[发明专利]一种制备微胶囊pH传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备微胶囊pH传感器的方法。尤其是利用荧光染料分子直接标记到囊壁制备微胶囊pH传感器的方法。

背景技术

H⁺离子对生物体的生命活动起着重要的调控作用，一些生命现象的发生常伴随着细胞内H⁺离子浓度的变化，如细胞分化以及程序化的细胞死亡。因此单细胞水平上pH 的测量对生命机理的解释以及疾病病变的预测具有非常重要的意义。

微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物质。微胶囊的制备方法很多，其中，利用带正电的聚电解质与多价阴离子盐溶液的静电相互作用组装得到聚集体，并在其表面包覆二氧化硅纳米粒子后用硅酸处理形成胶囊壳层的技术路线是较为新颖的一种制备方法，具有制备方法简单、尺寸可调等优点。微胶囊的形状以球形结构为主，也可为卵圆形、正方形或长方形、多角形及各种不规则形状。微胶囊在食品、药物、化妆品、生物工程和组织工程中都有十分重要的应用。

微胶囊做为pH传感器有很多优点：一方面由于微胶囊的囊壁具有半透膜性质，小分子的分析物可以自由透过，而大分子物质（如蛋白质）则不能透过；因此可以保护染料分子，避免细胞内的蛋白粘附影响其荧光性能，同时也可以降低染料分子对细胞的毒害。另一方面，pH敏感的荧光染料和pH惰性的荧光染料可同时包埋到微胶囊内部或共价标记到囊壁上，从而实现比率荧光测量，避免实验中一些不确定因素（荧光染料包埋和标记的不均匀性，荧光染料浓度的不确定性，激发光源的波动）的影响，使测量更加准确。

通常的微胶囊pH传感器的制备方法是首先将荧光染料分子标记的葡聚糖包埋到模板微粒中，并在其表面组装多层膜后去除模板，从而将单种pH敏感的染料分子包埋在微胶囊内部。但是该制备方法存在原料昂贵，利用效率低且pH动态测试范围较窄的缺点，尤其是通过层层组装制备微胶囊的囊壁步骤较多，需要耗费较多的时间，这些缺点限制了其推广和应用。

发明内容

    本发明的目的是提供一种简便快速的利用荧光染料分子直接标记到囊壁制备微胶囊pH传感器的方法。

本发明的制备微胶囊pH传感器的方法，包括以下步骤：

1）在超声条件下，将多价阴离子盐溶液和浓度为2mg/mL侧链带有氨基的聚电解质溶液按体积比2.5：1混合组装成聚集体，多价阴离子盐所带的全部负电荷与聚电解质的氨基正电荷数之比为10：1，超声时间10秒，然后静置1～30分钟； 

2）超声条件下向步骤1）得到的溶液中加入pH 3.5的质量浓度为1.2 % 的二氧化硅纳米粒子溶液，二氧化硅纳米粒子溶液与步骤1）中所用的侧链带氨基的聚电解质溶液的体积比为2.5：1，超声20秒后静置2小时，得到二氧化硅纳米粒子包覆在聚集体外层的微球悬浮液；

3）将正硅酸乙酯、纯水与0.1mol/L盐酸按体积比为1.2：97.8：1混合，正硅酸乙酯盐酸溶液与步骤1）中所用的侧链带氨基的聚电解质溶液的体积比为2.5：1，得到正硅酸乙酯的盐酸溶液，将该溶液静置1小时后加入到步骤2）得到的微球的悬浮液中，搅拌使硅酸逐渐沉积在微球表面的二氧化硅粒子层中，离心用水反复洗涤去除未沉积的硅酸溶液，得到具有中空结构的微胶囊；

  4）取步骤3）所得的微胶囊，分散在pH 9.4的NaHCO₃/Na₂CO₃缓冲液中，加入pH敏感的荧光染料和作为参比的pH惰性的荧光染料，pH敏感的荧光染料和pH惰性的荧光染料的质量比为1:1～1:3，搅拌反应12小时后离心水洗，得到微胶囊pH传感器。

本发明中，所述的多价阴离子盐溶液是磷酸氢二钠、柠檬酸三钠或乙二胺四乙酸四钠；所述的侧链带有氨基的聚电解质是聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）、聚赖氨酸（PLL）或聚乙烯亚胺（PEI）；所述的pH敏感的荧光染料是异硫氰酸荧光素（FITC）和异硫氰酸俄勒冈绿（OGITC）中的一种或二种；pH惰性的荧光染料是异硫氰酸四甲基罗丹明（RITC）。