專利名稱：一種微創(chuàng)血糖檢測微針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種微創(chuàng)血糖檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，具有增強(qiáng)拉曼信號的微創(chuàng)血糖的檢測微針。
背景技術(shù)：
糖尿病(I型和II型)已成為ー種重要的危及健康的疾病，且趨向于年輕化。用于診斷、監(jiān)護(hù)與治療糖尿病的費(fèi)用逐年上升。糖尿病患者因體內(nèi)血糖水平的大幅波動引起多種并發(fā)癥，包括腎臟疾病、心臟疾病、失明、神經(jīng)損傷以及壞疽。針對不同類型的糖尿病，目前的治療方法主要是通過頻繁的監(jiān)測血糖水平，結(jié)合適當(dāng)?shù)娘嬍场⑺幬锓煤鸵葝u素注射。大部分患者用指尖采血的裝置獲得少許血樣檢測血糖水平，而后用間接的電化學(xué)監(jiān)測法監(jiān)測由葡糖。利用這種頻繁采集血樣雖然痛苦且不便，但是如多數(shù)患者不能及時、頻繁地監(jiān)測他們的血糖水平會患上各種并發(fā)癥的危險，因此更快速、更便捷、能減輕痛處并且頻繁使用 的檢測血糖水平的技術(shù)方法將惠及個人、醫(yī)療事業(yè)乃至全社會。正因?yàn)檫@個問題的重要性，很多研究組致カ于研究微創(chuàng)、生物相容性好、定量精確的血糖檢測技木。作為ー項(xiàng)頗有前景的技木，中紅外吸收對溫度、PH值、和水的競爭性吸收極為敏感。目前的中紅外吸收研究利用了ー個留置的探針來降低復(fù)雜因素的影響。在激光偏振測定中發(fā)展處另一中方法，即利用手性分子(如葡萄糖)使偏振光在穿過眼睛的房水時發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這項(xiàng)技術(shù)可以在體檢測濃度低達(dá)〗。!^/!!!!^ ^!!]!)的葡萄糖。然而房水的其他組成成分，(如抗壞血酸鹽、白蛋白)的旋光性和角膜的雙折射作用，使這種方法極難實(shí)現(xiàn)。葡萄糖的間接檢測也可以通過熒光或其它光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但被分析物相似的生物分子可能干擾這種需要多步處理的方法，從而產(chǎn)生假陽性結(jié)果。在中醫(yī)中通過將針灸針插入人體來進(jìn)行治療的方法已使用了幾千年，它的主要特點(diǎn)是治療過程中的微創(chuàng)性，所以針灸針是ー種出入人體驗(yàn)生活的理想的微創(chuàng)的工具.針灸針將用作載體荷載具有增強(qiáng)拉曼和熒光信號的納米材料形成出入人體的檢測微針.當(dāng)微針進(jìn)入體內(nèi)或組織時，組織液會擴(kuò)散到金納米殼之間的間隙內(nèi)，當(dāng)微針被拔出時，可以將組織液中的待測分子攜帯出來.體外的表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測可避免拉曼信號在組織中的衰減，同時根據(jù)檢測微針刺入的深度可以得到一定深度的皮下組織的增強(qiáng)拉曼信號.

實(shí)用新型內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是提供一種微創(chuàng)血糖檢測探針，具有用于體內(nèi)或體外葡萄糖檢測的特點(diǎn)。本實(shí)用新型將醫(yī)用針灸針作為檢測微針的制備主體，利用檢測探針針身覆蓋的金屬納米材料表面具有PH響應(yīng)的分子的增強(qiáng)拉曼信號的變化測定葡萄糖水平，實(shí)用新型一種可用于體外和體內(nèi)的微創(chuàng)的葡萄糖檢測方法。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型所述的ー種微創(chuàng)血糖檢測微針，包括依次連接的針柄、針身及針尖，在針身及針尖的表面上覆蓋有由pH響應(yīng)分子修飾的金屬納米材料層，在金屬納米材料層上包覆有多孔的高分子材料層，在多孔的高分子材料層表面或孔中吸附有葡萄糖氧化酶，所述的金屬納米材料粒徑為20-1000nm。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本實(shí)用新型與現(xiàn)有商業(yè)化的檢測技術(shù)相比，不需要取血，而且是微創(chuàng)的；本實(shí)用新型不僅可以檢測外周血的血糖濃度，而且還可以微創(chuàng)檢測生物體軟組織的組織液中的葡萄糖濃度。有研究表明生物酶固定在納米材料表面有利于保持酶的活性，也就是說本實(shí)用新型的產(chǎn)品有利于長時間保存。(2)本實(shí)用新型與同類光學(xué)分析技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)血糖的在體檢測，且對生物體的傷害小。(3)本實(shí)用新型的血糖檢測微針是基于針灸針制備的，也就是說，在針灸保健或治 療時，就可以進(jìn)行血糖的檢測。

