[发明专利]一种离子响应型智能聚合物修饰的多孔膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及材料分析化学、生物化学和有机化学领域。本发明受生物体内细胞膜离子通道的启发，提供一种智能响应性聚合物修饰的多孔膜材料及其制备方法，该多孔膜材料包括多孔膜和接枝到所述多孔膜的孔道内表面的智能响应性聚合物。通过表面引发—原子转移自由基聚合的方法，将对钙离子具有响应性的智能聚合物修饰到多孔膜的孔道内，以构建仿生人工离子通道，并制备出具有选择性、响应性和可控性的传感器件。钙离子通过纳米通道时，与孔道内表面修饰的智能聚合物的结合造成后者构象发生剧烈变化，从而导致孔道有效直径变小，通过皮安计测量孔道电流的变化最终实现了对钙离子及其类似金属离子超灵敏性检测，对生物、化学和材料学，尤其是生物传感领域及生物分离领域都有着十分重要的理论和实际意义。

技术领域

本发明涉及智能响应性聚合物在无机多孔膜材料表面的修饰。同时还进一步涉及该聚合物修饰的多孔膜材料在检测钙离子中的应用。和常规的同位素标记、色谱分离和质谱检测的方法相比，聚合物修饰的多孔膜材料在检测钙离子时，具有检测灵敏度高，检测速度快，操作简便，成本低廉的优点。非常适用于复杂生物体系中快速动态地监测钙离子含量变化，并对其它类似金属离子做出一定区分。

背景技术

人体内钙离子是细胞内参与调节物质代谢和生物学功能的重要物质，是一种重要的生命信息传递第二信使。钙是人体中含量最多的矿物元素,被称为生命元素,约占体重1.5％～2％,成人的体内钙总量可达1200～1300g,其中99.7％存在于骨骼和牙齿中,0.2％～0.3％存在于软组织,组织间液和血液中。由维生素D3、甲状旁腺激素、降钙素、雌激素与睾丸酮等数种激素的联合调解作用,人体的血钙水平恒定地维持在2.5mmol/L(2.25～2.75mmol/L)。钙在人体内的作用十分广泛，它除维持骨骼动态平衡外还参与生命的新陈代谢,从肌肉收缩,心胀跳动到大脑思维活动,以及内分泌、免疫系统都离不开钙的参加。在体内可以促进心肌细胞的存活，增强心肌细胞抗损伤、抗缺血和缺氧能力；促进钙离子向心肌细胞内流动，增强磷酸化作用，促进兴奋-收缩偶联，提高心肌细胞收缩力，增加心输出量；同时还扩张外周血管，降低心脏射血阻抗，减轻心脏前后负荷，增加心排出量，改善心功能。从而对心脏起到营养心肌、正性肌力、舒张血管、抗血小板凝聚和抗心律失常的作用。

钙离子在临床上也是一项重要的生命指标。细胞内钙离子增加，将导致细胞功能异常(减退或衰竭)，是机体衰老的进程。另一方面，人体组织、血液、尿液中的钙离子异常也常常与钙离子浓度的异常紧密相关。它是在人体内广泛存在的一种具有生理活性的重要物质，能调节细胞的多种功能活动。作为激素的第二信使，在细胞内发挥激素调节生理机能和物质代谢作用，能改变细胞膜的功能，增强心肌收缩，并可促进呼吸链氧化酶的活性，改善心肌缺氧，缓解冠心病症状及改善心电图。此外，对糖、脂肪代谢、核酸、蛋白质的合成调节等起着重要的作用。因此，对于生物体钙离子的的动态监控和定量研究成为了生命科学中的热点问题。目前，临床上医护人员通常采用生化分析仪和血气分析仪检测透析液中钙离子的含量，但是这些仪器都是通过对血液或者其他体液的分析测定各种生化指标，但同时此类体外检测方法耗时长，检测时也需要专业的检测人员进行测定，对人员的技术能力要求比较高。综上所述，开发对生物体内痕量的对钙离子具有高选择性和高灵敏度同时方便快捷的传感器，对于进一步研究细胞内信号通路的组成及机理有着重要的意义。本发明受生物体内细胞膜离子通道的启发，通过表面引发—原子转移自由基聚合的方法，将对钙离子具有响应性的智能聚合物修饰到多孔膜的孔道内，以构建仿生人工离子通道，并制备出具有选择性、响应性和可控性的传感器件。钙离子通过纳米通道时，与孔道内表面修饰的智能聚合物的结合造成后者构象发生剧烈变化，从而导致孔道有效直径变小，通过皮安计测量孔道电流的变化最终实现了对钙离子及其类似离子超灵敏性检测，对生物、化学和材料学，尤其是生物传感领域及生物分离领域都有着十分重要的理论和实际意义。

发明内容