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    重庆时时彩怎么选号准确高: 监测PH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510171727.0

    申请日:

    2015.04.13

    公开号:

    CN104764725A

    公开日:

    2015.07.08

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/64申请日:20150413|||公开
    IPC分类号: G01N21/64 主分类号: G01N21/64
    申请人: 中南民族大学
    发明人: 曹汇敏; 杨云; 王四祥; 谢勤岚
    地址: 430074湖北省武汉市洪山区民族大道708号
    优先权:
    专利代理机构: 武汉楚天专利事务所42113 代理人: 孔敏
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510171727.0

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.11.24|||2015.08.05|||2015.07.08

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    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,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。本发明可以解决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。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  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。

    2.  如权利要求1所述的监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头,其特征在于: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。

    3.  如权利要求1或2所述的监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头,其特征在于: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。

    4.  如权利要求1所述的监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头,其特征在于:有机改性硅酸盐由以下步骤制备而成:配置0.1mol/L的盐酸,取25mL~100mL的乙醇放入到圆底烧瓶中,再取同剂量的三甲氧基苯基硅烷溶解到乙醇中,混合均匀,再将配置好的0.1mol/L的盐酸滴到圆底烧瓶中,将圆底烧瓶放入65℃~100℃的水浴锅中,持续2.5~5个小时,按照三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲 氧硅烷摩尔比例10~20:1加入三甲基甲氧硅烷,反应再持续1~3个小时后,冷却,待圆底烧瓶彻底冷却后,加入2/3圆底烧瓶容量的蒸馏水阻止反应的进一步进行,将圆底烧瓶静置8~12个小时,使油状物充分沉淀形成乳胶后去掉水相,将乳胶放在150℃~200℃的干燥箱中干燥5~8个小时,碾碎成粉末状即可得到有机改性硅酸盐。

    5.  如权利要求1或4所述的监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头,其特征在于:氧敏感微粒由以下步骤制备而成:取5mg~100mg的Ru(dpp)3Cl2与Na-TMS于分液漏斗中,其中Ru(dpp)3Cl2与Na-TMS的摩尔比小于1:2,加入50mL~200mL的蒸馏水混合均匀,然后加入蒸馏水体积5/4倍的氯仿萃取,得到Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液,将蒸馏水体积4~10倍的有机改性硅酸盐放入装有20mL~100mL的Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液,使其充分的分散,搅拌均匀,然后用酒精洗涤,离心搅拌,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,得到氧敏感微粒。

    6.  如权利要求1所述的监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头,其特征在于:pH敏感微粒和氧敏感微粒分散嵌入聚氨酯水凝胶层具体步骤为:取5mg-100mg的聚氨酯水凝胶和适量的酒精溶液混合均匀,酒精溶液中酒精和水体积比为9:1,酒精溶液和聚氨酯水凝胶按照质量比19:1配置成聚氨酯水凝胶溶液,取10mg~100mg的氧敏感微粒和14mg~150mg的pH敏感微粒均匀分布于300mg~500mg聚氨酯水凝胶溶液,搅拌过夜。