圖I是ー種具有增強(qiáng)拉曼和熒光信號的檢測微針結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是ー種具有增強(qiáng)拉曼和熒光信號的檢測微針光學(xué)增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是檢測微針表面吸附了金屬納米材料的電鏡圖，。圖4是檢測微針表面的金屬納米材料層外包被的多孔高分子材料層的電鏡圖。圖5是葡萄糖響應(yīng)的檢測微針的微觀示意圖(21 :針灸針；22 :金屬殼層；23 :介電核體；24 pH響應(yīng)的分子；25 :高分子層；26 :孔隙；27 :葡萄糖氧化酶)。圖6是pH響應(yīng)的檢測微針在不同pH溶液中SERS1143/SERS118Q的比值圖。圖7是葡萄糖響應(yīng)的檢測微針在不同葡萄糖溶液中SERS1143/SERS118(i的比值圖。圖8是用微創(chuàng)血糖微針檢測大白兔組織中葡萄糖濃度所得的拉曼光譜圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的ー種微創(chuàng)血糖檢測微針，包括依次連接的針柄、針身及針尖，在針身及針尖的表面上覆蓋有由PH響應(yīng)分子修飾的金屬納米材料層，在金屬納米材料層上包覆有多孔的高分子材料層，在多孔的高分子材料層表面或孔中吸附有葡萄糖氧化酶，所述的金屬納米材料粒徑為20-1000nm。在本實(shí)施例中，多孔的高分子材料層為水不溶解聚苯こ烯層、聚乳酸層、聚氨酯層或聚こ烯丙綸層中的ー種或多種的混合。金屬納米材料層可以是以下四種之ーI)金屬納米材料層為金納米粒子層、銀納米粒子層、銅納米粒子層或鉬納米粒子層。2)金屬納米材料層為球形復(fù)合納米粒子層，所述的球形復(fù)合納米粒子層為金、銀、銅和鉬的兩種或兩種以上的金屬復(fù)合納米粒子層。3)金屬納米材料層為球形的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子層，所述的球形的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子層包括銀核金殼復(fù)合納米粒子層、銅核金銀復(fù)合殼納米粒子層、銅核金銀雙層殼納米粒子層。[0027]4)金屬納米材料層為非金屬的SiO2核金殼、銀殼、銅殼、鉬殼或復(fù)合殼納米粒子層，所述的復(fù)合殼納米粒子為金、銀、銅和鉬中的兩種或兩種以上金屬復(fù)合的殼納米粒子。本實(shí)用新型所述的血糖檢測微針制備方法如下步驟I)在微針的針身和針尖表面至少修飾氨基、醛基、羧基和羥基中的一種基團(tuán)得到功能化的微針，所用方法在本領(lǐng)域是已知的。所述的微針為臨床所用各種類型的針灸針。步驟2)將步驟I的針身和針尖插入濃度為IO8-IO18個粒子/升的金屬納米粒子懸浮液中靜置12-48小時后，取出微針即可；所述的金屬納米粒子層為球形的納米粒子層，可以是單一的金屬納米粒子層包括金納米粒子層、銀納米粒子層、銅納米粒子層、鉬納米粒子層；可以是球形的復(fù)合納米粒子層，即所述的球形復(fù)合納米粒子層為金、銀、銅和鉬的兩種或兩種以上的金屬復(fù)合納米粒 子層，包括金銀復(fù)合納米粒子層及金、銅和鉬復(fù)合納米粒子層；可以是球形的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子層，包括銀核金殼復(fù)合納米粒子層、銅核金銀復(fù)合殼納米粒子層、銅核金銀雙層殼納米粒子層；可以是非金屬的SiO2核金殼、銀殼、銅殼、鉬殼或復(fù)合殼納米粒子層,所述的復(fù)合殼納米粒子為金、銀、銅和鉬中的兩種或兩種以上金屬復(fù)合的殼納米粒子。步驟3)將步驟2處理后的針身和針尖插入高分子溶液中的高分子混合物質(zhì)量與溶液體積比為O. 