[发明专利]监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头。

背景技术

在医学临床诊断中，血液的氧分压(pO₂)和酸碱度(pH值)是评估病人病理生理状态的两个重要检测指标。在休克、呼吸衰竭、脑损伤等危重病人监护和重大麻醉手术中，需要通过频繁测定血液或组织的pO₂和pH值来评价病人的氧供需平衡和酸碱平衡状态。

目前，临床多采用常规血气分析仪，通过间歇性的动脉采血，对血样进行离体的化学分析得出pO₂和pH值等多参量信息。常规血气分析存在几大缺点：间断的血气快照无法准确地反映连续的生理事件；通常只在发生不良反应后进行血气分析，可能延误治疗；非实时的离体分析存在血样改变或污染的风险；多次采血还可能造成医源性贫血。

毋庸置疑，能对血液、组织甚至是单个细胞进行原位、实时、无创、多参量检测，已经成为生物医学临床和生命科学研究中的迫切需求。为了同时测量生物体内的多参量信息，人们先后提出了各种各样的生物医学多参量传感解决方案，如化学微阵列、片上实验室(Lab on a chip)、微全分析系统(μ-TAS)、生物微机电系统(Bio MEMS)等。它们都为微尺度下多参量的原位分析提供了可行的手段，但大多存在着需要消耗被测物、可靠性较差、制造平台要求高、监测系统复杂等问题。因此微小型的多功能传感探头(多参敏感膜)是制约多参量传感器进一步发展和走向临床应用的瓶颈。

随着光纤、光电子技术的发展，以及光纤传感器稳定性高、抗干扰能力强等优点，越来越多的研究人员开始采用荧光光纤技术来实现血液中氧分压、pH值等的测量，先后提出了基于光纤的氧分压和pH值的测量方法。复旦大学报道过将金属钌的络合物固定在生物兼容性极好的磷酸胆碱酯聚合物中，直接固定在光纤末端做成血氧传感器，这种传感器不仅灵敏度高、稳定性好、而且具有良好的生物兼容性。

荧光光纤多参传感器按照原理主要分为两类：阵列多参量荧光光纤传感器和单点多参荧光光纤传感器。美国曾报道过关于阵列多参数的荧光传感器，但其探头一般比较大；需要多个光源和光处理设备，制作的成本比较高；在临床中表现的“血管壁效应”导致准确性不高，使得很难投入市场。另外，现有的单点多参荧光光纤传感器在设计过程中存在光谱相互重叠，指示剂之间相互干扰、光解和信号漂移，使得设计光纤探头十分复杂，准确性不高。

发明内容

本发明提供一种监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头，可以解决了传统传感器中多指示剂间发生共振能量转移导致交叉干扰、多指示剂共存会导致指示剂的光解和信号漂移等问题。

一种监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头，包括光纤探针、固定在光纤探针上的聚氨酯水凝胶层及分散嵌入在聚氨酯水凝胶层中的pH敏感微粒和氧敏感微粒，其特征在于：所述pH敏感微粒通过将HPTS共价固定于氨基改性的p-HEMA制备而成，所述氧敏感微粒通过溶剂三氯甲烷将Ru(dpp)₃²⁺包埋于有机改性硅酸盐制备而成。

进一步的，氨基改性的p-HEMA由以下步骤制备而成：取一定量的甲苯和乙醇胺盐酸盐，按照甲苯：乙醇胺盐酸盐的质量比4～6:1加入到三颈烧瓶中，搅拌并加热到100℃～150℃后，缓慢逐滴滴加适量的甲基丙烯酰氯，滴加完毕后，继续搅拌2～5小时，冷却至10℃到-20℃，待固体析出后，过滤，滤渣用同剂量的甲苯或二异丙醚洗涤，减压烘干，即可得到氨基改性的p-HEMA。

进一步的，pH敏感微粒由以下步骤制备而成：取200mg～500mg氨基改性的p-HEMA溶于100mL～500mL的蒸馏水中,然后取4mg～10mg的HPTS加入混合溶于中，搅拌十分钟后，加入5mg～100mg的EDC再搅拌2～5个小时，然后使用蒸馏水、pH为4的缓冲液、pH为9的缓冲液、酒精依次洗涤直到无色，将沉淀物放在准备好的玻璃片上，晾干，用砂纸将玻璃片上的聚合物打磨，碾碎，即可得到pH敏感微粒。