一种动态乳酸传感器膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，特别涉及一种动态乳酸传感器膜，包括：金属传导层、金属催化层、酶层、抗干扰层和扩散层，待测液中的乳酸和氧气依次通过扩散层、抗干扰层与酶层接触，所述酶层与乳酸反应生成过氧化氢，所述过氧化氢扩散至金属催化层被还原，所述金属传导层与金属层接触。还涉及一种动态乳酸传感器膜制备方法，包括以下步骤：S1：使用PEBA和DMF配比得到PEBA溶液；所述PEBA与DMF的质量比范围为1:1

【技术实现步骤摘要】
一种动态乳酸传感器膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种动态乳酸传感器膜及制备方法。

技术介绍

[0002]乳酸是葡萄糖在人体内无氧代谢过程中的最终产物，反应组织对氧的需求与血液的供氧能力是否平衡，急危重症和慢性病管理者极易乳酸增高导致乳酸酸中毒，危及生命。如：心肺功能障碍、血管阻塞、休克、贫血、心衰、窒息、一氧化碳中毒等引起组织严重缺氧，导致乳酸异常增高；糖尿病服用双胍类药物，造成体内乳酸堆积；恶性肿瘤、肝肾功能不全等系统性疾病，引起机体肝肾功能障碍，导致体内多余的乳酸无法代谢排出体外。当前，体外血液检测是乳酸监测的方法，频繁地抽血也很难获得实时准确的乳酸变化信息。而植入体内的动态乳酸检测能够持续监测患者乳酸含量，提供及时准确的指导，更好地保障手术顺利进行、慢病管理合理用药与就诊。
[0003]目前基于第一代原理的动态乳酸传感器仍在许多产品研究中使用。它们利用乳酸氧化酶，在氧气的参与下，将乳酸氧化为过氧化氢，过氧化氢在如纳米铂等催化剂作用下进一步被还原，所产生的氧化还原电流与乳酸含量相关。其中，扩散层是动态乳酸传感器重要膜层之一，通常作为外表层膜，与测量溶液接触。该膜层一方面控制乳酸和氧气进入膜内的量，影像传感器检测线性、灵敏度和平衡时间；另一方面决定与组织液的相容性，影像传感器的稳定性和对人体的副作用。考虑到组织液中乳酸含量高出氧气几十倍，以及乳酸的水溶性(即亲水)、氧气的非水溶性(即疏水)、组织液的亲水性特征，当前研究主要聚焦于借助共聚、接枝等聚合反应手段，在高分子扩散膜中同时引入亲水段和疏水段，期望在维持生物相容性的基础上，限制乳酸的渗透量但提高氧气的渗透量，调整组织液中乳酸和氧气含量的失衡，优化检测线性、灵敏度和使用效期。然而，共聚、接枝等聚合反应复杂，反应条件苛刻，重复性较差，不易稳定的批量化生产。另外，反应中的有机单体和引发剂残留，植入人体后所导致的毒性风险不容忽视。总体上看，综合性能调控效果并不如意。
[0004]现有技术中，合物通过扩散层聚共聚或者接枝得到既具有亲水段又具有疏水段的聚物，利用亲水段调节生物相容性和乳酸渗透性，利用疏水段调节氧气渗透性。
[0005]关于共聚：参与共聚反应的成分包括两种及以上的单体、一种及一种以上的引发剂，形成嵌段聚合物。
[0006]1、所述亲疏水共聚调控的方式是：筛选与组合单体种类，调整亲水性与疏水性单体的投料比例，节单体浓度，通过温度、搅拌、加样方式等变化控制反应程度等。
[0007]2、所述形成亲水段的单体通常带亲水基团，与水相似相容，形成的聚合物包括：带环氧官能团的，如聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等；带羟基官能团的，如聚乙二醇、乙烯醇等；带有羧基和氨基官能团的，如乙烯基丙氨酸、乙酰基丙氨酸等。
[0008]3、所述形成疏水段的单体则带疏水基团，与水的相容性差，形成的聚合物包括：聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。
[0009]4、所述的嵌段聚合物包括两段或三段共聚。
[0010]5、所述的引发剂包括偶氮类、过氧化合物类及复合类。常用的偶氮类，如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等；常用的过氧化物类，如过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮等；常用的复合引发体系，如偶氮二异丁腈与偶氮二异庚腈复合引发体系、过氧化二苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯复合引发体系等。
[0011]关于接枝：通过接枝形成疏水骨架链和亲水接枝基团。参与接枝反应的成分包括形成骨架链的两种及两种以上的单体、接枝化合物。
[0012]1、所述亲疏水接枝调控的方式是：调整接枝化合物与骨架物的投料比例，接枝化合物分子量与浓度，通过温度、搅拌、加样方式等变化控制反应程度等。
[0013]2、所述接枝化合物带亲水基团，主要指带羟基官能团的聚乙二醇及其衍生物，有多种分子量供选择，通过缩聚反应、紫外交联等方式进行接枝反应。
[0014]3、所述形成骨架链的单体主要指二异氰酸酯、二元或多元醇、扩链剂，反应形成聚氨酯预聚物与接枝化合物再进行反应。
[0015]上述技术存在以下问题：
[0016]1.工艺过程繁复，通常涉及高温、氮气保护、高速搅拌、缓慢均匀加样等较苛刻的反应条件。导致工艺控制性差，制备的共聚物效果不易被重复，很难稳定地批量化生产；
[0017]2、共聚反应的转化率有限，残留的有机单体和引发剂即使通过反复过滤、沉淀等手段也很难被去除干净。植入人体后造成的生物毒性风险不容忽视。
[0018]3、容易产生副产物，存在不确定性的干扰风险。
[0019]4、共聚物通过较高温快速干燥成膜，得到自由体积大的低结晶度聚合物，更有利于氧气和乳酸分子通过。然而低结晶度聚合物常常伴随低机械性能，如膜强度不足。当前研究忽视了综合机械性能进行设计，容易造成传感器在植入人体过程中、使用过程中的外力破坏。
[0020]针对当前情况，需要专利技术一种制备工艺简单，既保有合适的生物相容性，又具有高透氧性、低透乳酸性的扩散膜，将会显著地提升动态乳酸传感器的检测范围、准确度、重复性、使用效期和批量生产性。