1-10%的高分子混合物溶液中靜置1-60秒后取出，其中高分子混合物分為水不溶解高分子和水溶解高分子，前者與后者的摩爾比為I : 0.1-1 2，最后用水洗去水溶解高分子；所述的水不溶解高分子溶液可以是聚苯こ烯溶液；可以是聚乳酸溶液；可以是聚氨酯溶液；可以是聚こ烯丙綸溶液。所述的水溶解高分子溶液可以是聚こ烯吡咯烷酮；可以是聚こニ醇。步驟4)將步驟3處理后的針身和針尖插入pH響應(yīng)的分子溶液中，浸泡30分鐘以上，取出后洗去未吸附的PH響應(yīng)的分子；所述的pH響應(yīng)的分子可以是4-巰基苯甲酸；可以是2-巰基吡啶；可以是2-巰基苯硼酸；可以是半胱氨酸。步驟5)將步驟4處理后的針身和針尖插入葡萄糖氧化酶溶液中，37°C兩小時或4°C過夜，取出后洗去未吸附的葡萄糖氧化酶分子，即得微創(chuàng)血糖檢測微針；上述制備的微創(chuàng)血糖檢測微針可以進(jìn)行體外或體內(nèi)的葡萄糖檢測。將上述制備的微創(chuàng)血糖檢測微針直接插入溶液或施針的部位，滯留一定時間后取出并作拉曼檢測，可以檢測溶液或施針部位組織液成分的葡萄糖水平。實(shí)施例I :一種金納米粒子的制備金納米顆粒的制備利用硼氫化鈉還原氯金酸的方法，制備直徑50nm的金納米顆粒。取3ml I %的氯金酸溶液加入攪拌的200ml純水中，再加入Iml O. 2M的碳酸鉀溶液。最后快速加入新鮮配制的O. 5m g/ml硼氫化鈉溶液3ml。溶液由亮黃色變?yōu)樽宵\色再變?yōu)榫萍t色。繼續(xù)攪拌5min，置于4°C冰箱保存?zhèn)溆?。?shí)施例2 : —種銀納米粒子的制備銀納米顆粒的制備利用檸檬酸鈉還原硝酸銀的方法，制備直徑40nm的銀納米顆粒。取3ml I %的硝酸銀溶液加入攪拌的200ml純水中，再加入5ml O. IM的檸檬酸鈉溶液加熱至沸騰，再加熱5分鐘后自然冷卻，溶液有無色逐漸變成亮黃色。到室溫后置于4°C冰箱保存?zhèn)溆谩?shí)施例3 : —種金殼ニ氧化硅核粒子的制備以直徑110納米的球形ニ氧化硅粒子為核制備金納米殼粒子。將5微升3-氨基こ氧基硅烷加到100毫升含I克ニ氧化硅的醇溶膠中，37°C過夜。然后轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)(80°C )固化3小時。離心除去多余的3-氨基こ氧基硅烷即得氨基化的ニ氧化硅。將氨基化的ニ氧化硅加入金納米粒子膠體溶液中攪拌3小時，離心分離出ニ氧化硅/金納米復(fù)合顆粒。將ニ氧化硅/金納米復(fù)合顆粒加入O. 01%氯金酸溶液中，再加入甲醛或雙氧水等還原劑使氯金酸沉積在ニ氧化硅表面形成金納米売。實(shí)施例4 :一種銀核金殼納米粒子的制備調(diào)節(jié)直徑40納米的銀納米粒子溶膠的消光強(qiáng)度至I. 0，取I毫升加入到100毫升 0.01 %的氯金酸溶液中，再加入甲醛或雙氧水等還原劑使氯金酸沉積在銀納米粒子表面形成銀核金殼納米殼粒子。實(shí)施例5 : —種微創(chuàng)血糖檢測微針的制備在針灸針的針身表面修飾巰基得功能化的微針(修飾巰基的方法在本領(lǐng)域是已知的)，調(diào)節(jié)金納米粒子懸浮液使其濃度為I X108—18個/升。再將功能化的微針在金屬納米粒子懸浮液中靜置12-48小時后取出。由于微針表面的巰基和金納米粒子的化學(xué)鍵作用，金納米粒子會吸附在針灸針表面，形成1-2層結(jié)構(gòu)均一的、有增強(qiáng)拉曼和熒光信號的納米結(jié)構(gòu)。再將微針的覆蓋有金屬納米粒子的部分插入聚苯こ烯溶液中，(高分子質(zhì)量與溶液體積比為O. 1-10%，其中聚苯こ烯與聚こニ醇的摩爾比為I : (O. 1-2))中靜置1-60秒后取出，水洗去聚こニ醇；取出室溫放置即可。形成的聚苯こ烯層可以在插入和取出針的過程中保護(hù)金納米粒子不被摩擦棹。形成孔隙可以吸附葡萄糖氧化酶并在插入和取出針的過程中保護(hù)葡萄糖氧化酶不被摩擦棹。再將針身和針尖插入PH響應(yīng)的分子4-巰基苯甲酸溶液中，浸泡30分鐘以上，取出后洗去未吸附的4-巰基苯甲酸。再將針身和針尖插入葡萄糖氧化酶溶液中，37°C兩小時或4°C過夜，取出后洗去未吸附的葡萄糖氧化酶分子，即得檢測微針。圖3所示為針體表面的金殼ニ氧化硅核納米粒子層，圖4所示為金屬納米粒子層表面覆蓋的內(nèi)部有孔隙的聚苯こ烯層。參考圖5，21表示針身和針尖部分，22表示為納米粒子的金殼層，23表示為納米粒子的ニ氧化硅核，24表示為吸附在金屬納米粒子層表面的pH響應(yīng)的信號分子，25表示為金屬納米粒子層表面覆蓋的內(nèi)部有孔隙的聚苯こ烯層，26表示為聚苯こ烯層中的孔隙，27表示為葡萄糖氧化酶。實(shí)施例6 :微創(chuàng)血糖檢測微針的葡萄糖檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線用瓊脂糖水凝膠模擬生物體的軟組織，用系列濃度的葡萄糖溶液(O. 5,0. 7,0. 9、
