[发明专利]基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能凝胶与多孔硅复合材料的制备技术，尤其涉及一种基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统。

背景技术

多孔硅属于半导体纳米材料。该材料的制备一般是将单晶硅通过电化学刻蚀法，化学刻蚀法，反应性等离子气刻蚀法等方法获得。经过刻蚀的硅片表面呈规则性多孔结构，其孔径大小可以在制备过程中加以控制。通常电化学刻蚀法对硅片表面孔径有较好的控制能力。调节刻蚀液中氢氟酸的浓度，刻蚀介质，刻蚀电流及硅片的电阻率可以获得孔径不等的多孔硅材料，据报道，其孔径可在2-1000nm范围变化。通过掩膜设计及光刻技术，并结合化学刻蚀、电化学刻蚀，及离子气刻蚀技术则可以在硅片表面形成规则及一定形状的孔道。多孔硅的光学性质已经有大量的报道，其中多孔硅的发光特性已被用于传感器研究和应用领域。此外基于多孔硅对光高反射性能的反射干涉光谱传感器及其响应的原理也已经有报道。近年来的研究表明，多孔硅不仅是一种良好的光学和电子传感器件，同时也是一种潜在的生物医用材料，可用于组织修复，细胞培养载体，药物负载材料。英国DERA研究机构通过实验证明了多孔硅相比于本体硅材料具有更好的生物相容性。多孔硅在体内代谢的产物也已经被证明是无毒的正硅酸盐。这些基础性的研究工作开辟了多孔硅在生物医学领域的应用。然而，由于多孔硅在体内的不稳定性，将其直接应用于体内生理参数监测的埋植式生物传感器将受到限制。此外多孔硅直接用于药物载体时对药物释放的控制能力较差，其动力学过程仅受孔道内药物扩散过程控制。基于上述情况，寻找一种即能提高多孔硅在生物体内的稳定性，又能根据体内生理参数的变化有效控制多孔硅内药物释放速率的新方法非常必要。

智能凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的凝胶。外界刺激可以是温度、pH值、溶剂、电解质离子浓度、光、化学与生物物质等。根据对外界刺激的响应情况，智能凝胶分为：温度响应性水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝胶等。由于智能型凝胶的独特响应性，在化学记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景。20世纪80年代，日本学者Tanaka开创了智能凝胶对温度，电磁场，光，pH，溶剂，离子等环境因素响应的系统研究，此后，一些基于智能凝胶的生物医学产品也相继得到开发并实现商业化。如德国的GeSiM公司研制的智能水凝胶微流控阀门已经得到商业应用。然而单独采用智能凝胶作为生物传感材料或药物释放材料也存在诸多缺陷，如凝胶对环境物理化学参数变化作出的溶胀响应信号无法被动态检测；凝胶对被包埋药物的强吸附有可能大大降低药物的释放量等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统，它主要由光源、光谱仪、反射光纤探头、底座、智能凝胶多孔硅复合材料、有机玻璃片、计算机和蠕动泵组成；其中，有机玻璃片具有液体试样入口和液体试样出口，多孔硅片置于有机玻璃片和底座之间，有机玻璃片和底座相连，光源、光谱仪和反射光纤探头彼此之间通过光导纤维相连，计算机与光谱仪相连，反射光纤探头置于智能凝胶多孔硅复合材料上方，蠕动泵与有机玻璃片的液体试样入口相连。

进一步地，所述智能凝胶多孔硅复合材料主要由智能凝胶单体或线性高分子在多孔硅表面通过原位聚合或交联反应覆盖在其表面上组成；其中，智能凝胶包括丙烯酰胺类凝胶，丙烯酸类凝胶，聚亚氨类凝胶，聚乳酸类凝胶，聚乙烯醇类凝胶，琼脂糖凝胶，胶原质，壳聚糖凝胶，交联角蛋白，以及上述凝胶单体的共聚，或共混高分子凝胶，也可以是上述有机高分子与无机材料的复合凝胶。

本发明的有益效果是：本发明可以实现对溶液pH、温度、离子强度、溶剂、化学与生化物质(酶、底物、抗原、DNA)浓度等一种或多种信号的检测与分析，同时能够实现对药物的释放控制。选择性高、灵敏度高、结构简单、成本低，可以实现药物的选择性释放及实时检测。所制备的材料可用于生物传感，创伤修复，药物控释，及创伤面感染程度的检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中，1、光源，2、光谱仪，3、反射光纤探头，4、液体试样入口，5、液体试样出口，6、底座，7、智能凝胶多孔硅复合材料，8、螺丝，9、有机玻璃片，10、计算机，11、蠕动泵。

具体实施方式