阅读说明：本技术 制备亲水玻璃微珠的方法及其应用 (Method for preparing hydrophilic glass beads and application thereof ) 是由 黄志刚 王秀柱 王丽 王伟权 刘金梁 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本文提供了一种制备亲水玻璃微珠的方法,其包括让所述玻璃微珠依次与氢氟酸溶液和尿素溶液接触。本文还提供了经该方法处理的玻璃微珠及其用于免疫检测的用途。本文提供的玻璃微珠处理方法可以在玻璃微珠灌装前随时进行,操作简单,成本低廉,能够解决玻璃微珠柱凝集卡生产过程中产生微小气泡的问题。(Provided herein is a method of preparing hydrophilic glass microspheres comprising sequentially contacting the glass microspheres with a hydrofluoric acid solution and a urea solution. Also provided herein are glass microspheres treated by this method and their use for immunoassays. The glass bead processing method provided by the invention can be carried out at any time before the glass beads are filled, is simple to operate and low in cost, and can solve the problem of generation of micro bubbles in the production process of the glass bead column agglutination card.)

制备亲水玻璃微珠的方法及其应用

技术领域

本文涉及一种制备亲水玻璃微珠的方法，尤其是一种制备可应用于玻璃微珠柱凝集卡生产中减少气泡产生的亲水玻璃微珠的方法。

背景技术

玻璃微珠作为一种硅酸盐材料，具有大小均匀、圆整度高、透光性高、耐化学腐蚀、耐冲击等特点。玻璃微珠在生物医药领域有众多应用，其中包括在柱凝集法(CAT)检测中用于制备微柱或制备具有多个微柱的柱凝集卡。玻璃微珠可用于灌装微柱，在其中作为分离介质。但是，例如在柱凝集卡的生产过程中，由于在狭小空间内投放大量细小的玻璃微珠，会出现空气随投放一同浸入液体试剂中而产生微小气泡的现象。一定量的微小气泡存留于填充柱内，可能对产品的功能产生严重质量影响。

通常，增加玻璃表面的亲水性可改善其对空气以及其他杂质的吸附。目前制备超亲水润湿性玻璃的处理方法主要有以下几种。

1.通过纳米技术、光刻蚀技术、原位气相沉积等在玻璃表面形成微纳米结构。通过该工艺处理的玻璃微珠，具有微纳米结构可控，超亲水能力强的特点，但是形成的微纳米结构脆弱，不能有轻微触碰，并且仪器成本高；

2.通过分子膜、表面官能化等方法修饰玻璃微珠表面基团。这些方法制备的超亲水玻璃微珠合成温度低，化学组分均一，但也存在薄膜也不耐摩擦，超亲水效果维持时间不够长的问题；

3.通过涂敷纳米材料涂层，在玻璃微珠表面获得超亲水能力。该类方法制备的超亲水玻璃微珠亲水性强，并且使用范围广，但多数用于涂敷的纳米材料，不具备普通玻璃的透明性和透光性。

