CN105203605A - 一种钙离子生化分析干片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钙离子生化分析干片及其制备方法，属于血气生化传感器技术领域，用于检测体液中的钙离子浓度。本发明干片包括：支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钙离子选择膜。制备金属/金属盐薄片电极，参比层附着于电极上，参比层中氯化钠和氯化钙配比及含水量恒定，钙离子选择膜附着于参比层上制备钙离子选择电极，钙离子选择膜使用丙烯酸酯为粘结剂，盐桥密封于绝缘层，两片钙离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片，测试时待测液与参比液通过盐桥导通。本发明所制备的干片克服传统离子选择电极操作复杂、使用和维护成本高、响应慢、不易携带等缺点，操作简单、响应速度快、体积小，且制备工序简单，生产成本低，适合工业化生产。

Description

一种钙离子生化分析干片及其制备方法

技术领域

本发明涉及血气生化传感器技术领域，特别是涉及一种钙离子生化分析干片及其制备方法。

背景技术

钙是机体生命活动的必需元素之一，在成人体内约含1kg。钙离子是血液中含量最多的阳离子，属于生理活性物质，在生理功能的研究及其临床某些与钙代谢有关的疾病诊断方面，测定钙离子浓度意义重大。

钙离子选择电极法可直接测定血液中钙离子浓度。传统的湿式生化分析检测存在操作复杂、使用和维护成本高、响应慢、不易携带等缺点。新型的电解质检测方法——干式检测，具有测量精确、成本低廉、操作简单等特点，能广泛适用于多种使用环境。

中国专利CN104849335A公开了一种检测血样离子钙含量的方法，其采用湿式生化分析检测方法，操作复杂、响应速度慢，且不易携带。现有专利基本采用丝网印刷技术制备电极，但丝网印刷制得的金属层纯度不够，且表面不均匀，会影响电势的稳定性和响应时间。且现有固态离子选择电极中，均选用聚氯乙烯作为离子选择膜的高分子粘结剂（专利CN101852761A、CN104330449A、CN102636532A、CN101871912A、CN102558724A等）。聚氯乙烯具有较高的强度和化学稳定性，且价格便宜，但其必须添加增塑剂才能确保离子选择膜响应，随着时间的推移，增塑剂和溶解在其中的载体会一起从离子选择膜中渗漏出来，导致离子选择膜响应下限变差，寿命变短。

发明内容

针对现有钙离子选择电极存在的问题，本发明提供一种钙离子生化分析干片及其制备方法，所制备干片测量精度高，长期稳定性好，响应时间短，且结构简单、体积小，制备工艺简单，生产成本低，适合大批量生产。

本发明钙离子生化分析干片包括支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钙离子选择膜。制备工艺如下：（1）制备金属/金属盐薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和钙离子选择膜溶液并干燥制备钙离子选择电极；（3）在绝缘层上开导气孔，盐桥密封于绝缘层内；（4）将两片钙离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片。

本发明中支撑层起保护、支撑钙离子选择电极作用，绝缘层起粘接电极、密封盐桥作用，盐桥起连通电极作用；绝缘层上开有导气孔，测试时可以改善参比液和测试液的流动速率，缩短测试时间；支撑层、绝缘层选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯非导电高分子材料，盐桥为滤纸材料。

电极。本发明电极包括金属层和金属盐层。金属盐层与金属层形成界面电位，具有稳定的电势响应。金属选自金、银、铜、汞、铂、镍。金属盐选自金属层金属的不溶性金属盐。金属盐层可使用金属层金属的氧化物，例如金属卤化物。优选电极银/氯化银电极。

电极金属层附着于不导电高分子材料表面，为提高电极的稳定性、缩短响应时间，本发明可以采用真空镀膜、化学镀或电镀的方式制备金属层，优选化学镀法。使用化学镀法，金属层表面均匀，可瞬间建立相界之间的平衡，形成稳定的响应电势，缩短响应时间。金属盐层可以采用化学氧化的方法制得，使用氯化铁或高锰酸钾溶液对金属层进行氧化。

参比层。参比层成分包括：粘结剂、金属盐、表面活性剂。参比层通过层压或涂布的方式直接附着于电极金属盐层上。

本发明所使用参比层中需含有电极金属盐层相同阴离子和待测阳离子钙离子。根据要求，参比层中可选用金属盐氯化钙，但氯化钙溶解度受温度影响较大，优选金属盐氯化钠与氯化钙复配。氯化钠与氯化钙的配比会直接影响响应电势稳定性，且会影响参比层与离子选择膜的粘接强度，通过改变氯化钠和氯化钙的配比可以提高响应的稳定性，优选氯化钠与氯化钙的配比为1:1，占参比层总质量的20%~50%。

