[发明专利]一种双响应水凝胶及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种对过氧化氢、锌离子双响应水凝胶前体的制备方法，所述方法首先制备Fe‑MOF悬浊液，然后与丙烯酰胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺的缓冲溶液，以及含氧化剂和四甲基乙二胺的溶液进行混合，得到水凝胶前体。然后将水凝胶前体干燥，得到水凝胶。本发明还公开了所述水凝胶前体和水凝胶的用途。根据本发明的制备方法反应时间短、制备方法简单和具有一定普适性。制备的水凝胶材料具有良好的机械性能、比表面积大、三维网络结构、导电性好、具备快速响应变化的性质，可用于电化学传感器中，在生物检测、疾病诊断、食品卫生等领域，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及传感器材料制备领域，具体而言，涉及一种掺杂了锌指肽和Fe-MOF的丙烯酰胺双响应水凝胶及其制备方法和用途，该双响应水凝胶能够针对过氧化氢和锌离子同时产生快速双重响应。

背景技术

水凝胶具有大的比表面积和独特的三维网络结构，因此可以承载大量具有不同功能的分子，被赋予多种功能，如好的导电性、强的电化学信号和优异的催化能力等。同时，水凝胶的微环境可以提高生物分子的稳定性和生物活性。此外，水凝胶的高渗透性可加速小分子和离子的运输，以及电子的快速转移。这些独特的性能使水凝胶在构建电化学免疫传感界面中表现出了巨大的潜力。由于导电水凝胶的三维多孔结构不仅可以增加电化学的有效面积，更能加快物质的传输和电子的转移，因此可大大提高电化学信号。响应性水凝胶是一种有趣的水凝胶，其物理特性可以通过施加如温度、pH值、压力、离子等外部刺激，在不同状态之间切换。由于智能响应水凝胶具有独特的物理或化学特性，它们可以被应用于各种电化学免疫传感器的设计和组装，以实现优异的性能。然而，响应性水凝胶的显著缺点是对状态变化的响应时间相对较长，响应信号强度较低。转换时间可以从几十分钟到几小时不等，导致检测时间长。此外，由于单一反应水凝胶的释放速度不够，导致应用于传感器时，对分析物的电流信号低，检测范围窄。

现有技术中(Qian Pang,Hongtao Hu,Haiqi Zhang,Bianbian Qiao,and Lie Ma,ACS Appl.Mater.Interfaces 2022,14,23,26536–26547)报道了一种双网络、温度响应型离子导电水凝胶的制备过程。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/单宁酸(TA)/Fe³⁺交联网络被引入到N,N-亚甲基二丙烯酰胺交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)网络中。具有良好的拉伸性、快速温度响应性和良好的导电性。此外，PVP/TA/Fe³⁺交联网络的引入使水凝胶具有良好的拉伸性和导电性。基于水凝胶的传感器可以实时检测环境温度，应用于植入式温度传感器检测发烧或感染引起的异常热疗方面。

但上述技术仍具有以下缺陷：1)导电水凝胶对温度的响应信号灵敏度较低。2)该水凝胶对温度的线性范围内读出信号受相变温度影响易出现较大误差。

另一类技术(T.Yao,J.Feng,C.Chu,Z.Ma,H.Han,Sens.Actuators BChem.,2021，348.)提出了一种基于pH响应的ZIF-8胶囊和酶响应的透明质酸水凝胶的新型级联控释系统，用于肿瘤标志物的电化学检测。管中的葡萄糖作为原始触发器，在免疫磁珠上修饰的葡萄糖氧化酶的催化下，可以有效地转化为葡萄糖，提供大量质子。由于受到酸性条件的影响，封装在ZIF-8中的透明质酸酶被释放出来。在含有亚甲基蓝分子的透明质酸水凝胶覆盖的电极上加入透明质酸酶后，水凝胶被依次瓦解，导致亚甲基蓝的释放。在最佳条件下，该方法表对前列腺特异性抗原的检测范围为1×10^-3-1×10²ng mL^-1，超低的检测限为37.27fgmL^-1。

但上述技术仍具有以下缺陷：1)凝胶响应时间长达2h，检测时间太长，限制应用范围。2)凝胶响应信号强度受单一要素影响大，检测灵敏度难以提高。如果能够找到一种释放速度足够的传感基底，就会推进电化学传感的进步。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容