因此，仍有必要对玻璃微珠亲水处理方法进行改进。

发明内容

一方面，本文提供了一种制备亲水玻璃微珠的方法，其包括让所述玻璃微珠依次与氢氟酸溶液和尿素溶液接触。

在一些实施方案中，所述氢氟酸溶液的浓度为5％-15％(wt)。

在一些实施方案中，所述尿素溶液的浓度为1mol/L。

在一些实施方案中，所述玻璃微珠的粒径为70-110μm。

在一些实施方案中，所述方法包括：

1)将所述玻璃微珠以不高于1：5的体积比与所述氢氟酸溶液混合，并在40-50℃条件下反应至少5分钟；

2)用水清洗步骤1)反应后的所述玻璃微珠；

3)将步骤2)清洗后的所述玻璃微珠以不高于1：2.5的体积比与所述尿素溶液混合，并在80-105℃条件下反应至少1小时；以及

4)任选地用水洗涤步骤3)反应后的所述玻璃微珠，并进行干燥。

在一些实施方案中，步骤1)中包括将所述玻璃微珠以1：10的体积比与5％(wt)氢氟酸溶液混合。

在一些实施方案中，步骤3)中包括将所述玻璃微珠以3：10的体积比与所述尿素溶液混合。

在一些实施方案中，步骤3)中在80℃或90℃条件下反应。

另一方面，本文提供了采用上述方法制备的亲水玻璃微珠。

另一方面，本文提供了上述玻璃微珠在免疫检测中的应用。

在一些实施方案中，所述免疫检测为在柱凝集卡中进行血型检测。

本文提供的玻璃微珠处理方法可以在玻璃微珠灌装前随时进行，操作简单，成本低廉，能够解决玻璃微珠柱凝集卡生产过程中产生微小气泡的问题。

具体实施方式

除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员所通常理解的含义。

“玻璃”为常见的非晶无机材料，一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物(例如Na₂O、CaO等)。在一些实施方案中，本文采用的玻璃为硅酸盐玻璃，例如钠钙玻璃、石英玻璃等。“玻璃微珠”大体为球形，粒径可以在1μm-1mm之间，例如，20μm-500μm，或者50μm-200μm。当然，本文提供的方法也可以处理超出此粒径范围的玻璃微珠。

“血型检测”指对血细胞上抗原和/或血浆中相应抗体的检测。常见的血型检测包括红细胞的ABO和Rh检测以及血小板抗体和相关抗体的检测。

本文提供的亲水玻璃微珠制备方法包括在加热条件下依次用氢氟酸溶液和尿素(或称为碳酰胺)溶液与玻璃微珠反应。

在一些实施方案中，采用以下方式让玻璃微珠与氢氟酸溶液反应：在加热情况下将玻璃微珠与浓度为5％-15％(wt)的氢氟酸溶液混合，二者混合体积比为1：5或更小，例如，1：10，1：15，1：20等。反应温度通常保持在40℃以上，例如40-50℃，例如45℃左右。反应时间可以视氢氟酸浓度和反应温度进行调整，通常可以反应5分钟以上，例如10分钟，20分钟等。反应后以清水洗涤玻璃微珠，去除氢氟酸溶液，直至检测到清洗后的水大致为中性(pH6-8)。

在一些实施方案中，采用以下方式让经氢氟酸处理的玻璃微珠与尿素水溶液反应：将玻璃微珠与1mol/L的尿素水溶液混合，其中玻璃微珠与该尿素水溶液的体积比不超过1：2.5(例如体积比为1：3，1：4，1：5等)。在加热情况下让玻璃微珠与尿素反应1小时或更长时间。反应温度优选80-105℃，例如82、85、88、90、95、100℃等。反应后溶液可呈碱性或弱碱性，接着以水清洗玻璃微珠，直至检测到清洗后的水大致为中性(pH6-8)。

在一些更具体的实施方案中，本文提供的亲水玻璃微珠制备方法可包括：

1)用蒸馏水或去离子水配制5-15％(wt)氢氟酸溶液，加热至40-50℃；

2)将玻璃微珠加入氢氟酸溶液中，玻璃微珠总量不大于氢氟酸溶液的20％(vol)；

3)在加热情况下反应时间5分钟或更长时间，反应期间保持匀速搅拌；

4)反应完毕后，静置，待玻璃微珠沉淀后，排出上层酸性溶液液，并用水清洗玻璃微珠，直至清洗后的水呈中性(pH6-8)；

5)将清洗后的玻璃微珠加入预先配制的1mol/L尿素水溶液中，玻璃微珠总量不大于尿素水溶液的40％(vol)；

6)加热玻璃微珠和尿素溶液混合物，在80-90℃的温度下进行反应，反应时间为1小时或更长时间；

7)反应完毕，在玻璃微珠沉淀后，排出上层尿素溶液；

8)用水清洗玻璃微珠，直至清洗后的水呈中性(pH6-8)；

9)烘干玻璃微珠。

我们发现，通过提高玻璃微珠表面亲水性，可减少玻璃微珠柱凝集卡生产过程中玻璃微珠浸润过程的时间，大大减少其应用于玻璃微珠柱凝集生产中产生气泡的数量。

采用本文方法制得的玻璃微珠可用于采用柱凝集法进行检测的多种应用中。例如，可用于各种血型检测卡，包括正定型和反定型微柱的填充。将玻璃微珠填充进微柱后，玻璃微珠之间的间隙起到分子筛的作用，用于阻挡凝集的红细胞。在血型卡离心时，凝集的红细胞大部分位于玻璃微珠柱上方，未凝集的红细胞则会在离心力作用下通过玻璃微珠之间的孔隙到达微柱的底部。因此，通过分离凝集与非凝集红细胞，实现区分阳性和阴性实验结果的目的。

