一种人工智能纳米通道材料及其制备方法和在环磷酸腺苷检测中的应用技术

本发明专利技术提供一种人工智能纳米通道材料及其制备方法，此材料可选择性识别环磷酸腺苷(cAMP)，利用表面原子转移自由基聚合反应机制，将丙烯酰精氨酸‑苏氨酸‑丙氨酸(ARTA)和N‑异丙基丙烯酰胺两组分共聚接枝到无机多孔膜孔道内表面。本发明专利技术受生物体内细胞膜离子通道的启发，通过表面引发原子转移自由基聚合的方法，将对环磷酸腺苷具有响应性的智能聚合物修饰到多孔膜的孔道内，以构建具有选择性、响应性和可控性的仿生人工纳米通道。环磷酸腺苷通过纳米通道时，通过皮安计测量孔道电流的变化最终实现了对环磷酸腺苷及其类似物的灵敏性检测，在生物传感及生物分离领域都有着十分重要的理论和实际意义。

【技术实现步骤摘要】
一种人工智能纳米通道材料及其制备方法和在环磷酸腺苷检测中的应用
本专利技术属于人工智能纳米通道材料领域，具体涉及一种人工智能纳米通道材料及其制备方法和在环磷酸腺苷检测中的应用。
技术介绍
环磷酸腺苷(cAMP)作为第二信使，在许多生物过程中起着至关重要的作用，包括代谢调节，传递cAMP依赖性途径和细胞内信号转导，如环核苷酸门控离子通道(CNG通道)、大多数动物细胞中的Na+/Ca2+通道等。临床观察表明外源性环磷酸腺苷(cAMP)进入体内可直接或间接激活一系列蛋白激酶，增加磷酸化酶，具有舒张平滑肌、扩张血管、改善肝功能、促进神经再生、抑制皮肤外层细胞分裂和转化异常细胞的功能。机体内在缺氧时可使糖原分解以供应能量，从而促使呼吸链氧化酶的活化，改善心肌缺氧；抑制自由基的产生，防止缺血再灌注损伤；提高血中cAMP的浓度，从而减轻缺血后的炎性反应，改善缺血导致的毛细血管通透性改变，改善抑郁症和消化功能障碍等特性。研究发现，cAMP与过敏性疾病、糖尿病、恶性肿瘤及癌症、高血压、冠心病和心肌梗死等多种疾病的发生密切相关。因此，对生物体内cAMP的动态监控和定量研究成为了生命科学领域的热点问题。目前对于磷酸腺苷的检测，主要采用的方法是高效液相色谱法及放射元素标记法，高效液相色谱法分离度好、灵敏度高、操作简便，但其成本较高；放射元素标记法采用32P或3H在生物代谢过程中进行标记，先进行色谱分离，然后通过放射图谱或质谱技术进行定性或者定量的检测，此方法不仅费时费力，而且由于生物体系复杂导致检测灵敏度不高，另外具有放射性危险。因此，开发一种检测速度快、灵敏度高、操作简便、成本低廉的检测系统显得尤为重要。本专利技术受生物体内细胞膜离子通道的启发，通过表面引发原子转移自由基聚合和原位修饰的方法，将对环磷酸腺苷具有响应性的智能聚合物修饰到多孔膜的孔道内，以构建具有选择性、响应性和可控性的仿生人工纳米通道。环磷酸腺苷通过纳米通道时，与孔道内表面修饰的智能聚合物的响应造成后者构象发生剧烈变化，从而导致孔道有效直径变小，通过皮安计测量孔道电流的变化最终实现了对环磷酸腺苷及其类似物的灵敏性检测，在生物传感及生物分离领域都有着十分重要的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种对环磷酸腺苷具有识别能力的智能响应性聚合物(人工智能纳米通道材料)，并通过表面引发原子转移自由基聚合的方法，在无机多孔膜材料，如阳极氧化铝膜(AAO)；或有机多孔膜材料，如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜等孔道内表面接枝该响应性聚合物，从而构建仿生的纳米离子通道，该人工纳米通道可被用于环磷酸腺苷的快速检测和分离。本专利技术提供了一种人工智能纳米通道材料，所述材料包括多孔膜和接枝到多孔膜孔道内表面的智能聚合物，所述智能聚合物的组分为丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺；所述智能聚合物分子结构如下：其中，x为0.01-0.5；所述多孔膜为无机多孔膜或有机多孔膜。所述无机多孔膜为阳极氧化铝膜，孔径为80-100nm；所述有机多孔膜为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜。本专利技术提供了一种人工智能纳米通道材料的制备方法，利用表面原子转移自由基聚合反应机制，将丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺两组分共聚接枝到无机多孔膜孔道内表面。利用原子转移自由基聚合反应机制，经过一步反应，将两组分共聚接枝到溴化处理过的无机多孔膜材料上，如阳极氧化铝膜(AAO)；(1)将N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺-三肽混合后，二者的摩尔比为1：1-10，加入3-20mLN,N-二甲基甲酰胺超声溶解；(2)步骤(1)中抽真空—充氮气，循环三次，除去反应体系中残余的氧气；添加溴化亚铜(CuBr)粉末，混合均匀；其中，溴化亚铜与步骤(1)所述N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰-三肽混合物的摩尔比为1:50-100。(3)向步骤(2)中加入与溴化亚铜相同摩尔数的N，N，N'，N"，N"-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)，接着再进行一次脱氧处理；(4)氮气保护下将溴化处理过的AAO膜加入，温度60-70℃条件下，反应8-12小时后取出，依次用20mLN,N-二甲基甲酰胺、去离子水、乙醇按顺序浸泡清洗，氮气吹干得到智能聚合物修饰的多孔材料。本专利技术提供一种人工智能纳米通道材料的制备方法，利用原位修饰的方法，将丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺双组分共聚物接枝到有机多孔膜孔道内表面。利用原位修饰方法，将双组分聚合物接枝到有机多孔膜材料，如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜等。然后将其应用在磷酸腺苷的超高灵敏度检测和不同种类磷酸腺苷的区分等领域。多孔膜材料直径为80-300mm，平均孔径为80-300nm。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜放入电化学池夹具之间，然后向两侧池中注入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCI)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合水溶液(浓度为0.04mol/L)，振荡排除内部气泡后静置活化1小时，用注射器吸出，然后注入0.01mol/L的乙二胺溶液，静置10-12小时，再次用注射器吸出，接着注入已活化的聚合物溶液，静置修饰10小时，用水冲洗三次。本专利技术提供了一种人工智能纳米通道材料的应用，应用在环磷酸腺苷的高灵敏度检测方面，具体操作是将聚合物修饰后的多孔膜放入电化学池夹具之间，在池中注入不同浓度的氯化钠或者氯化钾溶液充当电解液，并添加不同浓度、不同种类的磷酸腺苷溶液，然后使用皮安计检测跨膜微电流变化，通过电流变化快速对磷酸腺苷的浓度进行初步的定量分析，并且该方法可以识别并区分不同种类的磷酸腺苷。具体步骤如下：步骤1、先采用活化液平衡活化聚合物修饰的多孔膜材料；其中活化液为pH＝2-5含0.01-2.0mol/L的氯化钠或者氯化钾溶液，其中溶剂为去离子水；步骤2、将聚合物修饰后的多孔膜放入电化学池夹具之间，然后向池中注入pH＝2-10的电解液，振荡排除膜表面气泡后静置5-15分钟，电化学池两端插入电极后用皮安计测量其跨膜电流；其中电解液为pH＝2-10含0.01-2.0mol/L的氯化钠溶液，其中溶剂为去离子水；电极为Ag/AgCl电极、Hg/HgCl或者石墨电极。步骤3、用注射器移去电化学池中的电解液，重新注入10-11-10-5mol/L磷酸腺苷的电解液(pH＝2-10)，振荡排除膜表面气泡后静置5-15分钟，电化学池两端插入电极后用皮安计测量其跨膜电流。采用皮安计采集跨膜微电流变化时，电源在电极两端施加脉冲电压，每个脉冲电压持续时间1-10秒，并由皮安计自动在相连的计算机上记录相对应的跨膜微电流。本专利技术受生物体内细胞膜离子通道的启发，通过表面引发原子转移自由基聚合的方法，将对环磷酸腺苷具有响应性的智能聚合物修饰到多孔膜的孔道内，以构建具有选择性、响应性和可控性的仿生人工纳米通道。环磷酸腺苷通过纳米通道时，与孔道内表面修饰的智能聚合物发生相互作用造成后者构象发生剧烈变化，从而导致孔道有效直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工智能纳米通道材料，其特征在于：所述材料包括多孔膜和接枝到多孔膜孔道内表面的智能聚合物，所述智能聚合物的组分为丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺；所述智能聚合物分子结构如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种人工智能纳米通道材料，其特征在于：所述材料包括多孔膜和接枝到多孔膜孔道内表面的智能聚合物，所述智能聚合物的组分为丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺；所述智能聚合物分子结构如下：



