專利名稱：：氧氣的比率熒光測量法的制作方法
技術領域：
：本發明一般涉及使用光傳感器測量溶解氧的方法。更具體地，本發明涉及一種新穎的測量溶解氧的比率法，它使用的光傳感器系統包括由憎水聚氨酯共聚物、氧指示劑組份和參比染料組份構成的熒光滲氧膜組合物。本發明還涉及用于光氧氣傳感器的熒光的聚合物組合物，涉及用其制成的膜，還涉及制造這些傳感器和膜的方法。
背景技術：
：眾所周知，化學傳感器被廣泛用于各種領域，例如藥物、科學研究、工業應用等方面。眾所周知，纖維光學和電化學方法被用于需要檢測和/或測量遠處的某參數濃度而又不和遠處用電連接的場合。纖維光化學傳感器的結構、性能、功能和工作情況可以在下列文獻中找到Hirschfeld的U.S.No.4,577,109，Kane的美國專利No.4,785,814，Blaylock的美國專利No.4,842,783，以及Seitz的文章“ChemicalSensorsBasedonfiberOptics，”AnalyticalChemistry，Vol.56，No.1，January1984。上述文獻在此引用作為參考。上述這些文獻通常圖解說明，將化學傳感器摻入纖維光波導、電化學氧氣傳感器等，其摻入方式使得化學傳感器會與被分析物反應，這些是人們熟知的。該反應導致光學性能的改變，然后通過纖維光波導等方式探測和檢測該變化。化學傳感器組合物的光學性能一般涉及顏色變化或顏色強度變化。在這些系統中，可以檢測到被監測參數的特別微小變化，從而提供特別靈敏的遠端監測能力。摻入纖維光學傳感器遠端的化學傳感器組合物常被制成膜狀，它固定在波導設備或光極的遠頂端。這種一般類型的傳感器被用于測量如氧氣和二氧化碳氣體的濃度，監測流體的pH值等方面。也可以監測離子濃度，例如鉀、鈉、鈣和金屬離子的濃度。典型的纖維光氧氣傳感器是通過各種不同的支撐材料將傳感器材料置于遠端。支撐材料必須允許氧指示劑和被監測、測量和/或檢測的物質發生反應。在某些場合下，需要將膜組件裝入這類設備中。這些膜組件必須具備某些性能才能特別有用。許多膜組件具有一些有利的性能但是也有缺點。一般而言，材料必須與生物相容、在血液中使用要與血液相容、可選擇性地透過氧分子以及具有足夠的強度使得使用設備時不必擔心損壞氧氣傳感器。還需要是這些膜材料是可光固化的(這樣更干爭、更快、在更低的規模下以及直接在光學纖維上固化)、抗剪切力(例如，當位于血液中時)和可與不同基底相容，因此需要選擇能夠用于制造傳感器的纖維光學材料。很明顯，產生足夠強度的信號是有利的，這樣測量才能盡可能地準確。目前市場上出售的光氧氣傳感器常常不能滿足上述的一個或多個指標。常用化學指示劑的一個主要問題是它們是光致不穩定的。光輻射能會誘發加速指示劑分解的光化學反應，從而縮短其使用壽命。該光分解導致同等的信號衰減，該現象被稱為“光漂移”。已經用各種方法來解決光漂移問題。一些環境靈敏染料具有一部分對環境完全不靈敏(等消光點)或比較不靈敏的可見光譜。該性能可以加以利用，即得出來自指示劑光譜的環境靈敏部分的信號和來自等消光點的信號的比率。當指示劑分子光分解和絕對信號值衰減時，該信號比率應是不變的。該原理已被用于測定pH時求出從熒光素獲得的信號比率。另一種對付光漂移問題的方法是使用一種獨立的內參比染料，它對環境不靈敏但以與指示劑染料相同速率進行光分解。當內參比染料被摻入光傳感器中時，來自環境靈敏染料的信號可以通過與來自不靈敏染料的信號的比較而得以校正。因為指示劑染料和參比染料的衰減速率相同，當兩種染料光分解時其信號比率應不變。除了光漂移問題，因曝光而產生的光化學反應會導致用作化學傳感器的有機染料的最終分解。對于采用求出來自指示劑和參比染料信號比率的方法的系統，它的使用將延長為使傳感器在正確而精密的狀態下(例如，測得的氧氣值在真實氧氣值的約10％之內)工作而對其重新校正的時間間隔。通過用某特定波長、數種特定波長或某波長范圍的光(波長可以是或不是吸收最大時的波長)進行輻照，同時結合使用特定的光濾波器測量在特定波長(該波長可以是或不是最大發射強度處的波長)、或某波長范圍處的熒光發射以便將指示劑染料的熒光發射和參比染料的熒光發射區分開，那么就可以通過指示劑染料的發射信號與參比染料的發射信號的比率校正指示劑染料的發射信號。這樣可得到對感興趣的分析物靈敏的信號比率，而且與單一指示劑染料傳感器組合物相比，該信號比率對曝光的影響(信號的光分解、化合物的光分解)較不靈敏，并且這樣亦延長氧氣傳感器的使用壽命。能輕易地被淬滅的有機金屬過渡配合物的光分解速率受將配合物裹入用作化學傳感器的支撐材料影響。但是，這些配合物沒有其自身的對環境不靈敏的熒光光譜部分。盡管它們不適合用于單一染料化學傳感器組合物比率系統，但是它們可以和具有必要的衰減速率和對分析物不靈敏的熒光有機染料一起使用從而確定發射信號的比率。本發明涉及新的測量流體中的溶解氧的比率法，它使用光學傳感器和熒光聚合物組合物。已發現該組合物特別適用用作光學氧氣傳感器中的膜或膜狀組件，而且可以提供針對上述每一要求的光學傳感器。