技术实现思路

[0021]本专利技术提供了一种动态乳酸传感器膜及制备方法，能够解决上述问题。
[0022]为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
[0023]一种动态乳酸传感器膜，包括：金属传导层、金属催化层、酶层、抗干扰层和扩散层，待测液中的乳酸和氧气依次通过扩散层、抗干扰层与酶层接触，所述酶层与乳酸反应生成过氧化氢，所述过氧化氢扩散至金属催化层被还原，所述金属传导层与金属层接触，用于将氧化还原的电流信号传输至仪器接触端，将电信号转化为数字信号；所述扩散层由PEBA和富氧聚合物组成。
[0024]基本原理及有益效果：本方案乳酸传感器的组成自内而外包括基底、金属催化层、酶层、抗干扰层和扩散层，待测液中的乳酸和氧气依次通过扩散层、抗干扰层与酶层接触，在氧气的参与下，乳酸经酶催化氧化生成过氧化氢。更进一步地，过氧化氢扩散至金属催化层被还原，与之接触的传导金属则将氧化还原电流信号传输到仪器接触端，将电信号转换
为数字信号，输出检测浓度值。其中基底既是电信号的传导介质，又是传感器的承载体。用PEBA作为基底，在保持自身生物相容性和透乳酸性的基础上，共混加入与PEBA相容性好且富氧的聚合物，同时调控扩散膜的生物相容性、乳酸和氧气渗透平衡性及机械性能，显著提升动态乳酸传感器的检测范围、准确性、使用效期和批量生产操作性。
[0025]所选择的扩散膜基底材料PEBA，由含有双羟基的聚酰胺和聚醚二醇缩聚反应形成，成膜性能良好，既具有聚酰胺的刚性，又具有聚醚的柔软。刚性的聚酰胺是共混扩散膜机械性能的保证，具有与聚酰胺相似的高强度和韧性，能很好地抵抗动态乳酸传感器植入过程中、使用过程中随机出现的外部破坏力。柔软的聚醚二醇一方面因亲水性而具有良好的生物相容性和乳酸渗透性，另一方面因柔性具有较大的自由体积，提供较高的氧气渗透性。通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态乳酸传感器膜，其特征在于，包括：金属传导层、金属催化层、酶层、抗干扰层和扩散层，待测液中的乳酸和氧气依次通过扩散层、抗干扰层与酶层接触，所述酶层与乳酸反应生成过氧化氢，所述过氧化氢扩散至金属催化层被还原，所述金属传导层与金属层接触，用于将氧化还原的电流信号传输至仪器接触端，将电信号转化为数字信号；所述扩散层由PEBA和富氧聚合物组成。2.根据权利要求1所述的一种动态乳酸传感器膜，其特征在于：所述酶层还包括酶、酶保护剂、酶交联剂、水凝胶成膜改性剂和水凝胶混合交联剂；所述酶选自乳酸氧化酶，在酶液中质量占比为1％
‑
15％；保护剂选自牛血清白蛋白，与酶的比例在0.1：1
‑
10：1范围内；酶交联剂为戊二醛，水凝胶为聚乙烯醇，在酶液中的质量占比为0.1％
‑
10％；水凝胶混合交联剂选自硼酸、戊二醛、己二醛、柠檬酸、草酸、单宁酸、富马酸、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、2,3
‑
二甲基马来酸酐、2,3
‑
二苯基马来酸酐中的两种或多种。3.根据权利要求2所述的一种动态乳酸传感器膜，其特征在于：所述酶在酶液中占比为5％，所述保护剂与酶的比例为2:1，所述水凝胶在酶液中的质量占比选择2.5％。4.根据权利要求1所述的一种动态乳酸传感器膜，其特征在于：所述干扰层选择醋酸纤维素，质量浓度在0.1％
‑
5％范围内。5.根据权利要求1所述的一种动态乳酸传感器膜，其特征在于：PEBA与富氧聚合物的质量比控制在10：1
‑
1:1范围。6.一种动态乳酸传感器膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：使用PEBA和DMF配比得到PEBA溶液；所述PEBA与DMF的质量比范围为1:1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭劲宏，褚正康，
申请(专利权)人：重庆联芯致康生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：