監(jiān)測(cè)pH值和氧分壓的單點(diǎn)雙參數(shù)熒光光纖傳感器探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)pH值和氧分壓的單點(diǎn)雙參數(shù)熒光光纖傳感器探頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 在醫(yī)學(xué)臨床診斷中，血液的氧分壓（p02)和酸堿度（pH值）是評(píng)估病人病理生理 狀態(tài)的兩個(gè)重要檢測(cè)指標(biāo)。在休克、呼吸衰竭、腦損傷等危重病人監(jiān)護(hù)和重大麻醉手術(shù)中， 需要通過(guò)頻繁測(cè)定血液或組織的pOjPpH值來(lái)評(píng)價(jià)病人的氧供需平衡和酸堿平衡狀態(tài)。
[0003] 目前，臨床多采用常規(guī)血?dú)夥治鰞x，通過(guò)間歇性的動(dòng)脈采血，對(duì)血樣進(jìn)行離體的化 學(xué)分析得出口〇2和PH值等多參量信息。常規(guī)血?dú)夥治龃嬖趲状笕秉c(diǎn)：間斷的血?dú)饪煺諢o(wú)法 準(zhǔn)確地反映連續(xù)的生理事件；通常只在發(fā)生不良反應(yīng)后進(jìn)行血?dú)夥治?，可能延誤治療；非 實(shí)時(shí)的離體分析存在血樣改變或污染的風(fēng)險(xiǎn)；多次采血還可能造成醫(yī)源性貧血。
[0004] 毋庸置疑，能對(duì)血液、組織甚至是單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、多參量檢測(cè)，已 經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)臨床和生命科學(xué)研宄中的迫切需求。為了同時(shí)測(cè)量生物體內(nèi)的多參量信 息，人們先后提出了各種各樣的生物醫(yī)學(xué)多參量傳感解決方案，如化學(xué)微陣列、片上實(shí)驗(yàn)室 (Labonachip)、微全分析系統(tǒng)（y-TAS)、生物微機(jī)電系統(tǒng)（BioMEMS)等。它們都為微尺 度下多參量的原位分析提供了可行的手段，但大多存在著需要消耗被測(cè)物、可靠性較差、制 造平臺(tái)要求高、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題。因此微小型的多功能傳感探頭（多參敏感膜）是制 約多參量傳感器進(jìn)一步發(fā)展和走向臨床應(yīng)用的瓶頸。
[0005] 隨著光纖、光電子技術(shù)的發(fā)展，以及光纖傳感器穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 越來(lái)越多的研宄人員開(kāi)始采用熒光光纖技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)血液中氧分壓、PH值等的測(cè)量，先后提 出了基于光纖的氧分壓和PH值的測(cè)量方法。復(fù)旦大學(xué)報(bào)道過(guò)將金屬釕的絡(luò)合物固定在生 物兼容性極好的磷酸膽堿酯聚合物中，直接固定在光纖末端做成血氧傳感器，這種傳感器 不僅靈敏度高、穩(wěn)定性好、而且具有良好的生物兼容性。
[0006] 熒光光纖多參傳感器按照原理主要分為兩類：陣列多參量熒光光纖傳感器和單點(diǎn) 多參熒光光纖傳感器。美國(guó)曾報(bào)道過(guò)關(guān)于陣列多參數(shù)的熒光傳感器，但其探頭一般比較大； 需要多個(gè)光源和光處理設(shè)備，制作的成本比較高；在臨床中表現(xiàn)的"血管壁效應(yīng)"導(dǎo)致準(zhǔn)確 性不高，使得很難投入市場(chǎng)。另外，現(xiàn)有的單點(diǎn)多參熒光光纖傳感器在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在光譜 相互重疊，指示劑之間相互干擾、光解和信號(hào)漂移，使得設(shè)計(jì)光纖探頭十分復(fù)雜，準(zhǔn)確性不 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種監(jiān)測(cè)pH值和氧分壓的單點(diǎn)雙參數(shù)熒光光纖傳感器探頭，可以解 決了傳統(tǒng)傳感器中多指示劑間發(fā)生共振能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致交叉干擾、多指示劑共存會(huì)導(dǎo)致指示 劑的光解和信號(hào)漂移等問(wèn)題。
[0008] 一種監(jiān)測(cè)pH值和氧分壓的單點(diǎn)雙參數(shù)熒光光纖傳感器探頭，包括光纖探針、固定 在光纖探針上的聚氨酯水凝膠層及分散嵌入在聚氨酯水凝膠層中的PH敏感微粒和氧敏感 微粒，其特征在于：所述pH敏感微粒通過(guò)將HPTS共價(jià)固定于氨基改性的p-HEMA制備而成， 所述氧敏感微粒通過(guò)溶劑三氯甲烷將Ru(dpp) 32+包埋于有機(jī)改性硅酸鹽制備而成。
[0009] 進(jìn)一步的，氨基改性的p-HEMA由以下步驟制備而成：取一定量的甲苯和乙醇胺 鹽酸鹽，按照甲苯：乙醇胺鹽酸鹽的質(zhì)量比4~6:1加入到三頸燒瓶中，攪拌并加熱到 100°C~150°C后，緩慢逐滴滴加適量的甲基丙烯酰氯，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌2~5小時(shí)，冷 卻至KTC到-20°C，待固體析出后，過(guò)濾，濾渣用同劑量的甲苯或二異丙醚洗滌，減壓烘干， 即可得到氨基改性的P-HEMA。