    说明书

    说明书监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头
    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。
    进一步的,有机改性硅酸盐由以下步骤制备而成:配置0.1mol/L的盐酸,取25mL~100mL的乙醇放入到圆底烧瓶中,再取同剂量的三甲氧基苯基硅烷溶解到乙醇中,混合均匀,再将配置好的0.1mol/L的盐酸滴到圆底烧瓶中,将圆底烧瓶放入65℃~100℃的水浴锅中,持续2.5~5个小时,按照三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲氧硅烷摩尔比例10~20:1加入三甲基甲氧硅烷,反应再持续1~3个小时后,冷却,待圆底烧瓶彻底冷却后,加入2/3圆底烧瓶容量的蒸馏水阻止反应的进一步进行,将圆底烧瓶静置8~12个小时,使油状物充分沉淀形成乳胶后去掉水相,将乳胶放在150℃~200℃的干燥箱中干燥5-8个小时,碾碎成粉末状即可得到有机改性硅酸盐。
    进一步的,氧敏感微粒由以下步骤制备而成:取5mg~100mg的Ru(dpp)3Cl2与Na-TMS于分液漏斗中,其中Ru(dpp)3Cl2与Na-TMS的摩尔比小于1:2,加入50mL~200mL的蒸馏水混合均匀,然后加入蒸馏水体积5/4倍的氯仿萃取,得到Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液,将蒸馏水体积4~10倍的有机改性硅酸盐放入装有20mL~100mL的Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液,使其充分的分散,搅拌均匀,然后用酒精洗涤,离心搅拌,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,得到氧敏感微粒。
    进一步的,pH敏感微粒和氧敏感微粒分散嵌入聚氨酯水凝胶层具体步骤为:取5mg~100mg的聚氨酯水凝胶和适量的酒精溶液混合均匀,酒精溶液中酒精和水体积比为9:1,酒精溶液和聚氨酯水凝胶按照质量比19:1配置成聚氨酯水凝胶溶液,取10mg~100mg的氧敏 感微粒和14mg~150mg的pH敏感微粒均匀分布于300mg~500mg聚氨酯水凝胶溶液,搅拌过夜。
    本发明与现有技术相比具有如下优点:
    1)指示剂具有选择性,并且其灵敏度是可以控制的,pH敏感微粒只透过质子,氧敏感微粒只透过氧,可以通过改变两敏感微粒的比例来调节灵敏度及选择性。
    2)通过微粒的选择透过性减少了荧光淬灭所致的交叉敏感,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,由于两荧光指示剂淬灭所需的衰减时间存在明显的差异以及聚合物的使用,这将多指示剂所引起的交叉敏感性,并且本发明分别将两指示剂制成敏感微粒,可以防止多指示剂在空间上导致的光解。
    3)优秀的光稳定性,氧敏感微粒中产生的单线态氧不会光解pH敏感微粒中的pH指示剂;将氧敏感微粒和pH敏感微粒嵌入生物兼容性良好的聚合物基质中,创制能克服交叉干扰的双参荧光传感探头,为生物医学临床中重大疾病的监测与诊疗提供重要工具。
    附图说明
    图1是本发明监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头的结构示意图;
    图2是Ru(dpp)3(Cl)2(三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌)溶于氯仿溶液中,采用470nm的光激发得到的荧光光谱图;
    图3是Ru(dpp)3(TMS)2(三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二(3-三甲基硅基-1-丙磺酸)化钌)包埋之后溶于氯仿溶液中,采用470nm的光激发得到的荧光光谱图;
    图4是HPTS溶于固体条件下,用470nm的光进行激发得到的光谱图;
    图5是HPTS和氨基改性的p-HEMA共价固定后,用470nm进行激发得到的光谱图;
    图6是HPTS和氨基改性的p-HEMA共价固定后,在550nm吸收的情况下,对激发光的吸收情况光谱图。
    图中:1—光纤探针,2—聚氨酯水凝胶层,3—pH敏感微粒,4—氧敏感微粒。
    具体实施方式
    下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
    图1所示为本发明监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头的结构示意图,所述监测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1、固定在光纤探针1上的聚氨酯水凝胶层2及嵌入在聚氨酯水凝胶层2中的pH敏感微粒3和氧敏感微粒4,其中pH敏感微粒3通过将HPTS(8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐)共价固定于氨基改性的p-HEMA(氨基改性的聚羟乙基异丁烯酸酯)制备而成,以避免指示剂的溢出,氧敏感微粒4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,以获得更好的选择性和稳定性,有机改性硅酸盐的应用较好的解决了裂纹和亲水性的问题,同时也保留了有机改性硅酸盐制膜的优点。
    (1)氨基改性的p-HEMA的合成
    取一定量的甲苯和乙醇胺盐酸盐,甲苯和乙醇胺盐酸盐的质量比为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,得到氨基改性的p-HEMA。
    (2)pH敏感微粒3的合成
    取200mg~500mg(1)中制备的氨基改性的p-HEMA(氨基改性的聚羟乙基异丁烯酸酯)和HPTS(8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐)溶于100mL~500mL的蒸馏水中,其中氨基改性的聚羟乙基异丁烯酸酯和8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐的质量比在50:1到70:1之间,搅 拌约十分钟后,加入5mg-100mg的EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐),再搅拌约2~5个小时。然后使用蒸馏水,pH为4缓冲液,pH为9缓冲液和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。
    基于这种方法的氨基改性的p-HEMA合成相对容易实现并且相对比较廉价,再通过共价固定的方式,将pH指示剂HPTS共价固定到p-HEMA中实现pH敏感微粒的合成。图4和图5是对pH指示剂共价固定前后用470nm的光进行激发的荧光光谱图两者的发射波长均在542nm处。图6则是证实了共价固定后的pH指示剂的最大激发仍然在470nm。通过检测得出,在共价固定之后,pH指示剂的激发峰和吸收峰没有发生移动。
    (3)有机改性硅酸盐的合成
    按照三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲氧硅烷摩尔比例10~20:1配制有机改性硅酸盐。由表1显示并通过试验比较,本发明人发现当三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲氧硅烷摩尔比例为18:1的时候,通过该方法得到的有机改性硅酸盐性能最好,有较好的光学稳定性,并且微粒的大小可根据本发明的实际效果控制。
    表1 不同三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲氧硅烷摩尔比例得到氧敏感微粒的性能

