[发明专利]一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：步骤一、制备二氧化硅纳米粒子组装后的正结构光子晶体微球，将其浸泡在可光致交联的硬性水凝胶前体溶液中，辐照固化，得到一次灌胶光子晶体微球；步骤二、将一次灌胶光子晶体微球中的二氧化硅纳米粒子腐蚀掉，得到反蛋白石光子晶体微粒支架；步骤三、将荧光探针和海藻酸钠溶液混合，将反蛋白石光子晶体微粒支架置于混合溶液中，倒入带有铜离子的盐溶液，离子交联固化后得到碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球。本发明具有检测方便、检测范围广、灵敏、准确等优点。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种水凝胶光子晶体微球，尤其涉及一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球及其制备方法和应用。

背景技术

碱性磷酸酶(ALP)是生物物种中分布最广泛的酶之一。它在核酸，蛋白质和其他生物分子的去磷酸化中起到关键作用，因此在调节细胞功能和信号转导中扮演着重要角色。此外，大量证据表明，人体内ALP水平的异常是多种疾病(如肝脏、内分泌系统、骨组织等疾病)的征兆和诊断指标。因此，需要具有高灵敏度和特异性的ALP检测方法，来辅助评估临床生理和病理状态。到目前为止，研究人员已经建立了多种ALP的检测策略，例如化学发光、电化学、拉曼光谱、液相色谱、荧光探针等等。其中，依赖于荧光染料的荧光测定法具有较高的灵敏度和特异性，是一种优选的方案。这些基于荧光的检测已实现了多分子覆盖且获得了理想效果，而检测过程中仍需要专用仪器和复杂操作来进行信号读取。为了解决这一局限性，研究人员将水凝胶材料用作荧光染料的载体，构建分子传感器。这种水凝胶传感器可以被外界刺激引发相变，进而将目标分子信号转换为光学读数，这样便能大大简化检测过程。然而，常规的仅依靠水凝胶本体制成的传感器仍然面临反应时间长的难题，并且检测的准确性和可靠性会受到单信号的限制。因此，需要开发一种新型的快速高效且结果准确的ALP检测平台。

反蛋白石光子晶体微粒是指一种具有微型有序空隙的3D材料。它们遍布表面和内部高度互连的孔洞，提供了巨大的比表面积和丰富的分子结合位点。此外，反蛋白石颗粒的周期性多孔结构会产生光子禁带效应，从而表现出肉眼可见的丰富结构色。将上述相变响应性的水凝胶与反蛋白石光子晶体微粒结合构建的水凝胶光子晶体微球，可以通过相变有效地感应特定的分子刺激。因此，水凝胶光子晶体微球已广泛用于检测各种靶标，包括离子、小分子和生物大分子。然而，大多数水凝胶对ALP没有响应性，因此很难直接用于ALP的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球及其制备方法和在碱性磷酸酶检测中的应用，该方法采用硬性反蛋白石光子晶体作为支架，在其上覆盖能产生特异性相变响应的水凝胶，制备出可同时表现荧光和结构色的微球，解决了传统依靠水凝胶本体进行检测存在的反应时间长、灵敏度准确性较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球的制备方法，具有这样的特征：包括如下步骤：

步骤一、通过微流控芯片制备二氧化硅纳米粒子组装后的正结构光子晶体微球，将正结构光子晶体微球浸泡在可光致交联的硬性水凝胶前体溶液中，随后辐照固化，剥离得到一次灌胶光子晶体微球；

步骤二、将所述一次灌胶光子晶体微球中的二氧化硅纳米粒子腐蚀掉，得到仅由硬性水凝胶构成的多孔的反蛋白石光子晶体微粒支架；

步骤三、将荧光探针和海藻酸钠溶液混合，将所述反蛋白石光子晶体微粒支架置于混合溶液中，倒入带有铜离子的盐溶液，保持震荡摇匀，直至全部凝胶化(即离子交联固化后)，剥离出微粒，即为碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球。该碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球的外层为固化后包含荧光探针的海藻酸铜水凝胶。

进一步，本发明提供一种碱性磷酸酶响应性水凝胶光子晶体微球的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中，所述的微流控芯片选自毛细管组装芯片、玻璃/硅材料芯片、有机橡胶及塑料材料芯片中的一种。