参比层粘结剂选自明胶、琼脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或其它乙烯基聚合物中的一种或几种，占参比层总质量的30%~80%。

为保证参比层与钙离子选择膜的结合强度，防止钙离子生化分析干片响应信号准确性和长期稳定性降低，参比层含水量不能过高或过低，参比层最优含水量为30%~40%。

本发明通过控制参比层的干燥时间、温度、湿度固定参比层中氯化钠与氯化钙配比和含水量，优选干燥条件：25℃、相对湿度50%、干燥40min。

钙离子选择膜。钙离子选择膜成分包括：高分子粘结剂、离子载体、载体溶剂、阴离子干扰剂、表面活性剂。

为降低增塑剂的用量，减少载体流失，提升钙离子选择膜的长期稳定性，本发明使用的高分子粘结剂为丙烯酸酯类材料。其物理和机械性能可控，可减少增塑剂的使用，同时其优异的物理性能可提升离子选择膜与固态电解质参比层的粘附性能，改善离子选择电极的响应信号的稳定性。丙烯酸酯具有较低的扩散系数，有利于获得更广的检测范围，且较小的扩散系数有利于载体均匀分散和抑制载体流失，消除载体流失对响应电势的影响，提升了测试的准确性。丙烯酸酯类粘结剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，优选甲基丙烯酸甲酯，占钙离子选择膜总质量的10%~50%。

离子载体选用对钙离子具有选择性响应的化合物，载体选自(-)-(R,R)-N,N-二-[11-(乙氧羰基)十一烷基]-N,N′,4,5-四甲基-3,6-二氧杂辛烷-二酰胺;二乙基N,N′-[(4R,5R)-4,5-二甲基-1,8-二氧代-3,6-二氧杂亚辛基]双(12-甲氨基月桂酸（ETH1001）、N,N,N′,N′-四[环己基]二甘醇酸二酰胺N,N,N′,N′-四环己基-3-氧杂戊二酰（ETH129）、卡西霉素（A23187）、叔丁基-杯[4]芳烃四[2-(二苯基磷酰基)乙醚]、10,19-双[(十八烷基氨基甲酰基)甲氧基乙酰基]-1,4,7,13,16-五氧杂-10,19-二氮杂环二十一烷（K23E1）中的一种，占钙离子选择膜总质量的0.1%~10%。

载体溶剂要求能溶解离子载体，且与高分子粘结剂具有较好的相容性，确保载体在高分子粘结剂中迁移。通常载体溶剂可作为高分子材料增塑剂使用，选自邻苯二甲酸酯、癸二酸酯、邻硝基苯辛醚、己二酸酯混合芳族脂族磷酸酯中的一种或几种，占钙离子选择膜总质量的20%~80%。

阴离子干扰剂要求可在载体溶剂中溶解，可排除溶液中阴离子（如长链脂肪酸、长链烷基磺酸盐或长链二烷基磷酸盐）靠近离子选择膜，减少对离子载体选择性的干扰，提高电极对阳离子选择的灵敏度，扩大离子选择电极的线性响应范围。选自四苯硼钠、四苯硼钙、四(4-氯苯基)硼酸钙、四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸钠中的一种或几种，通常占钙离子选择膜总质量的0.1%~5%。

表面活性剂选自有机硅或硅氧烷类表面活性剂中的一种或几种，占钙离子选择膜总质量的0.1%~5%。

区别于现有专利中钙离子选择电极，本发明主要优点有：（1）除去了液态电解质层，采用全固态结构，方便快捷，使用时不需要长时间活化；（2）通过调整参比层中氯化钠和氯化钙配比、固定参比层含水量，且使用丙烯酸酯为钙离子选择膜的高分子粘结剂，提升钙离子生化分析干片的测量精度和长期稳定性；（3）制备的金属/金属盐薄片电极表面均匀，大大缩短钙离子生化分析干片响应时间，7s之内可以建立平衡，形成稳定的响应电势；（4）结构简单、体积小，大小为10mm×10mm，易于集成化，可开发成超微型生化分析干片，且制备工艺简单，成本低廉，适于大规模工业化生产。

附图说明

图1为钙离子生化分析干片示意图。

图2为钙离子选择电极（电极、参比层、离子选择膜）示意图。

图3为钙离子生化分析干片测试标准液响应电势曲线。

图4为钙离子选择膜测试不同浓度CaCl₂溶液响应电势。

图5为钙离子生化分析干片特性曲线。

图6为钙离子生化分析干片长期稳定性测试结果。

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，钙离子生化分析干片包括：支撑层1、钙离子选择电极2、绝缘层3、盐桥4。

