CN113017995B - 具有尿酸提示功能的成人纸尿裤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成人纸尿裤领域。具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，接触尿液的裤体面层或芯体上设有多孔结构的水凝胶，水凝胶包括乙二醇和表面包覆有配体的显色剂，显色剂材料的分子式如下：BaF₂@CuCl₂。本专利具有尿酸提示功能的成人纸尿裤尤其适合尿酸偏高用户使用。

Description

具有尿酸提示功能的成人纸尿裤

技术领域

本发明涉及成人纸尿裤领域，尤其是具有尿酸提示功能的成人纸尿裤。

背景技术

成人纸尿裤在卧床护理、轻度失禁护理和康复护理中使用率很高，其结构包括防漏底膜、吸收芯体和面层，吸收芯体处于防漏底膜和面层之间。现有的成人纸尿裤没有尿酸检测的功能。

人体尿液的主要成分包含水、无机盐以及有机物等，其中无机物含有尿酸成分。正常人体内新产生与排泄的尿酸质量相当，处于动态平衡的状态，如果体内产生过多的尿酸且不能及时排泄或者尿酸排泄机制退化，会导致体内尿酸滞留过多，当尿酸浓度高时，导致人体体液变酸，影响人体细胞的正常功能，严重时会引发痛风。尿酸的测定方法主要有磷钨酸还原法、尿酸酶-过氧化物酶偶联法、尿酸传感器检测法以及伏安法等[1-4]，这类方法均需要搭配特定的仪器使用，难以实现实时的直观判断。

通过文献调研可知，尿酸的分子式为C₅H₄N₄O₃，其分子结构中含有多个-NH键，显色剂是一种通过与物质反应直接展现出颜色的变化，而常用显色剂不能直接与尿酸发生作用，因此，研发新型的能够与尿酸作用的显色剂，能够调高尿酸检测的准确度并简化检测方法，在一次性护理垫的多功能开发领域具有很好的应用前景。

参考文献

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发明内容

为了丰富成人纸尿裤的种类，本申请的目的是提供一种具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，通过多孔结构的水凝胶吸附尿液，水凝胶中的表面包覆有配体的显色剂遇到尿液后，复合物表面的羟基（-OH）与尿分子中的-NH通过静电吸引作用成键，然后复合物中的氯化铜与尿液中的尿酸作用，形成有机无机络合物，呈现绿色，能够很好地应用于尿酸的定量浓度检测。

为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：

具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，接触尿液的裤体面层或芯体上设有多孔结构的水凝胶，水凝胶包括乙二醇和表面包覆有配体的显色剂，显色剂材料的分子式如下：BaF₂@CuCl₂。

作为优选，水凝胶吸取5-50毫升的尿液，尿液中尿酸浓度低于阈值时水凝胶不显色，当尿液中尿酸浓度高于阈值时水凝胶显示绿色，且尿酸浓度与显色剂颜色的明亮程度呈正比。BaF₂@CuCl₂显色剂表面包覆有水杨酸和EDTA，水杨酸和EDTA的摩尔比为1：（0.3-0.5）。阈值是尿液中尿酸浓度为420μmol/L。水凝胶由去离子水、丙烯酸多缩乙二醇双酯、乙醇、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮和表面包覆有配体的显色剂制成。按质量百分比表面包覆有配体的显色剂占水凝胶整体的10-20%。

作为优选，水凝胶的制备方法包括以下的步骤：（1）将制备的水杨酸与乙二胺四乙酸（EDTA）配体修饰氟化钡-氯化铜复合物显色剂（30毫克）溶于（30-40）毫升去离子水中，然后加入丙烯酸多缩乙二醇双酯（20-25）毫升；（2）在功率大于1KW的超声仪中超声3-6小时，然后加入2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，在室温下搅拌60-80分钟；（3）用功率为2-3W，波长为907纳米的激光器照射上述溶液30-50分钟，在照射的过程中每3分钟加入50微升乙醇，最终获得具有多孔结构的水凝胶。

