一种防污超亲水凝胶QCM传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，提供了一种防污超亲水凝胶QCM传感器及其制备方法和应用。本发明专利技术首先在QCM晶片表面制备硼酸水凝胶涂层，然后在硼酸水凝胶涂层表面制备过渡层，再通过等离子体处理、共沉淀沉积得到防污超亲水凝胶QCM传感器。本发明专利技术制备的防污超亲水凝胶QCM传感器具有良好的超亲水性，且耐老化，在空气中的超亲水状态的保持时间可以达到480h，在水中的超亲水状态的保持时间可以达到696h，具有优异的抗蛋白和抗菌性能，能够实现唾液糖的准确、有效监测。有效监测。有效监测。

【技术实现步骤摘要】
一种防污超亲水凝胶QCM传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种防污超亲水凝胶QCM传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]蛋白质吸附到材料表面是一个非常普遍的事件。在分析科学领域，传感器表面或分析平台上的非特异性蛋白质吸附是影响设备分析性能的一个严重问题。一般情况下，蛋白质在流体与材料表面接触后仅仅几秒钟就会被吸附到材料表面，蛋白质在材料表面上浸润、分散并吸附，通过化学键合、静电作用等方式进行结合，最终附着于固体表面。同时，人体口腔中的细菌群落高度复杂，约1000种。同蛋白质一样，细菌会通过范德华力、静电和疏水表面到达材料表面，引起细菌与材料表面的特异性反应，通过非特异性吸附附着在传感器晶片表面，从而降低传感器的灵敏度、特异性和重现性。
[0003]石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance，简称QCM)，是一种质量传感器，具有灵敏度高(其测量精度可达纳克级，理论上可以检测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一)、实时测量能力强、集成简单、生产成本低等优点，被广泛应用于气体、液体的成分分析、微量物质的测量、薄膜厚度的检测等。使得QCM在计量检验学、分析化学、生物学、表/界面科学、生命科学、纳米科学等领域获得了广泛的应用，成为了推动这些领域研究不断深入的有力手段。
[0004]基于QCM的葡萄糖检测技术，是通过在晶片表面设计修饰葡萄糖敏感薄膜，通过薄膜与葡萄糖的特异性可逆结合来实现葡萄糖的检测。通过记录QCM晶片与含糖溶液接触前后的频移，可以连续监测溶液中的葡萄糖浓度。当葡萄糖分子与糖敏感膜结合时，
△
F的绝对值增大。但是，当测试真实唾液样本时，其主要的难点在于唾液成分的高度复杂性，且其中作为小分子的葡萄糖含量较低(仅为血糖的1/100～1/50)，而大分子蛋白质(71～2232mg/L)和细菌含量极高。当QCM传感器暴露于唾液样本中时，因晶片上薄膜对蛋白质和细菌的非特异性吸附而产生的巨大信号，会使得其与微量葡萄糖结合所产生的微弱信号难以被有效识别。
[0005]因此，要实现唾液葡萄糖的有效、准确检测，亟需发展一种具有抗菌性能，同时具有抗蛋白性能的材料来解决这个问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种防污超亲水凝胶QCM传感器及其制备方法和应用。本专利技术提供的凝胶QCM传感器防污亲水性好，具有优异的抗菌和抗蛋白性能，能够实现唾液糖的有效、准确检测。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种防污超亲水凝胶QCM传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0009]采用预聚合溶液在QCM晶片表面制备硼酸水凝胶涂层；所述预聚合溶液的成分包
括3
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丙烯酰胺基苯硼酸、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺和2,2
‑
二甲氧基
‑
苯基乙酮；
[0010]将过渡层溶液涂覆到所述硼酸水凝胶涂层表面，在所述QCM晶片表面形成硼酸水凝胶
‑
过渡复合层；所述过渡层溶液的制备原料包括羧基化纤维素纳米纤维、活化剂和超支化聚乙烯亚胺；
[0011]通过等离子体处理对所述硼酸水凝胶
‑
过渡复合层进行改性，在QCM晶片表面形成硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层；
[0012]将附着有硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层的QCM晶片浸泡在共沉淀溶液中进行共沉淀沉积，在硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层表面形成沉积层，得到所述防污超亲水凝胶QCM传感器；所述共沉淀溶液的成分包括单宁酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮和水。
[0013]优选的，在所述QCM晶片表面制备硼酸水凝胶涂层前，还包括先对所述QCM晶片进行表面改性；所述表面改性包括以下步骤：将QCM晶片在Piranha溶液中进行超声处理后依次进行第一洗涤和第一干燥，然后将QCM晶片在(3
‑
氨丙基)三乙氧基硅烷和乙醇的混合溶液中浸泡后依次进行第二洗涤和第二干燥，再将QCM晶片在顺丁烯二酸酐溶液中浸泡，之后依次进行第三洗涤和第三干燥。
[0014]优选的，所述预聚合溶液中，3
‑
丙烯酰胺基苯硼酸的质量分数为10～30％，N
‑
N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.5～5％，丙烯酰胺的质量分数为61～89％，2,2
‑
二甲氧基
‑
苯基乙酮的质量分数为0.5～4％。
