Portable Diagnosis Method of Hyperkalemia Using Potassium-Recognizable Poly(N-isopropylacrylamide-co-benzo-15-crown-5-acrylamide) Copolymers

共聚物 丙烯酰胺 化学 高钾血症 高分子化学 等温过程 聚合物 有机化学 热力学 医学 物理 内分泌学
作者
Hai-Rong Yu,Xiao‐Jie Ju,Rui Xie,Wei Wang,Bao Zhang,Liang‐Yin Chu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:85 (13): 6477-6484 被引量:32
标识
DOI:10.1021/ac401028a
摘要

A novel, simple, portable, and low-cost method for diagnosis of hyperkalemia by using K(+)-recognizable poly(N-isopropylacrylamide-co-benzo-15-crown-5-acrylamide) [poly(NIPAM-co-B15C5Am)] linear copolymer as indicator is presented in this work. The pendent 15-crown-5 units in the linear copolymers can selectively and specifically recognize K(+) to form stable 2:1 "sandwich" host-guest complexes, which cause the copolymer chains to change from the hydrophilic state to the hydrophobic state isothermally, whereas other tested metal ions (e.g., Li(+), Na(+), Cs(+), Mg(2+), Ca(2+), Sr(2+), Ba(2+), Cu(2+), Fe(3+), Pb(2+), Cd(2+), Cr(3+)) cannot be recognized. With increasing the 15-crown-5 content or the K(+) concentration, the poly(NIPAM-co-B15C5Am) linear copolymers exhibit higher sensitivity to K(+). The hyperkalemia can be simply diagnosed by observing the K(+)-induced optical transmittance change of human blood samples with poly(NIPAM-co-B15C5Am) linear copolymer as an indicator. Normal blood samples with low potassium level containing the poly(NIPAM-co-B15C5Am) linear copolymer are almost transparent since the copolymer is hydrophilic and soluble at the operating temperature. However, severe hyperkalemia samples with high potassium level become completely cloudy since the copolymer is hydrophobic and insoluble at this temperature. The presented diagnosis method with poly(NIPAM-co-B15C5Am) linear copolymer as indicator is quite simple and low-cost, and it would bring a new candidate material to design simple and portable tools for diagnosis of hyperkalemia in the general population. Moreover, the results in this work provide valuable guidance for building novel poly(NIPAM-co-B15C5Am)-based artificial K(+)-recognizable "smart" or "intelligent" systems in various application fields.
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