即，此處提供的光學傳感器能夠牢固地粘附于不同類型的基底，從而在某些情況下不必對基底表面進行硅烷化處理，能夠提供優異的信號強度，相對以前技術的組合物而言更具有血液相容性，能夠快速光固化，能夠抗諸如在流動血液中存在的剪切力，以及能夠允許對具有相同衰減速率的來自環境靈敏和不靈敏分子的信號進行比率比較。相關技術的總結下列文獻涉及本發明的一個或多個方面。第一篇文獻涉及校正技術。隨后的三篇文獻涉及光學氧氣傳感器。最后的三篇文獻涉及校正纖維光學氧氣傳感器的技術。Peterson的美國專利No.4,792,689描述了一種改良的纖維光學傳感器，其中提供了一種校正共同光路的強度偏差的方法。該方法涉及使兩種波長的光通過同一樣品，一種光會導致分析物靈敏的熒光發射，而另一種光導致分析物不靈敏的發射。Hauenstein等人的美國專利No.4,861,727描述了一種氧氣傳感器，其中使用可被氧淬滅的發光鑭系元素配合物作為指示劑。Khalil等人的美國專利No.5,043,286描述了一種測量流體中氧氣濃度的方法和設備。該方法涉及使用發光的、氟化的鉑、或鈀配合物作為指示劑。Mauze等人的美國專利No.5,057,277描述了一種用于化學傳感的有機硅組合物。在一個實施例中，使用一種在其中含有摻入的輻射材料如釕染料的聚硅氧烷基質來確定分析物中的氧氣濃度。Allen等人的美國專利No.5,094,959描述了一種氧氣傳感器，其中將單一種類的指示劑用作指示劑和對照材料。Klainer和Goswami的美國專利No.5,094,958描述了一種“自我校正”氧氣傳感器的方法。在主要例子中，該方法涉及使用一種能夠產生兩種不同的分析物特異的磷光發射和兩種不同的分析物非特異的熒光發射的指示劑材料，這些發射被用來得出比率以獲得與外部因素如分解、泄漏等無關的測量信號。Bacon等人的英國專利No.2,132,348描述了一種氧氣傳感器，其中氣體靈敏指示劑組件是發光有機金屬配合物。Lee等人在Anal.Chem.59(2)279-283(1987)中公開了利用一種能發出兩個發光條帶的試劑而進行內部校正的光學傳感器，其中兩個發光條帶中的一個被氧氣所淬滅而另一個不被淬滅。發明概述因此，本發明的一個主要目的是針對上述本領域的需求提供一種用光學傳感器測量在流體中溶解氧的方法，該傳感器具有更佳的光穩定性、靈敏度、分辨率、抗溶劑性和抗剪切性。本發明的另一目的是通過提供這樣一種方法克服已有技術中的缺陷。在該方法中，光學傳感器是用固化的全氟化聚氨酯、氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份配制而成，而且氧氣靈敏指示劑是釕指示劑而參比染料是苝衍生物。本發明的另一目的是提供一種方法，在該方法中，流體中氧氣的表觀數量通過確定氧氣指示劑發射信號與參比染料發射信號之比而對外部因素引起的偏差進行校正而得到。本發明的另一目的是提供一種光學氧氣傳感器，它含有固化的全氟化聚氨酯、氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份的膜。本發明的另一目的是提供一種傳感器，其中全氟化聚氨酯是全氟化聚氨酯丙烯酸酯。本發明的另一目的是提供一種制造這種光學氧氣傳感器的方法，它是在纖維光學頂端使前體聚合成全氟化聚氨酯。本發明的另一目的是提供一種用于這種傳感器的滲氧膜，該膜包括固化的全氟化聚氨酯的聚合物基質以及摻在里面的氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份。本發明的另一目的是提供這種膜，其中全氟化聚氨酯聚合物是全氟化聚氨酯丙烯酸酯。本發明的其他目的、優點和新穎特征的一部分將在下述的描述中給出，一部分是本領域的熟練技術人員一旦研究下文后所顯而易見的，也可以通過實施本發明而領會。一方面，提供了一種測量溶解于流體中溶解氧的方法，其中該方法包括(a)提供光學傳感器，該傳感器包括具有用于測量流體如血液等中溶解氧的遠端部分和與接收來自遠端部分的信號的裝置相連的近端部分的光波導，其中遠端部分具有氧氣傳感器裝置，該裝置包括固化的、全氟化聚氨酯和摻在里面的氧氣指示劑和參比染料的指示劑組合物構成的交聯滲氧膜，并且氧氣指示劑能發出對分析物靈敏的熒光發射信號而參比染料發出對分析物不靈敏的熒光發射信號；(b)將流體樣品和光學傳感器的遠端部分接觸；(c)用第一波長的輻照激發指示劑組合物，使其產生第二波長的氧氣指示劑發射信號并且產生第三波長的參比染料發射信號；(d)根據氧氣指示劑發射信號計算流體樣品中所存在的氧氣的表觀數量；和(e)通過確定氧氣指示劑發射信號對參比染料發射信號的比率校正氧氣表觀數量因外部因素引起的偏差。另一方面，提供了一種測量溶解氧的光學傳感器，該傳感器包括具有用于監測流體如血液等中溶解氧的遠端部分和與接收來自遠端部分的信號的裝置相連的近端部分的光波導，其中遠端部分具有氧氣傳感器裝置，該裝置包括在上面總述并且將在下面詳述的交聯滲氧膜。另一方面，提供了一種制造上述光學傳感器的方法。在優選實施例中，該方法包括通過光學纖維輻照涂有前體的頂端而在纖維光學頂端使可光固化的聚合物前體聚合。在另一例子中，全氟化聚氨酯前體的聚合可以通過涂有前體的頂端與溶液等中的交聯劑接觸而實現。