1.I、I. 3和I. 5g/L)配制重量體積比為I. 5%的瓊脂糖水凝膠。將上述制備的微創(chuàng)葡萄糖檢測微針插入I. 5%的瓊脂糖水凝膠中37°C孵育5-30分鐘，取出測Raman光譜，計(jì)算SERS1143/SERS1180的兩個特征Raman峰的比值。繪制不同孵育時間的葡萄糖濃度與SERS1143/SERS118(I的兩個特征Raman峰的比值的曲線即為葡萄糖檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線。參考圖6、圖7，當(dāng)溶液中葡萄糖濃度不同時，被葡萄糖氧化酶還原后所得的葡萄糖酸的量就不同，溶液的PH也會有所同，圖6、圖7分別表示了當(dāng)溶液中pH、葡萄糖濃度不同時SERS1143/SERS118(i兩個特征峰比值的變化。[0051]實(shí)施例7 :微創(chuàng)血糖檢測微針在體內(nèi)檢測中的應(yīng)用將上述制備的微創(chuàng)血糖檢測微針插入禁食但飲水一晝夜的大白兔的軟組織(肌肉)中，滯留10分鐘，取出測拉曼光譜，計(jì)算光譜中解離和不解離的兩個特征Raman峰的比 值，如圖8所示，SERS1143/SERS1180兩個特征峰比值約為O. 5。在根據(jù)相應(yīng)的葡萄糖檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測液中葡萄糖的濃度為O. 75±0. 12克/升。以商業(yè)化的強(qiáng)生穩(wěn)豪型血糖試紙檢測耳緣靜脈血，葡萄糖的濃度為O. 74±0. 14克/升。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明兩種方法的檢測結(jié)果具有可比性。
權(quán)利要求1.一種微創(chuàng)血糖檢測微針，包括依次連接的針柄(13)、針身(12)及針尖(11)，其特征在于，在針身(12)及針尖(11)的表面上覆蓋有由pH響應(yīng)分子修飾的金屬納米材料層(2)，在金屬納米材料層(2)上包覆有多孔的高分子材料層(3)，在多孔的高分子材料層表面或孔中吸附有葡萄糖氧化酶，所述的金屬納米材料粒徑為20-1000nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微創(chuàng)血糖檢測微針，其特征在于，金屬納米材料層為金納米粒子層、銀納米粒子層、銅納米粒子層或鉬納米粒子層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微創(chuàng)血糖檢測微針，其特征在于，金屬納米材料層為球形的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子層，所述的球形的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子層包括銀核金殼復(fù)合納米粒子層、銅核金銀復(fù)合殼納米粒子層、銅核金銀雙層殼納米粒子層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微創(chuàng)血糖檢測微針，包括依次連接的針柄、針身及針尖，在微針的針身及針尖表面修飾氨基、醛基、羥基和羧基中的一種后，可覆蓋上有由pH響應(yīng)分子修飾的金屬納米材料層，將微針插入由水溶性高分子和水不溶性高分子組成溶液中，可在金屬納米材料層上包覆有多孔的高分子材料層，之后再將微針插入葡萄糖氧化酶溶液中，可使水溶性高分子溶解并在高分子層中產(chǎn)生多個小孔，并在多孔的高分子材料層表面或孔中吸附有葡萄糖氧化酶，所述的金屬納米材料粒徑為20-1000nm。利用檢測微針對于不同濃度的葡萄糖有不同強(qiáng)度的拉曼信號，可以達(dá)到體內(nèi)和體外微創(chuàng)檢測葡萄糖的目的。
文檔編號A61B5/145GK202604833SQ20112045657
公開日2012年12月19日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者董健, 陶琴, 許蓓蓓, 錢衛(wèi)平 申請人:東南大學(xué)