聚氨酯材料、聚氨酯薄膜、生物传感器及其制备方法与流程

本发明涉及医疗器械，特别是涉及一种聚氨酯材料、聚氨酯薄膜、生物传感器及其制备方法。

背景技术：

1、生物传感器是近年来发展迅速、研究活跃的一个技术领域。生物传感器包含酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原或抗体等生物活性材料，待测物质进入传感器后，被生物活性材料分子识别并发生生物反应同时产生信息，这些信息被化学换能器或者物理换能器转化为声、光、电等信号，通过仪器将信号输出，就可以检测到该待测物质及待测物质的浓度。生物传感器因为其特异性、高灵敏、响应快等特点，在医学领域发挥着越来越大的作用，为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法。

2、作为采集人体生理信息的生物传感器，其需要接触人体甚至进入人体，所以要求生物传感器具有很好的生物相容性及与待测物质之间的特异性，如此当传感器进入人体，既能保持良好的生物学性能，又能排除干扰、快速检测到待测物质。正是基于此，生物活性材料的表面需要设置一种生物相容性好，又具有选择透过性的聚合物材料作为传感器的外膜层。

3、以葡萄糖传感器为例，葡萄糖传感器是研究较多、开发较成熟并已市场化的一种生物传感器，外膜层覆盖在生物活性层外。目前市场上的葡萄糖传感器的外膜层采用的是功能化改性的四乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物，比如将磺酸根基团或者聚乙二醇等接枝到四乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物的侧链，从而改善四乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物的生物相容性，并增强其选择透过性。上述的外膜层材料虽然具有良好的生物相容性以及选择透过性等特点，但其成品价格昂贵，不适于大批量推广。也有一些技术采用聚氨酯材料作为葡萄糖传感器的外膜层，但是目前的聚氨酯材料只能使用四氢呋喃及其混合溶剂等试剂溶解，然而采用溶解有聚氨酯的四氢呋喃溶液在葡萄糖传感器的生物活性层表面制备形成外膜层时，由于四氢呋喃会对生物活性材料产生一定损伤，不利于提高生物传感器的质量稳定性。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够用于生物传感器的外膜层且改善生物传感器的质量稳定性的聚氨酯材料、聚氨酯薄膜、生物传感器及其制备方法。

2、本发明第一方面，提供了一种聚氨酯材料，其制备原料包括聚醚多元醇、端羟基硅氧烷、异氰酸酯及扩链剂，所述聚醚多元醇的重均分子量为400～2000，所述端羟基硅氧烷的重均分子量为500～4200；以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为基准，所述端羟基硅氧烷的摩尔含量为30％～70％。

3、上述聚氨酯材料通过聚醚多元醇、端羟基硅氧烷、异氰酸酯及扩链剂等制备原料形成聚氨酯，并控制聚醚多元醇和端羟基硅氧烷在特定重均分子量及特定摩尔比例，可使制得的聚氨酯材料具有良好的生物相容性、选择透过性以及在乙醇中良好的溶解性能，进而使得该聚氨酯材料用于生物传感器中，并在其中的酶等生物活性材料的表面制备形成外膜层时，可以采用对生物活性材料无损伤或损伤小的无水乙醇作为溶剂，而无需采用四氢呋喃等对生物活性材料具有损伤的溶剂，进而避免了四氢呋喃对生物活性材料产生损伤的问题，从而提高了生物传感器的质量稳定性。此外，由于该聚氨酯材料可以直接采用无水乙醇溶解，故而应用于生物传感器的外膜层时，具有生产成本低、易操作、易改良等优点。

4、在其中任意实施方式中，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

5、(1a)所述聚氨酯材料能够溶于体积浓度为80％～99.8％的乙醇；

6、(1b)所述聚氨酯材料于25℃在无水乙醇中达到溶解度时对应形成的溶液中，所述聚氨酯材料的质量含量为5％～20％。

7、在其中任意实施方式中，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

8、(2a)所述聚醚多元醇包括聚乙二醇和聚丁二醇中的至少一种；

9、(2b)所述聚醚多元醇的重均分子量为400～1000；

10、(2c)所述端羟基硅氧烷包括端羟基聚二甲基硅氧烷；

11、(2d)所述端羟基硅氧烷的重均分子量为1000～2000。

12、在其中任意实施方式中，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

13、(3a)所述异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮异氰酸酯中的至少一种；

14、(3b)所述扩链剂包括1,4丁二醇和1,4丁二胺中的至少一种。

15、在其中任意实施方式中，以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为基准，所述端羟基硅氧烷的摩尔含量为50％～60％。

16、在其中任意实施方式中，按物质的量计，以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为10份，所述异氰酸酯为15～25份，所述扩链剂为5～15份。