另一方面，提供了一種用于光學氧氣傳感器的交聯滲氧膜，其中，如下詳細所述該膜含有固化的、全氟化聚氨酯的聚合物基質和摻在里面的氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份。在優選實施例中，全氟化聚氨酯是全氟化的聚氨酯丙烯酸酯，它包括與交聯劑交聯的全氟化聚氨酯丙烯酸酯前體；氧氣指示劑組份是釕指示劑；參比染料組份是苝衍生物。附圖簡述圖1是本發明的化學傳感器設備的一般示意圖，它被用于纖維光學氧氣傳感器設備。圖2是圖1中的氧氣傳感器設備的遠端部分的放大的、詳細的一般示意圖，它帶有本發明的整體的交聯碳氟聚合物。圖3是與圖2類似的示意圖，圖示了復合膜組件。圖4是在全氟化聚氨酯聚合物膜中的氧氣指示劑氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)(也稱為[Ru(4，7-Ph2phen)3]Cl2或DPPR)的激發光譜和發射光譜，在實施例3中測得。圖5是全氟化聚氨酯膜中的參比染料N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺的激發光譜和發射光譜，在實施例3中測得。圖6是在純全氟化聚氨酯膜中的氧氣指示劑氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)和參比染料N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺的激發光譜和發射光譜，在實施例3中測得。圖7是典型的光學氧氣傳感器的光漂移研究的結果，在實施例4中進行描述。在該圖中描繪的是來自氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)的氧氣信號、來自N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺的對照信號和氧氣信號與對照信號的比率。圖8是對未校正的氧氣傳感器信號進行24小時體內研究得到的結果，在實施例5中測得。圖9是對比率化的氧氣傳感器信號進行24小時體內研究得到的結果，在實施例5中測得。發明詳述在公開和描述本組合物、膜、傳感器和制法之前，應理解本發明并不限于特定的傳感器形式、特定的膜組合物、或特定的交聯劑而且固化過程本身也可以改變。還應理解，此處所用的術語是用于描述具體的實例，并不用于限制本發明。應注意，正如說明書和所附的權利要求書中所用，單數形式“一”或“一個”和“一種”等是包括復數的，除非上下文明確指明。因此，例如“一個氧氣指示劑”包括兩個或多個氧氣指示劑的混合物。“一種全氟化聚氨酯”包括這類聚合物的混合物，“一種前體”包括兩種或多種前體的混合物，其余類推。在描述本發明和提出權利要求時，使用以下術語。術語“氧氣指示劑”指環境靈敏的、有機和/或有機金屬化合物，它在適當波長的光照下會發出可測量的熒光信號，而且該熒光信號對存在的氧氣是靈敏的(即被淬滅)。此處的術語“參比染料指示劑”指有機和/或有機金屬化合物，當它在適當波長的光照下會發出可測量的熒光信號，而且該熒光信號對感興趣的分析物基本上是不靈敏的(即基本上不被淬滅)，而且該化合物的光分解速率大致與選定的環境靈敏指示劑染料的光分解速率相同。此處所用的術語“聚合物”包括齊聚物和聚合物材料，即含有兩個或多個單體鏈節的化合物。類似地，術語“全氟化聚醚”鍵是指含有至少兩個全氟代醚單體鏈節(即每個通常存在的氫原子都被氟原子所取代的醚單體鏈節)的鍵。此處所用的術語“聚氨酯”與其常規含義相同，指含有重復-O-(CO)-NH-鍵的有機化合物。術語“聚氨酯丙烯酸酯聚合物”指通過末端為丙烯酸酯-O-(CO)-CH＝CH2的氨基甲酸酯齊聚物的聚合反應得到的聚氨酯聚合物。此處所用的術語“前體”指當聚合和/或交聯時會生成所需聚合物的化合物。此處所用的術語“光分解”指由伴隨材料發光的光解過程而導致的化學分解。它與“光衰變”不同。光衰變是非破壞性的過程，在該過程中，處于激發態的熒光分子衰變回到較低能態，同時伴隨光的發射。此處所用的“SternVolmer常數”(Ksv)與其常規定義相同，即1o/I＝1＋KSV(〔O2〕)其中，“Io”為氧含量為0％時的熒光強度，“I”為氧氣存在時測得的熒光強度。此處所用的“漂移極限”與其常規定義相同，即因此漂移極限表示經漂移可損失但在150毫米汞柱時誤差仍在約10％之內的初始信號的比值。此處所用的“漂移速率”與其常規定義相同，即因此，漂移速率是在規定的曝光條件下傳感器每小時相對的信號損失；單位是每小時信號損失的百分率(％)。“相對漂移”Df被定義為1-(DR)。術語“新O2/小時”是使用1小時后在150毫米汞柱下傳感器給出的氧氣預計值，其計算如下在描述此處的化合物時，術語“低級烷基”與其常規含義相同，指1-6個碳原子的烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基等。“低級亞烷基”指含有1-6個碳原子的雙官能飽和的支鏈或直鏈烴鏈，包括例如亞甲基(-CH2-)、亞乙基(-CH2CH2-)、亞丙基(-CH2-CH2-CH2-)等。