熒光光纖pH、PO2、PCO2傳感器的制備及其在血氣分析中的應用研究.pdf

1、動脈血氣分析是監(jiān)測氣體交換和代謝的重要手段，尤其是呼吸衰竭等危重病人及手術麻醉期間。但是傳統(tǒng)的血氣分析須要間斷采集血樣，送實驗室用血氣分析儀分析，檢驗報告滯后，對于需要長期監(jiān)測血氣的危重病人，則需要反復多次抽血，極為不便，且易發(fā)生醫(yī)源性感染。
　　 動脈血氣在體實時監(jiān)測有許多優(yōu)勢：可以實時觀察血氣變化趨勢；有利于快速及時發(fā)現(xiàn)病情變化并有助于及時調整治療方案及減少采血引發(fā)的感染及失血。
　　 血管內實時血氣分析儀通過插入小

2、型化的探頭，在體連續(xù)監(jiān)測動脈血氣的實時變化，將極大地改善當前危重醫(yī)學的臨床監(jiān)測能力。
　　 本論文工作包括：1)制備以AMPN為熒光載體的pH傳感器并檢測其體內外應用的性能；2)制備以APN為熒光載體的pH傳感器并檢測其體內外應用的性能；3)制備以HPTS為敏感指示劑的PCO2傳感器并檢測其在體內外應用的性能；4)制備PO2傳感器并比較了熒光強度檢測信號與熒光壽命檢測信號的優(yōu)劣；5)制備pH/PO2雙參數(shù)傳感器并初步檢測了它的選

3、擇性和準確性。
　　 第一部分以AMPN為熒光載體的pH傳感器的制備與應用
　　 目的：本實驗擬合成更穩(wěn)定的pH特異敏感的熒光載體，并將其固定于光導纖維，制成更穩(wěn)定的pH傳感器，表面修飾改善生物相容性，用于在體血管內血液酸堿度測量。
　　 方法：以多聚甲醛和丙烯胺等為原料合成AMPN。然后以熱聚合法將AMPN共價聚合于表面硅烷化的光導纖維上。最后涂覆BMA與MPC的聚合液。將此熒光光纖探頭連接LED光源和光譜儀，

4、組成實時熒光檢測系統(tǒng)。將光纖探頭浸泡于各種緩沖液中分別記錄相應的熒光強度，依據(jù)線性方程式計算pH值。將探頭插入家兔頸動脈側支旁路中，實時檢測家兔血液酸堿水平。
　　 結果：當此傳感器被395nm光激發(fā)時發(fā)出510nm波長的熒光。在pH6.8-8之間，此傳感器的熒光強度隨溶液堿化而降低，兩者間有較好的線性關系，且有較好的可逆性、可重復性、特異選擇性，72小時內持續(xù)穩(wěn)定，保存壽命可達1年之久。家兔在體實時檢測數(shù)據(jù)顯示，當動脈血液pH

5、在6.9-7.6間，熒光強度與血液pH值之間呈線性關系，線性回歸和Bland-Altman點圖分析顯示，傳感器測得的pH值與血氣分析儀測得的pH值相比具有高度的一致性。
　　 結論：以AMPN為熒光載體的pH傳感器可以實時監(jiān)測動脈血液酸堿水平的動態(tài)變化，具有穩(wěn)定、準確、快速、實時的特點。
　　 第二部分以APN為熒光載體的pH傳感器的制備與應用
　　 目的：本實驗合成對pH特異敏感的熒光指示劑，并將其固定于光導纖

6、維，制成特異靈敏的pH傳感器，表面修飾改善生物相容性，用于在體血管內血液酸堿度測量。
　　 方法：以4-溴-1，8-萘二甲酸酐和無水磷酸哌嗪等為原料合成APN。將酸處理過的光導纖維浸泡在γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中使之表面硅烷化。然后以熱聚合法將APN共價聚合于表面硅烷化的光導纖維上。最后涂覆BMA與MPC的聚合液。將此熒光光纖探頭連接LED光源和光譜儀，組成實時熒光檢測系統(tǒng)。將光纖探頭浸泡于各種緩沖液中分別記