17、本发明第二方面，提供了一种聚氨酯材料的制备方法，通过如下步骤制备上述聚氨酯材料：

18、将所述聚醚多元醇、所述端羟基硅氧烷与所述异氰酸酯在无氧气氛下进行预聚反应后，再加入所述扩链剂在无氧气氛下进行扩链反应，得到所述聚氨酯材料。

19、在其中任意实施方式中，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：

20、(4a)所述预聚反应的温度为50～90℃，所述预聚反应的时间为1～6h；

21、(4b)所述扩链反应的温度为0℃～90℃，所述扩链反应的时间为0.5～4h；

22、(4c)所述预聚反应在无溶剂的条件下进行。

23、本发明第三方面，提供了一种聚氨酯薄膜，包括上述任一项所述的聚氨酯材料，或如上述任一项所述的制备方法制得的聚氨酯材料。

24、本发明第四方面，提供了一种生物传感器，包括生物活性层和上述聚氨酯薄膜，所述聚氨酯薄膜设于所述生物活性层的外侧。

25、在其中任意实施方式中，所述生物传感器的最外层为所述聚氨酯薄膜；和/或，

26、所述聚氨酯薄膜的厚度为5～20μm。

27、在其中任意实施方式中，所述生物传感器包括改性层、工作层和亲水层中的至少一种，所述改性层、工作层和亲水层中的至少一种为所述聚氨酯薄膜。

28、在其中任意实施方式中，所述生物传感器为葡萄糖传感器，所述生物活性层为葡萄糖氧化酶层。

29、本发明第五方面，提供了一种生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

30、采用乙醇作为溶剂溶解上述任一所述的聚氨酯材料，或如上述任一所述的制备方法制得的聚氨酯材料，得到聚氨酯材料溶液；

31、将聚氨酯材料溶液涂布在生物活性层上，固化形成聚氨酯薄膜。

技术特征：

1.一种聚氨酯材料，其特征在于，其制备原料包括聚醚多元醇、端羟基硅氧烷、异氰酸酯及扩链剂，所述聚醚多元醇的重均分子量为400～2000，所述端羟基硅氧烷的重均分子量为500～4200；以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为基准，所述端羟基硅氧烷的摩尔含量为30％～70％。

2.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

3.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

4.如权利要求1至3任一项所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料满足如下条件中的至少一个：

5.如权利要求1至3任一项所述的聚氨酯材料，其特征在于，以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为基准，所述端羟基硅氧烷的摩尔含量为50％～60％。

6.如权利要求1至3任一项所述的聚氨酯材料，其特征在于，按物质的量计，以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为10份，所述异氰酸酯为15～25份，所述扩链剂为5～15份。

7.一种聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，通过如下步骤制备如权利要求1至6任一项所述的聚氨酯材料：

8.如权利要求7所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：

9.一种聚氨酯薄膜，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的聚氨酯材料，或如权利要求7至8任一项所述的制备方法制得的聚氨酯材料。

10.一种生物传感器，其特征在于，包括生物活性层和权利要求9所述的聚氨酯薄膜，所述聚氨酯薄膜设于所述生物活性层的外侧。

11.如权利要求10所述的生物传感器，其特征在于，所述生物传感器的最外层为所述聚氨酯薄膜；和/或，

12.如权利要求10所述的生物传感器，其特征在于，所述生物传感器包括设于所述生物活性层上的改性层、工作层和亲水层中的至少一种，所述改性层、工作层和亲水层中的至少一种为所述聚氨酯薄膜。

13.如权利要求10至12任一项所述的生物传感器，其特征在于，所述生物传感器为葡萄糖传感器，所述生物活性层为葡萄糖氧化酶层。

14.一种生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种聚氨酯材料、聚氨酯薄膜、生物传感器及其制备方法。该聚氨酯材料，其制备原料包括聚醚多元醇、端羟基硅氧烷、异氰酸酯及扩链剂，所述聚醚多元醇的重均分子量为400～2000，所述端羟基硅氧烷的重均分子量为500～4200；以所述聚醚多元醇和所述端羟基硅氧烷的二者总物质的量为基准，所述端羟基硅氧烷的摩尔含量为30％～70％。本发明避免了现有聚氨酯材料只能溶于四氢呋喃导致生物活性材料易受损的问题，由于本发明的聚氨酯材料可以直接采用无水乙醇溶解，故而应用于生物传感器的外膜层时，具有生物活性材料损伤小、质量稳定性高、生产成本低、易操作、易改良等优点。

技术研发人员：赵礼礼,陈勋,叶小辰,裘丹
受保护的技术使用者：上海微创生命科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16