[发明专利]根据稳态荧光寿命检测分析物

说明书

分子态氧(molecular oxygen)是动物的细胞功能所必需的，相反对植物酶例如对固氮酶来说则不需有O₂。动物特别是哺乳动物，在其维持生命过程中绝对地依赖O₂的连续供应与利用。这对于高耗O₂的组织例如神经组织与肌肉，它们是横纹的与平滑的，尤其如此。对这些组织中断供氧，时间短至几分钟就会造成细胞死亡并丧失掉对于器官功能的关键功能。此外，正是组织中的氧浓度而不是血液或其它体液中的氧浓度，最终支持着细胞功能。因此，测量体液和组织中的氧浓度对于临床医学至关重要，在许多血管疾病中，如动脉硬化症、糖尿病、镰形血球病以及一些损害创口治疗的例子等，会发生损害向组织供氧的情况。这样自然会有众多的专利涉及到测量血液与体液中氧浓度的方法与装置，本发明人的美国专利No.5186173(以后称作Zuckerman 173专利)第一次涉及到在体内测量组织的氧浓度。

这些专利，尽管每一个都致力于对体液或组织PO₂进行无损检测，但苦于种种缺陷而妨碍了它们广泛用于临床医学。为了满足无损检测的需要，近来的专利转向于光学方法，这些方法涉及到由分子氧(dioxygen)来淬灭染料的磷光或荧光。例如美国专利No.4476870(Peterson等)等一类专利开发了种种导管设计，将荧光物质例如苝封装于一个可插入血管的密封导管中，而应用光纤方法测量了它的由血液中O₂产生的荧光淬灭。这种装置虽然测量体液或血液PO₂，但存在两种缺陷。首先，只有在试剂导管插到血管内之前于外部校准之后才能精确测量血中的PO₂；其次，这样的技术没有提供任何几何形态方面的信息，这是由于PO₂是在单一位置即在试剂导管顶端测量的结果。在美国专利No.4,810,655中，Khalil等人的目的在于通过测量荧光寿命而不是强度来避免在每次使用前需要对导管事先校准。尽管从理论上说，直接寿命系统应避免作事先校准的需要，但实际上如Khalil等的专利中表4所示，所用卟啉的荧光寿命会因曝光而变化，使得在使用前仍需要校准。此外，时间分辨的直接寿命系统在实施中不方便，且精度也不如稳态方法。Vanderkooi与Wilson(美国专利No.4947850)开发了以测定O₂敏感试剂物质的荧光寿命为基础的方法，这类物质例如有牢固地结合到清蛋白上的金属卟啉，它发生荧光现象的时标为十分之几毫秒(10^-3sec)，且其荧光寿命可被分子氧缩短(淬灭)。这里的O₂敏感的试剂是一种发荧光的分子，可以注入到血流中，由此可以测定成像的组织血管内血液中PO₂的几何形态。但由于金属卟啉以及Vanderkooi所述的其它试剂的自淬灭，这些试剂分子不能独立使用。这就是说，自淬灭使得试剂浓度在衰变时间中的相关变化大于由分子氧引起的变化。由于在注射位置的漏泄和不同的动物或人的血液量的不同，不可能知道血液中精确的试剂浓度，他们就必须改进试剂来消除自淬灭。正如美国专利No.4,947,850(3列15行)所述：“优选的是采用卟啉类，而所述组分子最好同与荧光组分结合的蛋白质组分混合，清蛋白……组份是优选的”。正如Vanderkooi，J.等在其论文“根据荧光淬灭来测量分子氧浓度的光学方法(An Optical Method for Measurement of DioxygenConcentration Based Upon Quenching of Phosphorescence)”J.Biol.Chem.，262(12)：5476-5482中所述，没有清蛋白或其它分子量大的蛋白质结合到试剂分子上时，这种方法是不能投入工作的。当通过静脉注射到血液中时，分子量大的蛋白质(M.W.＝67000)将阻碍试剂分子通过关节处或血管壁上的类脂薄膜，因而限制了血液中氧浓度的测量。类似地，美国专利No.4,579,430(Bille)公开了一种发明，可以测定视网膜血管内氧的饱和度，O₂结合到血红蛋白中的百分率。正如以前一些专利所揭示的，在许许多多的疾病中，尽管确信组织成为缺氧的，但血液中的氧饱和度和氧浓度保持正常。上述疾病包括糖尿病、早熟的视网膜病、以及高血压病与动脉硬化症。类似地，在长时间的外科手术例如改道手术、颈动脉手术中以及在长期的精心照护下时，血液中的氧浓度和/或饱和度是受到仔细监控和保持的，但已知由于缺氧而发生过从中等到严重程度的脑损伤。正是组织中的氧浓度关系到它的功能与健康，除了血氧浓度或饱和度以外，组织的氧浓度还取决于组织的耗氧率、血液流速与血管的管径。为此，特别重要的是能在空间中和在时间上测量组织中的PO₂。