作为优选，显色剂材料的制备方法包括以下的步骤：

1）将（1-2）毫摩尔乙酸钡与（2-4）毫摩尔氟化铵溶于（4-8）毫升去离子水中，在室温下搅拌（30-60）分钟，其中乙酸钡与氟化铵的摩尔比为1:2；

2）在1）中加入（20-30）毫升油酸与（10-20）毫升十八烯，在室温下搅拌（30-60）分钟，然后转移至水热釜中，并在160^oC-200^oC保温（12-24）小时；

3）将2）中所得产物用环己烷和乙醇混合液（体积比为1:3）离心洗涤（3-5）次，然后将所得纳米晶分散在（4-8）毫升环己烷中；

4）在3）中所得溶液中加入稀盐酸（1.6摩尔/升）1-2毫升，在功率大于1千瓦的超声波清洗仪中超声30-60分钟，然后用乙醇和去离子水混合液（体积比为1:3）离心洗涤（1-2）次，将所得纳米晶分散在（2-4）毫升去离子水中；

5）将乙酸铜（0.5-1）毫摩尔，冰乙酸（5-20）毫升与去离子水（40-60）毫升在室温下搅拌（30-60）分钟；

6）在步骤5）所得溶液中加入步骤（4）所得纳米晶溶液，在室温下搅拌（30-60）分钟；

7）在步骤6）所得溶液中加入稀盐酸（0.3-1）毫升，在室温下搅拌（10-20）分钟；

8）在步骤7）所得溶液中加入水杨酸与EDTA（其摩尔比为1：（0.3-0.5），它们的总摩尔量与乙酸铜相同），在室温下搅拌2-5分钟，然后放置于30-40^oC的烘箱中静置24-48小时，最后将所得显色剂保存在黑色瓶内。

本专利将多孔结构的水凝胶应用于成人纸尿裤，当水凝胶吸附尿液后，水凝胶溶解，水凝胶中的表面包覆有配体的氟化钡-氯化铜复合物显色剂接触尿酸，通过检测尿酸的量即尿酸浓度决定氟化钡-氯化铜复合物显色剂是否显示，即尿液中尿酸浓度低于阈值时水凝胶不显色，当尿液中尿酸浓度高于阈值时水凝胶显示绿色，且尿酸浓度与显色剂颜色的明亮程度呈正比，其明亮程度随着尿酸浓度的加大而逐渐加深。综上所述，本专利具有尿酸提示功能的成人纸尿裤尤其适合尿酸偏高用户使用。

附图说明

图1氟化钡-氯化铜复合物显色剂的电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果。

图2 氟化钡-氯化铜复合物显色剂的透射电子显微镜图。

图3 水杨酸和EDTA双配体包覆的氟化钡-氯化铜复合物显色剂的绿光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图4无表面配体修饰显色剂的绿光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图5 单独水杨酸配体修饰显色剂的绿光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图6 单独EDTA配体修饰显色剂的绿光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图7水凝胶的尿酸浓度检测性能图。

具体实施方式

实验部分

主要试剂：乙酸钡(99.0%)，氟化铵(99.0%)，乙酸铜(99.9%)，冰乙酸 (100%)，油酸，十八烯(90%)，水杨酸，EDTA和尿酸(99%)购买于Sigma-Aldrich公司，环己烷，乙醇，稀盐酸和去离子水购买于国药集团化学试剂有限公司，试验尿液取自成年人。

表征仪器和方法

电感耦合等离子体原子发射光谱(ZX-Z5000-WLD5000，粉末样品，频率50/60 Hz)，透射电子显微镜 (TEM, FEI Tecnai G2 F20) ，光谱仪(FLUROHUB-B, HORIBA JOBINYVON)。

