一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法技术

一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，涉及荧光氧传感器领域，尤其涉及一种基于光子晶体荧光增强的血氧传感器的制备方法。是要解决现有方法制备的光学氧传感器用于血氧检测时存在指示剂泄露，荧光信号减弱的问题。方法：一、将聚苯乙烯微球乳液置于避光容器中，并加入荧光染料，超声处理，置于室温暗箱中溶胀，离心，用纯水将沉淀重新分散，得到分散完成的微球乳液；二、将聚山梨醇酯溶液加入微球乳液中，超声处理，置于平底玻璃管中；将石英片斜放入平底玻璃管内，并一起置于隔水培养箱中，至乳液蒸发完全，得到光子晶体器件；在制备得到的光子晶体器件表面旋涂一层PDMS，固化，得到血氧传感器。本发明专利技术应用于传感器领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法
本专利技术涉及荧光氧传感器领域，尤其涉及一种基于光子晶体荧光增强的血氧传感器的制备方法。
技术介绍
近年来，在居民生活水平日益提高的同时人们的健康意识也日益增强，越来越多心血管方面的疾病引起了大家的广泛关注。血氧饱和度是与该类疾病直接相关的重要生理指标之一。血氧饱和度是氧合血红蛋白(HbO2)在总血红蛋白(Hb)中的占比，即血氧在血液中的浓度，它是生命循环的一个重要生理参数。当生物体内某些器官长期处于缺氧状态时，将无法正常行使其生理机能，引起组织水肿，防御功能下降，严重影响人体内的血液循环。此外，检测生物组织中的血氧含量可实现对多种疾病的早期医疗诊断，为病人后续医疗工作的开展提供依据。传统的血氧饱和度测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电化学分析，测出血氧分压PO2计算出血氧饱和度。这种方法比较麻烦，且不能进行连续的监测。采用指套式光电传感器，测量时，需将传感器套在人手指上，利用手指作为盛装血红蛋白的透明容器，使用波长660nm的红光和940nm的近红外光作为射入光源，测定通过的光传导强度，来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度，该方法监测部位受限、长期使用会对病人产生压迫感，并且由于人体模型和系统误差导致精度偏低。目前已有的光学氧传感器主要集中在气态氧传感，并不适用于血氧的检测。是因为在进行溶解氧传感时，需要将氧传感器浸泡于溶液中，易造成指示剂的泄露，使荧光强度降低，进而影响检测结果。此外，血液中富含红细胞，利用光学氧传感器进行血氧浓度的检测时，由于细胞对光的散射作用使光学信号大量衰减难以收集，因此已有的氧传感器很难应用于溶液中，更难应用到血液中等复杂的液态环境。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有方法制备的光学氧传感器用于血氧检测时存在指示剂泄露，荧光信号减弱的问题，提供一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法。本专利技术基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，包括以下步骤：一、聚苯乙烯微球溶胀将聚苯乙烯微球乳液置于避光容器中，并加入PtOEP/THF荧光染料，然后在室温下进行超声处理，超声后置于室温暗箱中溶胀，然后离心，倒去上清液，并用纯水将沉淀重新分散，得到分散完成的微球乳液；二、光子晶体荧光增强型氧传感器的制备将聚山梨醇酯溶液加入步骤一分散完成的微球乳液中，超声处理至混合均匀，然后置于平底玻璃管中；将亲水化处理完成的石英片斜放入平底玻璃管内，并一起置于隔水培养箱中，培养箱温度设为60～65℃，直至乳液蒸发完全，得到光子晶体器件；在制备得到的光子晶体器件表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)，然后水平放置在真空干燥箱内，完全固化后取出，得到血氧传感器。进一步的，步骤一中聚苯乙烯微球乳液的质量浓度为0.4％。聚苯乙烯微球的粒径均匀，为购买得到。进一步的，步骤一中PtOEP/THF荧光染料的制备方法为：将八乙基卟啉铂粉末(PtOEP)溶于四氢呋喃中，配制得到指示剂浓度为1×10-3mol/l的PtOEP/THF荧光染料。进一步的，步骤一中聚苯乙烯微球乳液与PtOEP/THF荧光染料的体积比为2000：(1-5)。进一步的，步骤一中离心的速度为7000～8000rpm，离心时间为5～10min。进一步的，步骤一中溶胀时间为1～2h。进一步的，步骤二中所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)为道康宁Sylard184硅橡胶，其中基本组分和固化剂按10:1的质量比混合，搅拌均匀后静置半小时以去除气泡。进一步的，步骤二中石英片的亲水化处理方法为：分别依次用洗洁精、乙醇和纯水清洗石英片，然后配制氨水和过氧化氢混合溶液，将洗好的石英片浸入混合溶液中4.5～5.5小时，完成亲水化。优选的，氨水和过氧化氢混合溶液中氨水与过氧化氢的体积比为7:3。进一步的，步骤二中真空干燥箱的温度为60～65℃，保温时间为10～15h。本专利技术的有益效果：本专利技术是基于当荧光物质的发射峰峰位与光子晶体光子禁带的峰位部分重叠时，可使光致发光成倍增强这一原理。