    配置0.1mol/L的盐酸,取25mL~100mL的乙醇放入到圆底烧瓶中,再取同剂量的三甲氧基苯基硅烷溶解到乙醇中,混合均匀,再将配置好的0.1mol/L的盐酸滴到圆底烧瓶中(提供一个酸性的环境)。 将圆底烧瓶放入65℃~100℃的水浴锅中。持续2.5~5个小时,按照三甲氧基苯基硅烷与三甲基甲氧硅烷摩尔比例18:1加入三甲基甲氧硅烷,反应再持续1~3个小时后,冷却。待圆底烧瓶彻底冷却后,加入2/3圆底烧瓶容量的蒸馏水阻止反应的进一步进行。将圆底烧瓶静置8~12个小时,使油状物充分沉淀形成乳胶后去掉水相,将乳胶放在150℃~200℃的干燥箱中干燥5~8个小时。为了得到性能更好的有机改性硅酸盐,将上述步骤得到的固体放入在200℃~280℃的干燥箱中,并用真空泵抽空干燥箱中的空气,干燥12~15个小时,然后碾碎成粉末状即可得到有机改性硅酸盐。
    (4)氧敏感微粒4的合成
    取5mg-100mg的Ru(dpp)3Cl2(三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌)与Na-TMS(3-三甲基硅基-1-丙磺酸钠盐)于分液漏斗中,其中三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌与3-三甲基硅基-1-丙磺酸钠盐的摩尔比小于1:2,加入50mL~200mL的蒸馏水混合均匀。然后加入适量的氯仿(蒸馏水的5/4),萃取,得到Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液。将适量(蒸馏水体积的4-10倍)的有机改性硅酸盐放入装有20mL~100mL的Ru(dpp)3(TMS)2的氯仿溶液,使其充分的分散,搅拌均匀,然后用酒精洗涤,离心搅拌。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,得到氧敏感微粒。
    基于这种方法合成的氧敏感微粒对氧气的响应速度也明显加快,并且不会影响Ru(dpp)3(TMS)2的荧光淬灭。如图2和图3所示,是针对Ru(dpp)3(Cl)2和使用有机改性硅酸盐包埋后的氧敏感微粒,在荧光光谱仪上用470nm的蓝光进行激发做出的荧光光谱图。
    (5)pH敏感微粒3和氧敏感微粒4分散嵌入聚氨酯水凝胶层2
    具体过程为取5mg~100mg的聚氨酯水凝胶和适量的酒精溶液(酒精和水体积比为9:1)混合均匀,酒精溶液和聚氨酯水凝胶按照质量比19:1配置成聚氨酯水凝胶溶液。取10mg~100mg的Ru(dpp)32+/ormosil微粒(即氧敏感微粒4)和14mg~150mg的 HPTS/p-HEMA微粒(即pH敏感微粒3)均匀分布于300mg~500mg聚氨酯水凝胶溶液,搅拌过夜。将1000nm的光纤探头顶端浸没到上述的混合溶液中,随后在室温下放置在大气环境中干燥24h,即完成本发明所述的单点双参数荧光光纤传感器探头的制作。
    本发明的原理是利用两种不同指示剂(HPTS、Ru(dpp)32+)具有相同的吸收峰,不同的荧光寿命,pH指示剂HPTS的荧光寿命为ns级,氧指示剂Ru(dpp)32+的荧光寿命为us级,利用LED光源在双频分时激发下,采用低频调相法实现同时测量pH值和氧分压。具体的,本发明采用荧光寿命显著差异的两指示剂:pH指示剂HPT(峰值激发/发射波468/542nm)为ns级短寿命指示剂,氧指示剂Ru(dpp)32+(峰值激发/发射波长468/608nm)为us级长寿命指示剂,激发光正弦调制下,具有不同荧光寿命的两指示剂的发射光也是同频正弦波。在kHz范围的低调制频率下,短寿命的指示剂发射光的幅值随被测pH值变化,而相位保持不变,而长寿命指示剂发射光的幅值和相位均随被测pO2变化,如果同时测出两个不同调制频率下的总相移,就可以解析出这两个被测参量。本发明的应用领域可以从生物医学临床推广到细胞培养、生物发酵、海洋生态、水质监控、食品卫生等领域。
    如表2所示为本发明的实际效果验证,本发明的实际验证方法是分别测试pH为7.53、6.86、4的溶液中通入不同氧分压的气体混合气体测试的结果?;旌掀宓某煞治跗偷幕旌掀?,实际测试是分别通入氧分压为5kPa和15kPa的混合气体。在LED的驱动频率分别为30KHz和60KHz情况下,通过数字锁相放大器得到驱动信号的实际相移和幅度的变化,随后经过相应的数据处理得到溶液的pH和氧分压的实际测量值。
    表2 不同pH溶液中通入不同氧分压(kPa)的混合气体的实际验证结果


    从表2可以看,使用本发明传感器探头可以同时测得pH和氧分压,而且误差较小,并且在不同pH的溶液中测得的氧分压相对比较稳定,而且在通入不同氧分压的pH溶液中测得的pH也没有随着氧分压的变化而发生较大的变化。所以从测量数据中可得出,在同时监测两参数的同时两参数之间并没有明显的测量干扰。
    以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的?;し段Р⒉痪窒抻诖?,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的?;し段е?。因此,本发明的?;し段вΩ靡匀ɡ蟮谋;し段?。

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    监测 PH 氧分压 单点 参数 荧光 光纤 传感器 探头
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