[发明专利]一种无标记评估响应性水凝胶响应特征的太赫兹衰减全反射技术平台

说明书

本发明属于太赫兹生物医学检测技术领域，具体涉及一种无标记评估响应性水凝胶响应特征的太赫兹衰减全反射技术平台，所述技术平台由全反射棱镜、水凝胶成型部件和盖片组成，所述水凝胶成型部件位于全反射棱镜表面，并嵌入所述盖片下表面的凹槽内形成反应池，所述盖片上还设置有进样口和出样口，进样口和出样口均通过微流道与反应池连通。还提供了利用所述技术平台评估响应性水凝胶响应性特征的方法。本发明技术平台可直接在全反射棱镜表面聚合成水凝胶网络，获取宽频谱范围内水凝胶的THz本征信号，实现水凝胶的实时、连续表征，减少外界环境变化的干扰，为水凝胶体系的优化提供准确、丰富的数据支撑，有助于提高检测通量。

技术领域

本发明属于太赫兹生物医学检测技术领域，具体涉及一种无标记评估响应性水凝胶响应特征的太赫兹衰减全反射技术平台。

背景技术

太赫兹(Terahertz,THz)波是指频率为0.1THz-10THz的电磁波，是当前生物医学与物理学交叉研究的前沿热点。太赫兹衰减全反射技术是通过波在棱镜表面发生全反射时所产生的倏逝波获取棱镜表面数十微米范围内样本的复介电常数信息。由于THz波对水分子极其敏感(室温下水在ITHz处吸收约为230cm^-1),微弱的水含量变化即可引起明显的THz信号改变。因此，利用THz波具有可探测分子间弱相互作用力、骨架振动和偶极子旋转等的优势，同时具有对物质水含量变化的敏感响应性。

响应性水凝胶是一类具有高含水量和三维网状结构的聚合物，其对特异的环境刺激(如pH、温度、光、压力等)产生相应的物理结构和化学性质变化，表现出显著的溶胀收缩行为或凝胶溶胶相变，宏观体现为凝胶体积和含水量的变化，已被广泛应用于生物传感、药物递送和组织工程等领域。为制备出适应不同应用场景的水凝胶，需着重考虑共聚单体类型、合成条件和交联密度等因素对水凝胶性质的影响，其中交联密度是影响水凝胶功能的关键性因素。例如响应性水凝胶用于生物传感时表现出显著的尺寸依赖性，需优化交联密度动态变化程度，若凝胶结构性孔径尺寸与靶标分子和信号报告分子不匹配，将严重妨碍传感性能；在药物递送和缓释中，交联密度同样是影响载药水凝胶的药物包埋和释放过程的重要因素，特别是胰岛素等智能缓释，需要合适尺度的凝胶孔径变化范围以减少药物在非作用部位的外泄并控制靶部位的释放速度。因此，开发出有效的凝胶响应特征表征平台对于制备符合不同需求的水凝胶具有重要的现实指导意义。

随着研究的不断深入，表征水凝胶性能的技术平台种类繁多，大致可分为有标记和无标记表征技术。目前有标记表征技术主要是以酶学、纳米金等包封入凝胶网络的方式表征凝胶的溶胀或解聚性能，通过检测在引入靶标分子引起凝胶网络溶胀后释放进入外层液体的包封分子以间接表征凝胶响应过程中的交联密度变化，存在包封分子干扰凝胶网络交联、分散不均匀等问题，难以真实还原凝胶网络交联状态的动态变化过程。凝胶的无标记表征技术同样存在缺陷，例如原子力显微镜虽可通过测量凝胶的黏弹性来表征交联密度，并可获得凝胶表面纳米级的结构信息，但这类测量对操作、硬件等要求很高，对于一般的水凝胶表征来说成本太过高昂；基于干涉法的光学平台通过凝胶薄膜的光程差计算凝胶响应过程引起的宏观体积变化，其局限性在于强烈依赖薄膜表面条件且对薄膜倾角变化敏感，造成测量精度欠佳；直接观察凝胶网络结构特征的电镜技术分辨率高达0，1-0·2nm，可观察亚显微结构，但存在样品制备过程复杂、仪器昂贵、需要专业操作人员等不足；此外，有研究利用水在THz波段强烈吸收特点和响应性水凝胶与靶分子特征反应过程的水含量变化特性，将响应性水凝胶修饰与THz超材料芯片上以实现靶分子的液相传感，但是由于需要对超材料芯片表面进行预处理，操作复杂，耗时较长，并且该方法仅能获得太赫兹信号的相对变化强度和固定频段处的响应情况，难以准确获得凝胶网络在宽THz波段范围内的THz复介电常数的绝对值。基于目前表征平台的不足，迫切需要设计出新的表征平台与现有技术手段互补。

发明内容