光子晶体具有光子禁带，在带隙中电磁波不能传播，因此光子晶体对入射光具有良好的调控作用。同时，当胶体粒子尺寸落在可见光波长范围(400nm-760nm)时光在晶体表面也会产生散射，在视觉上出现颜色增强的效果。基于光子晶体的荧光增强效应与氧气的荧光猝灭原理，制备了具有光子晶体微结构的荧光增强型血氧传感器。本专利技术选择PtOEP作为指示剂，PDMS为基底材料，利用溶胀法将荧光指示剂固定在PS微球的内部，该核-壳结构以及PDMS特有的疏水性能可有效防止指示剂泄露。有利于实际应用中溶液氧含量监测的长效稳定。而且Stern-Volmer方程线性相关性高，能够精确测量血液中的血氧浓度。本专利技术方法引入光子晶体微结构，光子晶体具有光子禁带可大幅度增强荧光染料的发光强度。PDMS特有的疏水性能使该血氧传感器具有自清洁能力，提高疏水性。另外，PDMS具有良好的透气性和柔性，可以很好的贴合皮肤，从而实现柔性可穿戴。该专利技术还具有制备工艺简单、花费少、灵敏度高、信噪比高等优点。附图说明图1为实施例1中5μl染料溶胀后光子晶体的电镜图；图2为实施例1中荧光增强因子与指示剂加入量关系图；图3为实施例1中不同氧气含量下PtOEP荧光发射谱图；图4为实施例1中Stern-Volmer曲线；图5为实施例1中血氧传感器耐光性检测；图6为实施例1中接触角与染料加入量之间的关系；图7为实施例1中血氧传感器的实物图；图8为实施例1中血氧传感器柔性可穿戴性能检测。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，包括以下步骤：一、聚苯乙烯微球溶胀将聚苯乙烯微球乳液置于避光容器中，并加入PtOEP/THF荧光染料，然后在室温下进行超声处理，超声后置于室温暗箱中溶胀，然后离心，倒去上清液，并用纯水将沉淀重新分散，得到分散完成的微球乳液；二、光子晶体荧光增强型氧传感器的制备将聚山梨醇酯溶液加入步骤一分散完成的微球乳液中，超声处理至混合均匀，然后置于平底玻璃管中；将亲水化处理完成的石英片斜放入平底玻璃管内，并一起置于隔水培养箱中，培养箱温度设为60～65℃，直至乳液蒸发完全，得到光子晶体器件；在制备得到的光子晶体器件表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)，然后水平放置在真空干燥箱内，完全固化后取出，得到血氧传感器。本专利技术的目的在于提供一种可以测量溶解氧含量的光子晶体荧光增强型氧传感器的制备方法。采用光子晶体对发射峰在特定波长处的荧光物质光致发光增强这一原理，制备了具有光子晶体微结构的氧传感器。当包覆进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n一、将聚苯乙烯微球乳液置于避光容器中，并加入PtOEP/THF荧光染料，然后在室温下进行超声处理，超声后置于室温暗箱中溶胀，然后离心，倒去上清液，并用纯水将沉淀重新分散，得到分散完成的微球乳液；/n二、将聚山梨醇酯溶液加入步骤一分散完成的微球乳液中，超声处理至混合均匀，然后置于平底玻璃管中；/n将亲水化处理完成的石英片斜放入平底玻璃管内，并一起置于隔水培养箱中，培养箱温度设为60～65℃，直至乳液蒸发完全，得到光子晶体器件；/n在制备得到的光子晶体器件表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷，然后水平放置在真空干燥箱内，完全固化后取出，得到血氧传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、将聚苯乙烯微球乳液置于避光容器中，并加入PtOEP/THF荧光染料，然后在室温下进行超声处理，超声后置于室温暗箱中溶胀，然后离心，倒去上清液，并用纯水将沉淀重新分散，得到分散完成的微球乳液；
二、将聚山梨醇酯溶液加入步骤一分散完成的微球乳液中，超声处理至混合均匀，然后置于平底玻璃管中；
将亲水化处理完成的石英片斜放入平底玻璃管内，并一起置于隔水培养箱中，培养箱温度设为60～65℃，直至乳液蒸发完全，得到光子晶体器件；
在制备得到的光子晶体器件表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷，然后水平放置在真空干燥箱内，完全固化后取出，得到血氧传感器。


2.根据权利要求1所述的一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，其特征在于步骤一中聚苯乙烯微球乳液的质量浓度为0.4％。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，其特征在于步骤一中PtOEP/THF荧光染料的制备方法为：将八乙基卟啉铂粉末溶于四氢呋喃中，配制得到指示剂浓度为1×10-3mol/l的PtOEP/THF荧光染料。


4.根据权利要求3所述的一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法，其特征在于步骤一中聚苯乙烯微球乳液与PtOEP/THF荧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张科，陈赛，赵九蓬，李垚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23