如图2所示，钙离子选择电极包括：银层21、氯化银层22、参比层23、钙离子选择膜24。

具体实施步骤如下。

用化学镀的方法在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面镀银层，制备银层21。

将银层21前2/3段采用化学法进行氧化。将需要氧化部位的接触电极浸泡在0.1mol/L氯化铁溶液中60s后，取出用纯水清洗干净并干燥，得到氯化银层22。

参比层涂布。将6g聚乙烯醇，1g甘油，1g氯化钠，1g氯化钙，0.02g杀菌剂，0.004g表面活性剂H212溶解于100g水中，将其涂布于氯化银层22上，干燥条件：25℃、相对湿度50%、60min。

钙离子选择膜涂布。将0.1g甲基丙烯酸甲酯，0.1g邻硝基苯辛醚，0.005g卡西霉素，0.002g四苯硼钠，0.005g表面活性剂H212溶解于乙酸乙酯中，并涂布于参比层23上，并室温干燥。

钙离子选择膜24干燥完后，取两片钙离子选择电极2与绝缘层3粘接，固化后将绝缘层3与支撑层1粘接组装干片。

钙离子生化分析干片长期保存条件为：-18~-10℃。

钙离子生化分析干片使用方法，从低温环境下取出时需要在常温下放置1h后使用，测试时保持测试温度37±0.1℃。测试时将干片插入测试槽中，两边孔分别滴加参比液和测试液，所需样本5~10μL。

为了更好的说明本发明的优点，本发明提供4组实验数据，具体如下。

实验1，钙离子生化分析干片测试标准液的响应电势，响应电势与测试时间的曲线如图3所示。

实验2，制备钙离子选择膜测试不同浓度CaCl₂溶液（0.25mmol/L、2.5mmol/L、25mmol/L）响应电势，测试结果如图4所示。

实验3，对钙离子生化分析干片定标。通过已知钙离子浓度标准液（钙离子浓度0.49mmol/L和3.57mmol/L），测试钙离子生化分析干片响应电势，得到电势响应校正曲线。校正方程为：Y=31.1X+6.34，其中Y表示响应电势，X表示logC，C为溶液中钙离子浓度。特性曲线如图5所示。

实验4，钙离子生化分析干片长期稳定性测试，同一批制备的钙离子生化分析干片90天内分别测量标准液（钙离子浓度0.49mmol/L）的响应电势，测试结果如图6所示。

以上所述只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钙离子生化分析干片及其制备方法，其特征在于：所述钙离子生化分析干片包括支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钙离子选择膜；所述钙离子生化分析干片的主要制备步骤包括，（1）制备金属/金属盐薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和钙离子选择膜溶液并干燥制备钙离子选择电极；（3）在绝缘层上开导气孔，盐桥密封于绝缘层内；（4）将两片钙离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片。

2.根据权利要求1所述盐桥、支撑层、绝缘层，其特征在于：所述盐桥为滤纸材料，所述支撑层和绝缘层选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚酯非导电高分子材料。

3.根据权利要求1所述支撑层、绝缘层，其特征在于：所述支撑层和绝缘层为片状结构，厚度0.5~2mm。

4.根据权利要求1所述电极，其特征在于：所述电极为金属/金属盐薄片电极，电极包括金属层和金属盐层；金属层金属选自金、银、铜、汞、铂、镍；金属盐选自金属层金属的不溶性金属盐。

5.根据权利要求1所述电极，其特征在于：所述电极采用化学镀、真空镀或电镀的方式附着于基板上，基板上金属层和金属盐层厚度0.1~10μm。

6.根据权利要求1所述参比层，其特征在于：所述参比层包括粘接剂、金属盐、表面活性剂；金属盐为氯化钠和氯化钙复配，配比为1:1~8:1，占参比层总质量的20%~80%。

7.根据权利要求1所述参比层，其特征在于：所述参比层附着于电极上，干燥温度20~50℃、干燥环境相对湿度25%~50%、干燥时间30~90min，参比层含水量20%~50%。

8.根据权利要求1所述钙离子选择膜，其特征在于：所述钙离子选择膜包括高分子粘接剂、离子载体、载体溶剂、阴离子干扰剂、表面活性剂；高分子粘接剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，占钙离子选择膜总质量的10%~50%。

9.根据权利要求1所述钙离子选择膜，其特征在于：所述钙离子选择膜附着于干燥后参比层上。