其中，x为0.01-0.5；
所述多孔膜为无机多孔膜或有机多孔膜。


2.根据权利要求1所述的人工智能纳米通道材料，其特征在于：所述无机多孔膜为阳极氧化铝膜，孔径为80-100nm；所述有机多孔膜为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜。


3.一种如权利要求1-2任一项所述人工智能纳米通道材料的制备方法，其特征在于：利用表面原子转移自由基聚合反应机制，将丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺两组分共聚接枝到无机多孔膜孔道内表面。


4.一种如权利要求1-2任一项所述人工智能纳米通道材料的制备方法，其特征在于：利用原位修饰的方法，将丙烯酰精氨酸-苏氨酸-丙氨酸(ARTA)和N-异丙基丙烯酰胺双组分共聚物接枝到有机多孔膜孔道内表面。


5.根据权利要求3所述的人工智能纳米通道材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰-三肽混合后，二者的摩尔比为1：1-10，加入3-20mLN,N-二甲基甲酰胺超声溶解；
(2)步骤(1)中抽真空—充氮气，循环三次，除去反应体系中残余的氧气；添加溴化亚铜(CuBr)粉末，混合均匀；其中，溴化亚铜与步骤(1)所述N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰-三肽混合物的摩尔比为1:50-100；
(3)向步骤(2)中加入与溴化亚铜相同摩尔数的N，N，N'，N"，N"-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)，接着再进行一次脱氧处理；
(4)氮气保护下将溴化处理过的AAO膜加入，温度60-70℃条件下，反应8-12小时后取出，依次用20mLN,N-二甲基甲酰胺、去离子水、乙醇按顺序浸泡清洗，氮气吹干得到智能聚合物修饰的多孔材料。


6.根据权利要求4所述的人工智能纳米通道材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
聚对苯二...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿光焱，王东东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21