術語“烷亞芳基”指含有1或2個單環芳族部分的雙官能烴部分，或者是未取代的苯環或者是含有1-4個取代基(如低級烷基、鹵素、硝基等)的苯環。“烷亞芳基”連接基團也可以含有與芳環相鄰的低級亞烷基的間隔基，其中通常存在的部分或全部氫原子可被氟原子所取代。用于制備本發明的滲氧膜的聚合物組合物是固化的全氟化聚氨酯；膜本身含有該聚合物的基質和摻入該基質中的氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份。典型地，固化的全氟化聚氨酯一般是用交聯劑交聯的全氟化聚氨酯前體。一般，該前體的結構如下其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個，較佳為10-50個，最佳為30-45個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節。通過改變X部分中所含的全氟化醚鏈節的數目，可以方便地調節憎水性。較佳地，Ar是苯基，或者是未取代的或者是用1-4個取代基取代的苯基，取代基經選擇以便不干擾聚合反應或者不干擾在氧氣傳感器中使用固化的聚合物；這種取代基包括，例如，低級烷基(C1-C6)、鹵素、硝基等。通過改變X部分中所含的全氟化醚鏈節的數目，可以方便地調節憎水性。式(I)前體可以用水或有機二醇HO-R-OH交聯，其中R是約2-20個碳原子的烴基取代基，而且其中通常存在的部分或全部氫原子可被氟原子所取代。較佳地，R是亞烷基連接基團，即含有1-6個碳原子的亞烷基連接基團，或者是含有一個或兩個單環芳族部分(取決于芳族部分的數目)，還含有兩個或三個低級亞烷基間隔基的烷亞芳基連接基團，同樣其中通常存在的部分或全部氫原子已被氟原子所取代。有機二醇的例子包括雙酚A和六氟化雙酚A。在一個優選實施例中，在固化之前，通過用丙烯酸酯末端-NH-COO-(CH2)n-CH＝CH2取代異氰酸酯末端部分-N＝C＝O使式(I)前體轉變成全氟化聚氨酯丙烯酸酯前體，其中n一般為1-6。這可以通過二異氰酸酯前體(I)和例如甲基丙烯酸羥甲酯(此時n為1)、甲基丙烯酸羥乙酯(此時n為2)等的反應而實現。這樣提供的全氟化的聚氨酯丙烯酸酯前體具有結構式它可以在合適的光引發劑或光催化劑存在下通過輻照而固化。在該實例的另一種形式中，末端為二異氰酸酯的式(I)前體實際上可以與任何具有羥基末端和乙烯基末端、通常含有約2-10個碳原子的化合物反應，從而形成末端為乙烯基的前體以便可以交聯。用于在上述情況下進行交聯以固化式(II)全氟化聚氨酯丙烯酸酯前體的合適光引發劑是本領域中熟練技術人員所熟知的自由基光引發劑。這種光引發劑的例子包括2-羥基-2，2-二烷基乙酰苯、α-烷氧基脫氧苯偶姻、α，α-二烷氧基脫氧苯偶姻、α，α-二烷氧基乙酰苯、二苯酮、噻噸酮、苯偶酰以及在“PhotoinitiatorsandPhotocatalystsforVariousPolymerisationandCrosslinkingProcesses”，Radia-tionCuringofPolymersII，ed.D.R.Randell(TheRoyalSocietyofChemistry，1991)，46-53頁中由H.J.Hageman等人鑒定的其它化合物。該文獻在此引用作為參考。在另一實例中，末端為二異氰酸酯的式(I)前體被轉變成末端為環氧基的式(III)前體其中Ar、X和n定義同上。該轉變可以通過式(I)前體和2當量的下式化合物反應而容易實現(當n＝1時即為縮水甘油)。該末端為環氧基的化合物接著可以在陽離子光引發劑如锍鹽、如由Ciba-GeigyCorporation生產的商品名為Irgacure的有機金屬配合物等存在下，通過輻照而固化。用上述聚合物組合物制造光學氧氣傳感器的一個優點是一般不需要交聯劑。常規系統一般需要濃度非常高的交聯劑。在配制滲氧膜時，優選的是使上述的交聯反應在氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份存在時進行，這兩種組份被摻入作為膜材料的聚合物基質。氧氣靈敏指示劑和參比染料一般是用物理方法被裹入聚合物基質，但是也可以是共價相連。氧氣靈敏指示劑一般是無機配合物，它是可被氧氣淬滅的發光材料。可用于氧氣測定的合適氧氣靈敏指示劑的例子可以在上述的英國專利No.2,132,348中找到，它包括釕(II)、鋨(II)、銥(III)、銠、錸和鉻(III)與2，2′-二吡啶、1，10-菲咯啉、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉、4，7-二甲基1，10-菲咯啉、4，7-二磺化二苯基-1，10-菲咯啉、2，2′-雙-2-噻唑啉、2，2′-二噻唑、5-溴-1，10-菲咯啉和5-氯-1，10-菲咯啉的配合物，以及Vo(II)、Cu(II)、Pt(II)和Zn(II)與卟啉、本卟啉、四苯基卟啉、中卟啉IX二甲酯、原卟啉IX二甲酯和八乙基卟啉的配合物。用于制造氧氣光學傳感器的優選的氧氣靈敏指示劑是釕配合物，最佳是氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)。