[0015]优选的，所述制备硼酸水凝胶涂层的方法为紫外按压辅助聚合法；所述紫外按压辅助聚合法包括以下步骤：将所述预聚合溶液滴加到石英板表面，将QCM晶片的正面朝下放置在所述预聚合溶液上，对所述QCM晶片的背面进行按压，并对所述QCM晶片进行紫外光照射，之后将形成硼酸水凝胶涂层的QCM晶片和石英板分离。
[0016]优选的，所述羧基化纤维素纳米纤维和超支化聚乙烯亚胺的质量比为1:0.5～3；所述活化剂包括1
‑
乙基
‑
(3
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二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N
‑
羟基琥珀酰亚胺，所述羧基化纤维素纳米纤维、1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的质量比为1:0.02～0.06:0.05～0.08；
[0017]所述过渡层溶液的制备方法包括：将羧基化纤维素纳米纤维、活化剂和水混合反应10～30min，然后将所得反应液和超支化聚乙烯亚胺搅拌混合6～48h，将所得混合料液进行离心，去除上清液，将所得离心剩余物分散于乙醇中，得到过渡层溶液。
[0018]优选的，所述涂覆的方法为旋涂；所述旋涂包括依次进行的低速旋涂和高速旋涂；所述低速旋涂的转速为200～1000rpm，时间为3～10s，所述高速旋涂的转速为2500～4000rpm，时间为10～40s。
[0019]优选的，所述氧等离子体处理的氧气流速为10～30sccm，时间为3～10min，功率为100～300W。
[0020]优选的，所述共沉淀溶液的中单宁酸、聚乙烯亚胺和聚乙烯基吡咯烷酮的质量比为2～6:1:5～30。
[0021]本专利技术还提供了上述方案所述制备方法制备得到的防污超亲水凝胶QCM传感器。
[0022]本专利技术还提供了上述方案所述的防污超亲水凝胶QCM传感器在唾液糖监测中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种防污超亲水凝胶QCM传感器的制备方法，本专利技术首先在QCM晶片
表面制备硼酸水凝胶涂层，然后在硼酸水凝胶涂层表面制备过渡层，再通过等离子体处理、共沉淀沉积得到防污超亲水凝胶QCM传感器。在本专利技术中，过渡层是由羧基化纤维素纳米纤维(CNF
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防污超亲水凝胶QCM传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用预聚合溶液在QCM晶片表面制备硼酸水凝胶涂层；所述预聚合溶液的成分包括3
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丙烯酰胺基苯硼酸、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺和2,2
‑
二甲氧基
‑
苯基乙酮；将过渡层溶液涂覆到所述硼酸水凝胶涂层表面，在所述QCM晶片表面形成硼酸水凝胶
‑
过渡复合层；所述过渡层溶液的制备原料包括羧基化纤维素纳米纤维、活化剂和超支化聚乙烯亚胺；通过等离子体处理对所述硼酸水凝胶
‑
过渡复合层进行改性，在QCM晶片表面形成硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层；将附着有硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层的QCM晶片浸泡在共沉淀溶液中进行共沉淀沉积，在硼酸水凝胶
‑
过渡复合改性层表面形成沉积层，得到所述防污超亲水凝胶QCM传感器；所述共沉淀溶液的成分包括单宁酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮和水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述QCM晶片表面制备硼酸水凝胶涂层前，还包括先对所述QCM晶片进行表面改性；所述表面改性包括以下步骤：将QCM晶片在Piranha溶液中进行超声处理后依次进行第一洗涤和第一干燥，然后将QCM晶片在(3
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氨丙基)三乙氧基硅烷和乙醇的混合溶液中浸泡后依次进行第二洗涤和第二干燥，再将QCM晶片在顺丁烯二酸酐溶液中浸泡，之后依次进行第三洗涤和第三干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预聚合溶液中，3
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丙烯酰胺基苯硼酸的质量分数为10～30％，N
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N'
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亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.5～5％，丙烯酰胺的质量分数为61～89％，2,2
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二甲氧基
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苯基乙酮的质量分数为0.5～4％。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢春竹，邱慧，
申请(专利权)人：中科康磁医疗科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：