原子发射光谱测试样品的制备：将显色剂冷冻烘干得到粉末状样品；

透射电子显微镜样品的制备：取少许显色剂溶于4毫升乙醇溶液中，超声5分钟后，滴3-6滴液体于超薄碳膜上。

尿酸的检测方法：去一定容量的显色剂，分成若干组，每组中加入不同摩尔量的尿酸，通过荧光光谱仪表征其荧光强度的变化，并拟合出标准曲线。

尿酸的浓度是指单位体积水溶液内尿酸的含量。

BaF₂@CuCl₂的制备

将1毫摩尔乙酸钡与2毫摩尔氟化铵溶于4毫升去离子水中，在室温下搅拌30分钟；然后加入20毫升油酸与10毫升十八烯，在室温下搅拌60分钟，然后转移至水热釜中，并在180^oC保温12小时；将BaF₂用环己烷和乙醇混合液（体积比为1:3）离心洗涤3次，然后将BaF₂纳米晶分散在4毫升环己烷中；在上述溶液中加入稀盐酸1毫升，在功率为1千瓦的超声波清洗仪中超声30分钟，然后用乙醇和去离子水混合液（体积比为1:3）离心洗涤1次，将所得BaF₂纳米晶分散在2毫升去离子水中；将乙酸铜1毫摩尔，冰乙酸10毫升与去离子水40毫升在室温下搅拌30分钟，得到溶液A；在溶液A中加入BaF₂纳米晶溶液，在室温下搅拌60分钟；然后在上述溶液中加入稀盐酸0.5毫升，在室温下搅拌10分钟；随后加入水杨酸与EDTA（其摩尔比为1： 0.4），它们的总摩尔量为1毫摩尔），在室温下搅拌5分钟，然后放置于30^oC的烘箱中静置24小时，最后将所得显色剂保存在黑色瓶内。

水凝胶的制备

将制备的水杨酸与乙二胺四乙酸（EDTA）配体修饰氟化钡-氯化铜复合物显色剂（30毫克）溶于（30-40）毫升去离子水中，然后加入丙烯酸多缩乙二醇双酯（20-25）毫升；在功率大于1KW的超声仪中超声3-6小时，然后加入2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，在室温下搅拌60-80分钟；用功率为2-3W，波长为907纳米的激光器照射上述溶液30-50分钟，在照射的过程中每3分钟加入50微升乙醇，最终获得具有多孔结构的水凝胶。

在水凝胶中均匀分布的显色剂需要与一定量的尿酸作用，才能实现显色，当尿酸浓度低于该临界值时，显色剂不能显色，反之，当尿酸浓度高于该临界值时，显色剂才能显色，将此临界值定义为尿酸浓度的阈值。

成人单次尿液量一般为200-400毫升，本专利设计的多孔结构水凝胶单次能够吸收5-50毫升的尿液，通过水凝胶孔洞的大小控制单次尿酸吸收量的上限，孔洞越大，尿酸吸收速度越快，能吸收的尿酸上限越大，例如单次吸收量为10毫升，其目的是通过比较小的量确认用户是否尿酸浓度偏高。

上述制备方法得到的水凝胶，按质量百分比表面包覆有配体的氟化钡-氯化铜复合物显色剂占水凝胶整体质量的15%，是适用于吸收10毫升的尿液，当需要调整吸收尿液量时，可以通过调节水凝胶中显色剂的质量来实现，比如当显色剂质量为35毫克时，适用于吸收20毫升的尿液。

本专利涉及的水凝胶是在外界光源的照射下， 通过光引发剂的诱导而形成的一种具有三维网络结构的凝胶，显色剂均匀分布在水凝胶的三维网格结构中。

将显色剂颜色的明亮程度，通过荧光强度的数值换成显色指数，显色指数卡与水凝胶的显色指数对应。当尿液中尿酸浓度在正常范围内，即小于420μmol/L时，显色剂不显色，显色指数小于1，当尿液中尿酸浓度超出正常范围，显色剂开始出现颜色，显色指数大于1。显色指数越大，表明所检测尿液中的尿酸浓度偏离正常值的幅度越大。

在不同尿酸浓度条件下，表征水凝胶的显色强度，由于显色强度的数值通常较大，将显色强度值除以某一特殊的数值，将其转换为数值较小的显色指数，结合人体尿酸浓度在生理医学上的意义，制作出显色指数卡，将实际使用后的水凝胶与显色指数卡对比，从而推断出尿液中的尿酸浓度。本专利的具有尿酸提示功能的一次性护理垫属于护理用品，由于用户个体差异，显色指数及其阈值不能做到完全的统一，其检测的精准度也不是100%的精确，本产品尤其适用于轻度尿酸偏高的用户使用，通过检测每天的显色指数，即通过与之前自己的显色指数作比较，判断近期尿酸浓度状况。