參比染料一般是有機發光材料，它難以被氧氣所淬滅(即其SternVolmer常數KSV遠小于氧氣靈敏指示劑的KSV；一般，參比染料的KSV應比氧氣靈敏指示劑的KSV至少小0.05。)，其熒光發射光譜可以容易地與氧氣指示劑染料的發射光譜區分開，而且具有較穩定的(一般在150毫米汞柱測量時在約1％之內)、與氧氣靈敏指示劑的光漂移速率相近的光漂移速率。參比染料的例子包括多環芳香化合物、例如苝衍生物、熒光素和熒光素衍生物例如羧基熒光素、羥基芘三磺酸、二氯代熒光素等。這類參比染料的優選例子是N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺(DXP)。產生滲氧膜的交聯反應最好是在纖維基材上進行。在一個優選例中，前體是可光固化的，而且是在纖維基材上通過纖維傳送的輻照而交聯。或者，膜是分開制備的然后沉積光學纖維的表面；在這種情況下，一般在沉積傳感膜之前需要在纖維表面打底。合適的玻璃底漆(primer)的例子是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。或者，纖維的遠端可以浸在前體、氧氣靈敏指示劑和參比染料的溶液中，再采取合適的步驟固化和交聯該溶液。一旦固化，這樣形成的氧氣傳感器可以通過浸泡在無害溶劑如二甲亞砜或緩沖液/水中而清除掉未反應的單體。然而，本發明將未反應單體存在的可能性降至最低，因此漂洗可能是多余步驟。聚合物組合物即交聯的全氟化聚氨酯一般為滲氧膜的80-99重量％，更通常為膜的95-99重量％。使用的任何光引發劑可以以常規濃度存在，一般約為膜的1-2重量％。氧氣靈敏指示劑和參比染料通常為膜的0.03-1.0重量％。全氟化聚氨酯和用這種聚合物制造的光學傳感器在共同轉讓的、未審定的美國專利申請號No.07/911,175中有詳細描述，該申請題目為“Cross-LinkedGasPermeableMembraneofaCuredPer-fluorinatedUrethanePolymer，andOpticalGasSensorsfabricatedTherewith”，是1992年8月12日申請的，在此引用作為參考。對于需要進一步了解用全氟化聚氨酯制造的纖維光學氧氣傳感器的有關信息的本領域的熟練技術人員，可以參見上述專利申請以獲取其它詳細資料。圖1是典型的纖維光學氧氣傳感器的裝置。所示的設備11包括用于將探測輻照引入設備的光源12，以及傳感和檢測來自設備輻照的光檢測儀13。設備11包括一根或多根光學纖維14，纖維14通過合適的連接件15與光源12和光檢測儀13相連，連接件15靠近光學纖維14的遠端部分16。眾所周知，每根光學纖維14包括被包層或涂層所包裹的核心。遠端部分16具有頂端17，該頂端17是由上述的交聯的全氟化聚氨酯基質和摻入其中的氧氣靈敏指示劑和參比染料構成的膜。氧氣靈敏指示劑使基質發生顏色、顏色強度或其他性質的變化，該變化被光檢測器13用本領域熟知的方法檢測出。對于圖3中所示的具體元件，該遠端部分16′具有頂端17′。該頂端17′是適合用于多種檢測功能的復合膜，例如檢測pH情況等和檢測氧氣濃度。在頂端17′的復合膜中含有由全氟化聚氨酯聚合物基質、氧氣靈敏指示劑和參比染料構成的微顆粒21。還含有其他指示劑組份22，例如螢光pH指示劑。氧氣傳感器微顆粒21和其他指示劑22被包在已知類型的可滲透氧氣和離子的親水聚合物23中，該聚合物23提供了微顆粒所需的支撐作用。合適的纖維基材的例子包括玻璃、塑料、玻璃加玻璃和塑料包層玻璃纖維波導。光學纖維的主要特征是光學信號衰減弱程度。因此用天然原料制備時含有超高濃度過渡金屬雜質的玻璃會導致高吸收損失。質量合格的高二氧化硅纖維可以用純化的原料(例如四氯化硅和四氯化鍺)，通過常規的玻璃熔融工藝(熔融、澄清和拉制成纖維)而制得。為了改善膜與纖維的粘合，纖維基材頂端的表面可以經硅烷化處理，例如用上述的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷作為底漆。正如前面所述，本發明的主要用途是檢測和測量血液中的溶解氧。但是本發明的膜和傳感器也可以用于其他用途，例如對流動的流體進行在線(on-line)檢測。應理解，盡管本發明是結合優選的具體實施例進行描述的，但是上述的描述以及后面的實施例是用于闡述本發明而不是限制本發明的。在本發明范圍之內的其他方面、優點和改變形式對于本發明所涉及領域的熟練技術人員而言是顯而易見的。實施例1本實施例的目的是制備可輻射固化的氟化聚氨酯，它用于制造可滲透H2O和H+的、具有優良彈性體性能的膜。將雙官能的、末端為異氰酸酯的、當量重量約為1500的氟化聚醚(FluorolinkTMB，得自ausimont，Morristown，NewJersey)用作聚合物前體。進行反應如下(1)用丙烯酸酯部分取代前體的二異氰酸酯末端，從而形成可光固化的化合物，和(2)固化該末端為丙烯酸酯的化合物，具體情況如下。