587347SQ20041005345
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者白春學(xué), 鐘偉, 宋元林 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)