[0010] 進(jìn)一步的，pH敏感微粒由以下步驟制備而成：取200mg~500mg氨基改性的 p-HEMA溶于IOOmL~500mL的蒸餾水中，然后取4mg~IOmg的HPTS加入混合溶于中，攪 拌十分鐘后，加入5mg~IOOmg的EDC再攪拌2~5個(gè)小時(shí)，然后使用蒸餾水、pH為4的緩 沖液、PH為9的緩沖液、酒精依次洗滌直到無(wú)色，將沉淀物放在準(zhǔn)備好的玻璃片上，晾干，用 砂紙將玻璃片上的聚合物打磨，碾碎，即可得到PH敏感微粒。
[0011] 進(jìn)一步的，有機(jī)改性硅酸鹽由以下步驟制備而成：配置〇.ImoI/L的鹽酸，取 25mL~IOOmL的乙醇放入到圓底燒瓶中，再取同劑量的三甲氧基苯基硅烷溶解到乙醇中， 混合均勻，再將配置好的0.lmol/L的鹽酸滴到圓底燒瓶中，將圓底燒瓶放入65°C~100°C 的水浴鍋中，持續(xù)2. 5~5個(gè)小時(shí)，按照三甲氧基苯基硅烷與三甲基甲氧硅烷摩爾比例 10~20:1加入三甲基甲氧硅烷，反應(yīng)再持續(xù)1~3個(gè)小時(shí)后，冷卻，待圓底燒瓶徹底冷卻 后，加入2/3圓底燒瓶容量的蒸餾水阻止反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，將圓底燒瓶靜置8~12個(gè)小 時(shí)，使油狀物充分沉淀形成乳膠后去掉水相，將乳膠放在150°C~200°C的干燥箱中干燥 5-8個(gè)小時(shí)，碾碎成粉末狀即可得到有機(jī)改性硅酸鹽。
[0012] 進(jìn)一步的，氧敏感微粒由以下步驟制備而成：取5mg~IOOmg的1?11((^^)3(：12與 Na-TMS于分液漏斗中，其中此((^?)3(：12與Na-TMS的摩爾比小于1:2,加入50mL~200mL 的蒸餾水混合均勻，然后加入蒸餾水體積5/4倍的氯仿萃取，得到Ru(dpp) 3 (TMS) 2的氯仿溶 液，將蒸餾水體積4~10倍的有機(jī)改性硅酸鹽放入裝有20mL~IOOmL的Ru(dpp) 3 (TMS) 2 的氯仿溶液，使其充分的分散，攪拌均勻，然后用酒精洗滌，離心攪拌，將沉淀物放在準(zhǔn)備好 的玻璃片上，晾干，用砂紙將玻璃片上的聚合物打磨，碾碎，得到氧敏感微粒。
[0013] 進(jìn)一步的，pH敏感微粒和氧敏感微粒分散嵌入聚氨酯水凝膠層具體步驟為：取 5mg~IOOmg的聚氨酯水凝膠和適量的酒精溶液混合均勾，酒精溶液中酒精和水體積比為 9: 1，酒精溶液和聚氨酯水凝膠按照質(zhì)量比19:1配置成聚氨酯水凝膠溶液，取IOmg~IOOmg 的氧敏感微粒和14mg~150mg的pH敏感微粒均勾分布于300mg~500mg聚氨醋水凝膠溶 液，攪拌過(guò)夜。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 1)指示劑具有選擇性，并且其靈敏度是可以控制的，pH敏感微粒只透過(guò)質(zhì)子，氧 敏感微粒只透過(guò)氧，可以通過(guò)改變兩敏感微粒的比例來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度及選擇性。
[0016] 2)通過(guò)微粒的選擇透過(guò)性減少了熒光淬滅所致的交叉敏感，解決了傳統(tǒng)傳感器中 多指示劑間發(fā)生共振能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致交叉干擾、多指示劑共存會(huì)導(dǎo)致指示劑的光解和信號(hào)漂 移等問(wèn)題，由于兩熒光指示劑淬滅所需的衰減時(shí)間存在明顯的差異以及聚合物的使用，這 將多指示劑所引起的交叉敏感性，并且本發(fā)明分別將兩指示劑制成敏感微粒，可以防止多 指示劑在空間上導(dǎo)致的光解。
[0017] 3)優(yōu)秀的光穩(wěn)定性，氧敏感微粒中產(chǎn)生的單線態(tài)氧不會(huì)光解pH敏感微粒中的pH 指示劑；將氧敏感微粒和pH敏感微粒嵌入生物兼容性良好的聚合物基質(zhì)中，創(chuàng)制能克服交 叉干擾的雙參熒光傳感探頭，為生物醫(yī)學(xué)臨床中重大疾病的監(jiān)測(cè)與診療提供重要工具。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明監(jiān)測(cè)pH值和氧分壓的單點(diǎn)雙參數(shù)熒光光纖傳感器探頭的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0019] 圖2是Ru(Clpp)3(Cl) 2 (三（4,7_聯(lián)苯-1，10-鄰菲啰啉）二氯化釕）溶于氯仿溶 液中，采用470nm的光激發(fā)得到的熒光光譜圖；
[0020] 圖3是Ru(dpp)3(TMS)2(三（4,7_聯(lián)苯-1，10-鄰菲啰啉）二（3-三甲基硅基-1-丙 磺酸）化釕）包埋之后溶于氯仿溶液中，采用470nm的光激發(fā)得到的熒光光譜圖；
[0021] 圖4是HPTS溶于固體條件下，用470nm的光進(jìn)行激發(fā)得到的光譜圖；
[0022] 圖5是HPTS和氨基改性的P-HEM共價(jià)固定后，用470nm進(jìn)行激發(fā)得到的光譜圖；
[0023] 圖6是HPTS和氨基改性的p-HEM