稱取5克FluorolinkTMB，將0.43克干甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)(得自AldrichChemicalCompany，Inc.，Milwaukee，Wisconsin)(用4的分子篩保存)加到FluorolinkTMB中。反應在室溫下于無催化劑條件下進行。1小時后，無明顯的放熱現象。反應在約20℃保溫18小時。此時發現制劑沒有固化；因此加入5微升二月桂酸二丁基錫催化劑(得自AirProductsandChemicals，商品名為T-12)，制劑開始輕微冒泡。發現丙烯酸酯聚氨酯可以溶解于氟利昂113，三氯三氟乙烷；加入5微升光引發劑Irgacure(Ciba-Geigy)，然后聚合物溶液在氮氣流中固化。用紅外光譜確定聚合物的結構。實施例2本實施例的目的是制備氧氣傳感器，這是通過將氧氣靈敏指示劑和參比染料溶解在可交聯、可固化、可滲氧的聚合物基質中。與實施例1相同，將FluorolinkTMB用作固化的全氟化聚氨酯丙烯酸酯聚合物的前體，它作為聚合物基質的主要組份。在該實施例中，固化在潮濕條件下完成。選擇氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)(得自FloridaInternationalUniversity)作為氧氣靈敏指示劑，選擇N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺(DBPI)(AldrichChemicalCo.)作為參比染料。將各1.5mg的DPPR和DBPI溶解在0.2mlCH2Cl2中，然后混溶在1.0克全氟化預聚物FluorolinkTMB中，并加入10微升二月桂酸二丁基錫作為催化劑。加入氟利昂113三氯三氟乙烷(200微升)然后充分混合。將波導(EnsignBickford玻璃加玻璃型，240微米，數值口徑0.39)浸在聚合物/氧氣指示劑/參比染料制劑中，然后在室溫下干燥過夜。干燥的傳感器在50℃加濕空氣爐中固化18小時。實施例3本實驗的目的是確定使氧氣指示劑染料和參比染料激發的最佳波長，以及檢測熒光發射光譜的最佳波長。將氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)或N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺(DBPI)(AldrichChemicalCo.)或DPPR和DBPI兩者溶解于二氯甲烷，濃度約為0.1重量％，然后混溶于全氟化聚氨酯預聚物中。然后用標準方式進行固化，這或者通過潮濕固化機理，或者通過光固化使全氟化聚氨酯丙烯酸酯預聚物固化。用該聚合物-指示劑或聚合物-參比染料混合物所制成的膜具有下列熒光光譜。圖4為聚氨酯膜中氧氣指示劑的激發光譜和發射光譜。圖5為聚氨酯膜中參比染料的激發光譜和發射光譜。圖6為同樣聚氨酯膜中兩種化合物的激發光譜和發射光譜。注意，可以在485nm使兩種染料激發，并且在607nm得到氧氣發射信號和在540nm得到對照化合物信號，所有這些都可以用常規的光學濾波器方便地退褶合(deconvolutable)。求出607nm的信號與540nm的信號之比就得到所需的校正比率。實施例4該實驗的目的是評價與釕氧氣指示劑染料一起使用、作為參比染料的DBPI。按實施例2方法制備光學傳感器，將DPPR和DBPI摻入聚合物基質。光漂移速率的測量是通過在485nm使指示劑和參比染料激發，在607nm得到氧氣發射信號和在540nm得到對照化合物信號。求出607nm的信號與540nm的信號之比就得到所需的校正比率。結果表明，對于指示劑染料和參比染料，在各種溶解濃度下曝光時它們的光分解的速率是恒定的而且相似。圖7顯示了典型的光漂移研究的結果。未比率化的衰減速率基本上大于比率化的傳感器的衰減速率。通過檢測來自氧氣指示劑染料的信號以及來自氧氣指示劑染料的信號與來自參比染料的信號的比率，比較傳感器的漂移速率和使用壽命。表I所示的結果表明，比率化信號相對于未比率化的氧氣信號來說，其漂移速率減少一半以上，而使用壽命提高1倍以上。表IKVS*漂移速率新O2/小時使用壽命(小時)僅信號0.0121.8％/小時1553.33比率0.0080.8％/小時1526.5*SternVolmer常數，單位mm-1實施例5本實驗的目的是評估本發明用于體內的比率法。如實施例2制備光學傳感器。在用含有已知量溶解氧的溶液作標準曲線之后，將傳感器通過手術植入兔體內。植入的傳感器在485nm(激發波長)連續輻照24小時，隨后取出傳感器。“取出”的傳感器再如上述用那樣用溶解氧溶液作標準曲線。圖8和圖9為未比率化和比率化傳感器在24小時體內實驗的結果。通過比較植入前的信號和取出后的信號，可以在圖8中觀察到標準曲線的漂移，這是由于光分解導致傳感器相對不穩定性。與之不同，圖9所示的植入前和取出后的標準曲線實際是重疊，這表明所用的傳感器具有更高的穩定性。在本具體例子中，傳感器的使用壽命延長約110％。權利要求1.