發(fā)布時(shí)間：2018-02-03 15:12

  本文關(guān)鍵詞： 生物相容性 非特異性蛋白吸附 兩性離子材料 植入式生物傳感器 葡萄糖氧化酶　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在植入式傳感器開發(fā)中,傳感器在體內(nèi)使用的長期穩(wěn)定性是最重要的性能指標(biāo)之一。尤其是近幾十年的研究已經(jīng)大大提高了傳感器的靈敏度、線性區(qū)間、準(zhǔn)確性等指標(biāo)[1],使得穩(wěn)定性的重要性尤為突出。植入式傳感器在體內(nèi)復(fù)雜生理?xiàng)l件下工作,受排異反應(yīng)(foreign body reaction,FBR)等諸多因素影響。其中非特異性蛋白質(zhì)吸附,又稱生物污染(biofouling)是最早發(fā)生的關(guān)鍵反應(yīng)。盡管近年來已經(jīng)有不少研究在抗生物污染材料上取得了一些進(jìn)展,針對植入式傳感器的相關(guān)研究并不多見。這些抗污材料如何應(yīng)用到生物傳感器,它們對傳感器長期工作的穩(wěn)定性有何影響等諸多問題都值得研究。本文以兩性離子材料硫代甜菜堿丙烯酸甲酯(SBMA)為主要對象,通過電聚合、電化學(xué)誘發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(eATRP)等方法;研究了聚硫代甜菜堿丙烯酸甲酯(pSBMA)包被在植入式傳感器上的性質(zhì)、表征、抗蛋白吸附特性;并研究了其在體外、體內(nèi)環(huán)境下對傳感器綜合性能的影響。主要工作內(nèi)容如下:第一,通過使用常規(guī)電聚合方法,可以將SBMA單體聚合到電極表面;結(jié)果表明,SBMA單體可以通過循環(huán)伏安法聚合(CVA)方式聚合到金屬電極表面,其厚度隨循環(huán)數(shù)增加;聚合物層抗吸附能力與膜厚有關(guān),非常薄的涂層即可獲得良好的抗吸附能力。實(shí)驗(yàn)中在2循環(huán),21nm厚的涂層上取得了最佳抗污效果,其相對蛋白吸附率為21.4%。更厚的涂層并不能帶來更好的性能。體外血清蛋白吸附實(shí)驗(yàn)顯示,PSBMA涂層可有效延長葡萄糖傳感器使用壽命。第二,利用eATRP技術(shù),成功將SBMA單體聚合到金電極表面;同時(shí),初步研究了不同的聚合條件包括聚合電壓、聚合時(shí)間對聚合物厚度、抗蛋白吸附能力的影響;隨后對聚合物進(jìn)行了表征;最后分別從體外模擬和體內(nèi)植入兩個(gè)方面,對電極實(shí)際性能做了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,通過eATRP技術(shù),兩性離子材料SBMA可以聚合到金電極表面,其聚合速度受到工作電壓影響;通過控制工作電壓,可以精細(xì)調(diào)整[Cu+],進(jìn)而控制聚合速度,同時(shí),聚合速度還影響了聚合物抗吸附性能。通過酶聯(lián)免疫吸附測試(ELISA)可知,電誘導(dǎo)聚合的pSBMA涂層具有優(yōu)異的抗蛋白吸附效果,可以使蛋白吸附量降低到對照的0.8%,這一結(jié)果優(yōu)于大部分其他研究。在體外電極阻抗測試中,pSBMA涂層可以大大縮短電極進(jìn)入平衡狀態(tài)的時(shí)間(數(shù)分鐘);可有效降低電極整體阻抗,減小工作電流衰減,;動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得一致結(jié)果。第三,研究開發(fā)了一種制備酶傳感器電極的通用方法,提出整體二次溴化技術(shù),可以在保持酶活性的前提下,利用eATRP技術(shù),在具有復(fù)雜表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的酶電極表面聚合有極低蛋白吸附能力的PSBMA涂層。通過ELISA比較具有不同涂層的電極表面吸附蛋白情況說明,裸鉑電極、聚苯胺(pANi)包被電極、聚氨酯(PU)包被電極都會(huì)強(qiáng)烈吸附蛋白,pSBMA涂層可以有效降低蛋白吸附量。在對電極進(jìn)行整體二次溴化之后,pSBMA涂層缺陷更少,生物抗污能力將進(jìn)一步提高。在對比不同聚合時(shí)間的影響后,發(fā)現(xiàn)-0.4V工作電壓下,聚合3小時(shí)的凝膠層最多可以抑制超過99%的蛋白質(zhì)非特異性吸附。體外模擬測試中,包被電極置于在37℃未稀釋血清環(huán)境中儲(chǔ)存15天,同時(shí)能夠保持最多94%的相對靈敏度,且相對靈敏度漂移小于7%,同期PU包被電極靈敏度損失超過30%。pSBMA涂層性能明顯優(yōu)于PU涂層電極,在總體穩(wěn)定性上,也優(yōu)于商業(yè)運(yùn)用的Dexcom G4葡萄糖傳感器電極。
[Abstract]:In the development of implantable sensors , the long - term stability of the sensor in vivo is one of the most important performance indicators . Especially in recent decades , the properties , characteristics and anti - protein adsorption properties of the sensor have been greatly improved . In vitro electrode impedance test , it was found that the pSBMA coating had excellent anti - protein adsorption effect .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R318.08;TP212

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