上述表面包覆有配体的氟化钡-氯化铜复合物显色剂材料，用于直接检测尿酸时，为了提高检测灵敏度，显色剂的用量大，少量的尿酸便可以导致显色。水凝胶为了实现检测阈值的功能，在制备过程中降低了显色剂的用量，当显色剂的质量百分比低于10%时，水凝胶的显色灵敏度过低，不能实现低浓度尿酸的检测，当显色剂的质量百分比高于20%时，水凝胶的显色灵敏度过高，不能实现尿酸浓度检测的阈值功能。

如图1所示，电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果表明，水杨酸与EDTA配体修饰氟化钡-氯化铜产物中含有Ba、Cu、F和Cl元素，其摩尔百分比分别为17.12%，16.24%，33.85%和32.79%，与原料中添加的摩尔百分比基本一致，说明得到的产物为CaF₂@Li_0.1K_0.9BiI₄。透射电子显微镜分析结果表明产物为无规则形貌。产物的制备过程为：首先是原料中的钡离子与氟离子结合形成油酸包覆的BaF₂，采用盐酸处理去掉表面配体，然后在BaF₂表面形成氯化铜，进一步通过表面修饰，包覆水杨酸与EDTA配体。

水杨酸与EDTA配体修饰氟化钡-氯化铜产物本身为浅白色，在显色剂中加入少量尿酸后，其颜色转变为绿色。其机理解释如下：配体中的羧基与尿酸中的-NH键通过静电吸引作用促使氯化铜与尿酸形成配合物，最终呈现绿色，随着尿酸浓度的不断增大，溶液的颜色逐渐加深，其变化幅度可以通过荧光光谱进行表征。如图3所示，随着尿酸浓度的不断增大，绿光的强度逐渐加强，呈现出明显的正相关，作为标准曲线能够用于尿酸的定量检测。

本专利的显色剂表面包覆的配体是经过殊设计的，为了验证采用水杨酸与EDTA配体修饰氟化钡-氯化铜的重要性，制备了无配体修饰的氟化钡-氯化铜显色剂。如图4所示，在这种显色剂中添加尿酸，没有出现颜色的变化，甚至尿酸的量加大至100微摩尔/升时，显色剂仍没有出现颜色的变化，表明表面配体有助于促进显色剂与尿酸通过表面作用而结合形成配合物。

为了分别验证各配体的作用，分别制备了水杨酸或EDTA单配体修饰的氟化钡-氯化铜复合物。如图5所示，单独的水杨酸配体修饰的氟化钡-氯化铜显色剂中加入尿酸后，绿光的强度增加幅度非常小，且无颜色变化。如图6所示，对于EDTA单配体修饰的氟化钡-氯化铜显色剂，其发光强度几乎不随尿酸浓度的变化而改变，而当溶液中加入过量的Na⁺离子后，显色剂转变为蓝绿色，这表明显色剂颜色的变化是由于EDTA配体吸附过多的Na⁺离子引起的。

本专利的申请人研究过采用聚丙烯酸、水杨酸和EDTA三配体修饰的氟化钡-氯化铜复合物，主要应用于尿显线，将聚丙烯酸、水杨酸和EDTA三配体修饰的氟化钡-氯化铜复合物制备的显色剂中添加尿酸，由于聚丙烯酸与水杨酸互为协同作用，因此检测灵敏度极高，极少量的尿酸便可以导致显色，因此很难实现检测阈值的功能。

图7为实施例中的水凝胶对尿酸的检测数据，可以看出，当尿酸浓度低于420 微摩尔/升时，荧光强度基本没有变化，当尿酸浓度超过420 微摩尔/升时，荧光强度变化非常明显。