一種在測量流體樣品中氧氣的方法，其特征在于，包括(a)提供光學傳感器，該傳感器包括具有用于接觸流體樣品的遠端部分和與接收來自遠端部分的信號的裝置相連的近端部分的光波導，其中遠端部分具有氧氣傳感器裝置，該裝置包括固化的、全氟化聚氨酯和摻在里面的含有氧氣指示劑和參比染料的指示劑組合物構成的交聯滲氧膜，其中氧氣指示劑發出對氧氣靈敏的熒光發射信號而參比染料發出對氧氣不靈敏的熒光發射信號；(b)將流體樣品和光學傳感器的遠端部分接觸；(c)用第一波長的輻照激發指示劑組合物，使其產生第二波長的氧氣指示劑發射信號并且產生第三波長的參比染料發射信號；(d)根據氧氣指示劑發射信號計算流體樣品中所存在的氧氣的表觀數量；和(e)通過確定氧氣指示劑發射信號對參比染料發射信號的比率而校正氧氣表觀數量因外部因素引起的偏差。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣指示劑選自釕(II)、鋨(II)、銥(III)、銠、錸和鉻(III)與2，2′-二吡啶、1，10-菲咯啉、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉、4，7-二甲基1，10-菲咯啉、4，7-二磺化二苯基-1，10-菲咯啉、2，2′-雙-2-噻唑啉、2，2′-二噻唑、5-溴-1，10-菲咯啉和5-氯-1，10-菲咯啉的配合物，以及Vo(II)、Cu(II)、Pt(II)和Zn(II)與卟啉、本卟啉、四苯基卟啉、中卟啉IX二甲酯、原卟啉IX二甲酯和八乙基卟啉的配合物。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，參比染料是選自由熒光素、羧基熒光素、羥基芘三磺酸、二氯代熒光素、N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺所組成的螢光有機化合物組。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，氧氣指示劑是氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)，而參比染料選自N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一波長為485nm，第二波長為607nm，第三波長為540nm。6.一種測量流體樣品中氧氣的光學傳感器，其特征在于，該傳感器包括具有用于接觸流體樣品的遠端部分和與接收來自遠端部分的信號的裝置相連的近端部分的光波導，其中遠端部分具有氧氣傳感器裝置，該裝置包括固化的、全氟化聚氨酯和摻在里面的含有氧氣指示劑和參比染料的指示劑組合物構成的交聯滲氧膜，其中氧氣指示劑發出對氧氣靈敏的熒光發射信號而參比染料發出對氧氣不靈敏的熒光發射信號。7.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，氧氣指示劑選自釕(II)、鋨(II)、銥(III)、銠、錸和鉻(III)與2，2′-二吡啶、1，10-菲咯啉、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉、4，7-二甲基1，10-菲咯啉、4，7-二磺化二苯基-1，10-菲咯啉、2，2′-雙-2-噻唑啉、2，2′-二噻唑、5-溴-1，10-菲咯啉和5-氯-1，10-菲咯啉的配合物，以及Vo(II)、Cu(II)、Pt(II)和Zn(II)與卟啉、本卟啉、四苯基卟啉、中卟啉IX二甲酯、原卟啉IX二甲酯和八乙基卟啉的配合物。8.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，參比染料是選自由熒光素、羧基熒光素、羥基芘三磺酸、二氯代熒光素、N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺所組成的螢光有機化合物組。9.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，氧氣指示劑是氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)，而參比染料選自N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺。10.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括用交聯劑交聯的全氟化聚氨酯前體。11.如權利要求10所述的光學傳感器，其特征在于，全氟化聚氨酯前體的結構如下其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節。12.如權利要求11所述的光學傳感器，其特征在于，交聯劑為水。13.如權利要求11所述的光學傳感器，其特征在于，交聯劑是二醇。14.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括結構式如下的全氟化聚氨酯前體其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節，而且n為0-6(含)的整數，并且該前體在光引發劑存在下通過輻照而固化。