以下提供具体实施例来进一步详细说明。

实施例1制备超亲水玻璃微珠

本实施例采用如下过程制备超亲水玻璃微珠：

1)用纯水(RO渗透膜水机制得)配制5％氢氟酸溶液，加热至40℃，期间保持匀速搅拌；

2)在持续加热、搅拌的条件下，将5％氢氟酸溶液体积10％的玻璃微珠(无锡迈驰生物医药科技有限公司，粒径70-110微米)加入氢氟酸溶液中，反应5分钟；

3)排出酸液，用纯水清洗玻璃微珠，直至清洗后的废水呈中性(pH6-8)；

4)配制1mol/L尿素溶液，加热至80℃，期间保持匀速搅拌；

5)在持续加热、搅拌条件下，将尿素溶液30％体积的清洗后的玻璃微珠加入尿素溶液中；在80℃的温度下，反应1小时；

6)排出尿素溶液；

7)用水清洗玻璃微珠，直至清洗后的水呈中性(pH6-8)；

8)105℃烘干玻璃微珠。

实施例2制备超亲水玻璃微珠

本实施例采用如下过程制备超亲水玻璃微珠：

1)用纯水(RO渗透膜水机制得)配制5％氢氟酸溶液，加热至50℃，期间保持匀速搅拌；

2)在持续加热、搅拌的条件下，按体积计，将5％氢氟酸溶液体积20％玻璃微珠(无锡迈驰生物医药科技有限公司，粒径70-110微米)加入5％氢氟酸溶液中，反应5分钟；

3)排出酸液，用纯水清洗玻璃微珠，直至清洗后的废水呈中性(pH6-8)

4)配制1mol/L尿素溶液，加热至90℃，期间保持匀速搅拌；

5)在持续加热、搅拌的条件下，按体积计，将尿素溶液的30％体积的清洗后的玻璃微珠加入1mol/L尿素溶液中；在90℃的温度下，反应1小时；

6)排出尿素溶液；

7)用水清洗玻璃微珠，直至清洗后的水呈中性(pH6-8)；

8)105℃烘干玻璃微珠。

实施例3气泡数量检测

对未经处理的普通玻璃微珠以及实施例1和2经亲水处理的玻璃微珠分别进行灌装生产测试。采用定制的血型卡进行生产灌装。制作血型卡的材质为聚丙烯(PP)，每张血型卡上设置6个微柱，微柱截面为椭圆形，长轴3.5mm，短轴2.0mm，微柱长度17.0mm。每种玻璃微珠分别灌装500片血型卡，每片6个微柱。每个微柱灌装量为液体23μL，玻璃微珠30μL。所用的液体为血型卡反定型工作液，配方为：咪唑9.600g，氯化钠23.320g，水杨酸钠0.840g，叠氮钠1.940g，乙二胺四乙酸9.920g，牛血清白蛋白20.00g，37％盐酸3mL；溶解于1000mL纯水。

灌装时发现，普通玻璃微珠会在液体表面停留5-10秒后才会全部沉入液体中，而实施例1和2制备的亲水玻璃微珠由于其具有的超亲水性，投入后直接沉入液体中，无目视可见停留。

分别在灌装后的第3天、第7天、第15天、第30天、第60天、第90天进行气泡观察。普通玻璃微珠总检出气泡1692个，实施例1和2制备的亲水玻璃微珠各检出气泡18个。详细数据见下表1。

表1玻璃微珠灌装后目视检出气泡数量(个)

由检测结果可知，通过本文提供的制备亲水玻璃微珠的方法提高了玻璃微珠表面亲水性，可以大大减少其应用于玻璃微珠柱凝集生产中产生气泡的数量。

我们分析，气体被玻璃微珠带入液体内的具体情况是玻璃微珠是固体，本身在空气中被气体包裹；投入液体后，液体会排开玻璃微珠表面的气体。在此过程中，会有少量残存气体形成气膜继续包裹在每个玻璃微珠表面。包裹状态下，目视不可见，也不影响灌装柱质量。但随着时间的推移，气膜会因为持续的润湿效应离开玻璃微珠，聚集成可见气泡，进而影响灌装柱质量。经亲水处理的玻璃微珠可能由于亲水性强而极少夹带气体或气膜进入液体，从而减少气泡的产生。

本文提供的玻璃微珠处理方法可以在玻璃微珠灌装前随时进行，操作简单，成本低廉。

采用本文提供的制备亲水玻璃微珠的方法，可制得透光性好、亲水能力强、可触碰、耐摩擦的玻璃微珠，能够解决玻璃微珠柱凝集卡生产过程中产生微小气泡的问题。