本专利采用溶剂热法制备出氟化钡纳米晶，并用盐酸处理去掉表面配体，然后以纳米晶为核，采用室温搅拌法制备出氟化钡-氯化铜复合物显色剂，然后通过表面修饰制备出水杨酸与EDTA配体包覆的氟化钡-氯化铜复合物显色剂。当显色剂中加入尿酸后，溶液出现深绿色，其明亮程度与尿酸浓度成正比例关系，通过拟合绿光强度与尿酸浓度的关系曲线，能够很好地应用于尿酸的定量检测。在氟化钡-氯化铜显色剂中加入正常人的尿液，可以明显看到绿色，其明亮程度随着尿酸浓度的加大而逐渐加深，而且当尿酸浓度达到一定程度后，由于EDTA吸附过多的Na⁺离子，导致显色剂转变为蓝绿色。

Claims (6)

1.具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，其特征在于，接触尿液的裤体面层或芯体上设有多孔结构的水凝胶，水凝胶包括乙二醇和表面包覆有配体的显色剂，显色剂材料的分子式如下：BaF₂@CuCl₂；

水凝胶吸取5-50毫升的尿液，尿液中尿酸浓度低于阈值时水凝胶不显色，当尿液中尿酸浓度高于阈值时水凝胶显示绿色，且尿酸浓度与显色剂颜色的明亮程度呈正比；

水凝胶由去离子水、丙烯酸多缩乙二醇双酯、乙醇、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮和表面包覆有配体的显色剂制成；按质量百分比表面包覆有配体的显色剂占水凝胶整体的10-20%。

2.根据权利要求1所述的具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，其特征在于，BaF₂@CuCl₂显色剂表面包覆有水杨酸和EDTA。

3.根据权利要求1或2所述的具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，阈值是尿液中尿酸浓度为420μmol/L。

4.根据权利要求2所述的具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，其特征在于水杨酸和EDTA的摩尔比为1：（0.3-0.5）。

5.根据权利要求1所述的具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，其特征在于，水凝胶的制备方法包括以下的步骤：（1）将制备的水杨酸与乙二胺四乙酸（EDTA）配体修饰氟化钡-氯化铜复合物显色剂（30毫克）溶于（30-40）毫升去离子水中，然后加入丙烯酸多缩乙二醇双酯（20-25）毫升；（2）在功率大于1KW的超声仪中超声3-6小时，然后加入2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，在室温下搅拌60-80分钟；（3）用功率为2-3W，波长为907纳米的激光器照射上述溶液30-50分钟，在照射的过程中每3分钟加入50微升乙醇，最终获得具有多孔结构的水凝胶。

6.如权利要求1所述的具有尿酸提示功能的成人纸尿裤，其特征在于，显色剂材料的制备方法包括以下的步骤：

1）将（1-2）毫摩尔乙酸钡与（2-4）毫摩尔氟化铵溶于（4-8）毫升去离子水中，在室温下搅拌（30-60）分钟，其中乙酸钡与氟化铵的摩尔比为1:2；

2）在1）中加入（20-30）毫升油酸与（10-20）毫升十八烯，在室温下搅拌（30-60）分钟，然后转移至水热釜中，并在160^oC-200^oC保温（12-24）小时；

3）将2）中所得产物用环己烷和乙醇混合液（体积比为1:3）离心洗涤（3-5）次，然后将所得纳米晶分散在（4-8）毫升环己烷中；

4）在3）中所得溶液中加入稀盐酸（1.6摩尔/升）1-2毫升，在功率大于1千瓦的超声波清洗仪中超声30-60分钟，然后用乙醇和去离子水混合液（体积比为1:3）离心洗涤（1-2）次，将所得纳米晶分散在（2-4）毫升去离子水中；

5）将乙酸铜（0.5-1）毫摩尔，冰乙酸（5-20）毫升与去离子水（40-60）毫升在室温下搅拌（30-60）分钟；

6）在步骤5）所得溶液中加入步骤（4）所得纳米晶溶液，在室温下搅拌（30-60）分钟；

7）在步骤6）所得溶液中加入稀盐酸（0.3-1）毫升，在室温下搅拌（10-20）分钟；

8）在步骤7）所得溶液中加入水杨酸与EDTA（其摩尔比为1：（0.3-0.5），它们的总摩尔量与乙酸铜相同），在室温下搅拌2-5分钟，然后放置于30-40^oC的烘箱中静置24-48小时，最后将所得显色剂保存在黑色瓶内。

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