15.如權利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括結構式如下的末端為環氧基的前體其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節，而且n為0-6(含)的整數，并且該前體在光引發劑存在下通過輻照而固化。16.一種制造用于測量流體中氧氣的光學氧氣傳感器的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(a)提供光波導，該光波導有用于檢測流體中氧氣含量的遠端部分和與接收來自遠端部分的信號的裝置相連的近端部分；(b)用含有可光固化的聚合物前體、氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份的溶液涂覆遠端部分，其中氧氣指示劑發出對氧氣靈敏的熒光發射信號而參比染料發出對氧氣不靈敏的熒光發射信號；和(c)使前體交聯。17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，交聯是通過輻照光波導遠端部分而進行的。18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，交聯是通過光波導輻照其遠端部分而實現的。19.如權利要求16所述的方法，其特征在于，交聯是通過將涂有前體的頂端與交聯劑接觸而進行的。20.一種交聯的滲氧膜，其特征在于，該膜包括固化的全氟化聚氨酯的聚合物基質和摻在里面的氧氣指示劑和參比染料的指示劑組合物，其中氧氣指示劑發出對氧氣靈敏的熒光發射信號而參比染料發出對氧氣不靈敏的熒光發射信號。21.如權利要求20所述的膜，其特征在于，氧氣指示劑選自釕(II)、鋨(II)、銥(III)、銠、錸和鉻(III)與2，2′-二吡啶、1，10-菲咯啉、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉、4，7-二甲基1，10-菲咯啉、4，7-二磺化二苯基-1，10-菲咯啉、2，2′-雙-2-噻唑啉、2，2′-二噻唑、5-溴-1，10-菲咯啉和5-氯-1，10-菲咯啉的配合物，以及Vo(II)、Cu(II)、Pt(II)和Zn(II)與卟啉、本卟啉、四苯基卟啉、中卟啉IX二甲酯、原卟啉IX二甲酯和八乙基卟啉的配合物。22.如權利要求20所述的膜，其特征在于，參比染料是選自由熒光素、羧基熒光素、羥基芘三磺酸、二氯代熒光素、N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺所組成的螢光有機化合物組。23.如權利要求21所述的膜，其特征在于，氧氣指示劑是氯化三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)合釕(II)，而參比染料選自N，N′-二(2，5-二叔丁基苯基)-3，4，9，10-苝甲酰亞胺和N，N′-二(2，6-二甲苯胺基(xylidyl))-3，4，9，10-苝甲酰亞胺。24.如權利要求20所述的膜，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括用交聯劑交聯的全氟化聚氨酯前體。25.如權利要求24所述的膜，其特征在于，全氟化聚氨酯前體的結構如下其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節。26.如權利要求25所述的膜，其特征在于，交聯劑為水。27.如權利要求25所述的膜，其特征在于，交聯劑是二醇。28.如權利要求20所述的膜，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括結構式如下的全氟化聚氨酯前體其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節，而且n為0-6(含)的整數，并且該前體在光引發劑存在下通過輻照而固化。29.如權利要求20所述的膜，其特征在于，固化的全氟化聚氨酯包括結構式如下的末端為環氧基的前體其中Ar是單環芳族部分；X是全氟化聚醚鍵，它含有約2-100個結構為(-CF2O-)、(-CF2CF2O-)或其組合的重復的全氟代單體鏈節，而且n為0-6(含)的整數，并且該前體在光引發劑存在下通過輻照而固化。全文摘要本發明提供了一種使用光學傳感器(11)的比率法測量流體樣品中溶解氧。傳感器(11)含有滲氧膜(16)。滲氧膜包含固化的全氟化聚氨酯和摻在里面的氧氣靈敏指示劑組份和參比染料組份。指示劑組份的發射光譜通過與參比染料的發射光譜比較而校正，參比染料基本上是不被氧氣淬滅而且其光分解速率與指示劑組份相近。還提供了膜及傳感器(11)的制法和用法。文檔編號G01N21/64GK1130943SQ94193387公開日1996年9月11日申請日期1994年9月7日優先權日1993年9月13日發明者J·凱恩,R·馬丁,A·希林申請人:光傳感器股份有限公司