7、錄相應的熒光強度，依據(jù)線性方程式計算緩沖液的酸堿水平。將探頭插入酸堿紊亂家兔頸動脈側支旁路中，實時檢測家兔血液酸堿水平。
　　 結果：當此傳感器被395nm光激發(fā)時發(fā)出518nm波長的熒光。在pH6-8之間，此傳感器的熒光強度隨溶液堿化而降低，兩者間有較好的線性關系，且有較好的可逆性、可重復性、特異選擇性，至少15個小時內穩(wěn)定性。家兔在體實時檢測數(shù)據(jù)顯示，當動脈血液pH在7.1-7.6間，熒光強度與血液pH值之間呈線性關系，線性

8、回歸和Bland-Altman點圖分析顯示，傳感器測得的pH值與血氣分析儀測得的pH值相比具有高度的一致性。
　　 結論：以APN為熒光載體的pH傳感器可以實時監(jiān)測動脈血液酸堿水平的動態(tài)變化，具有準確、快速、實時的特點。
　　 第三部分PCO2傳感器的制備與應用
　　 目的：本實驗擬制備PCO2特異敏感的光學傳感器，經(jīng)表面修飾改善生物相容性，用于在體血管內血液PCO2測量。
　　 方法：將親水的酸敏感染料

9、HPTS包埋于疏水透氣的硅凝膠中，再涂布于光纖末端形成敏感探頭。最后BMA與MPC的聚合液。將此熒光光纖探頭連接LED光源和光譜儀，組成實時熒光檢測系統(tǒng)。將光纖探頭浸泡于CO2標準緩沖液中分別記錄相應的熒光強度，計算得線性方程式。將探頭插入家兔頸動脈體外側支旁路中，實時檢測家兔PCO2水平。
　　 結果：當此傳感器被480nm光激發(fā)時發(fā)出520nm波長的熒光。當PCO2在14-150mmHg之間，此傳感器的熒光強度隨溶液PCO2

10、上升而降低，兩者間有較好的線性關系，且有較好的可逆性、可重復性、特異選擇性，25小時內持續(xù)穩(wěn)定，密閉保存壽命至少可達3個月。家兔在體實時檢測數(shù)據(jù)顯示，當動脈血液PCO216-74mmHg間，熒光強度與血液PCO2之間呈線性關系，Passing-Bablok回歸分析和Bland-Altman分析顯示，傳感器測得的PCO2值與血氣分析儀測得的PCO2值相比具有高度的一致性。
　　 結論：以HPTS為熒光載體包埋于疏水透氣硅凝膠的PC

11、O2傳感器可以實時監(jiān)測動脈血液PCO2水平的動態(tài)變化。
　　 第四部分制備PO2傳感器
　　 目的：本實驗擬制備PO2敏感的光學傳感器，對比觀察熒光壽命與熒光強度為檢測信號的優(yōu)劣。
　　 方法：將Ru(dpp)3(PF6)2包埋于BMA與MPC的聚合物中，粘接于光纖末梢，形成PO2敏感的探頭。連接LED光源和光譜儀，組成實時熒光強度檢測系統(tǒng)或者連接熒光相位儀，組成實時熒光壽命檢測系統(tǒng)。將傳感器探頭暴露于不同PO2

12、的林格氏液，同時記錄熒光強度或熒光壽命的變化并且對比二種檢測信號在持續(xù)應用中的穩(wěn)定性。
　　 結果：PO2敏感的光學傳感器在460nm波長光源激發(fā)后發(fā)射強度峰為615nm波長的紅色熒光。當PO2在0-150mmHg范圍時，傳感器的熒光強度和熒光壽命均隨溶液PO2上升而降低，兩者間有較好的線性關系。熒光壽命信號在持續(xù)25小時的連續(xù)應用中保持更好的穩(wěn)定性。
　　 結論：PO2敏感的光學傳感器以熒光壽命為檢測信號時具有更好的穩(wěn)

13、定性和準確性。
　　 第五部分制備pH/PO2雙參數(shù)傳感器
　　 目的：本實驗擬制備pH/PO2雙參數(shù)傳感器，一根光纖同時傳輸二種信號，使多參數(shù)探頭小型化。
　　 方法：在pH傳感器探頭的近端再涂布PO2敏感膜，制成雙參數(shù)傳感器的探頭。以單波長光源激發(fā)，分別記錄518nm和615nm波長處的光強度。分別檢測雙參數(shù)傳感器在pH6或8、100％N2或O2環(huán)境中pH/PO2雙參數(shù)信號的準確性和特異性。
　　 結