【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤传感，尤其涉及一种双功能柔性水凝胶光纤及其制备方法和应用。
技术介绍
1、脑部病变或颅脑外伤等引发的脑缺氧（cerebral hypoxia）会使脑组织出现不同程度的功能障碍，进而发生不可逆转的损伤，严重危害人类健康；因而对脑组织氧含量进行实时监测并及时适量供氧，是减少患者脑组织损伤和发生及预防神经系统并发症的有效治疗手段。目前用于人体组织检测的光学氧传感器主要有穿戴式、注射式、植入式和介入式等。而近年来光纤光化学传感器因其高灵敏度、高选择性等特点逐渐受到关注，在光纤一端涂抹荧光探针，可以根据荧光强度变化或者荧光寿命的变化程度可以确定脑组织内氧含量。由于该荧光化学传感器不消耗待测物质，同时具有选择性高、反应灵敏的优点，一次校准后可长时间连续使用，但是常用的光纤材料由玻璃或塑料制成，极易对脑组织造成伤害，并且其尺寸较大、机械性能不适用于柔性脑组织的长期使用。因此如何构建柔性光纤光化学氧传感器对于实现不同区域脑组织内氧含量的持续实时检测具有重要意义。
2、临床上为脑组织供氧常用的方法包括吸氧、插管、呼吸机、高压氧仓等，但是这些方法都需要利用人体肺部进行气体交换，不仅过程复杂、价格昂贵，而且不适用于呼吸道损伤患者。虽然现阶段液体供氧法（静脉滴注）可以迅速改善人体缺氧症状，但是该方法不适用于脑供血机能受损患者，并且难以实现特定区域的氧供应。而由于活性生物氧载体一般具有高生物相容性，因此适用于体内持续直接供，同时最近的研究发现光合细胞是一种理想的活性释氧载体，且现有研究证明了光合细胞能够持续为心脏细胞供氧，这有利
3、由于临床上脑组织氧含量的检测和供氧过程是独立的，且目前检测脑组织氧含量的传感器仅具有单一的测氧功能，难以对检测的脑组织病灶及时供氧，同时常规的血液供氧方法并不适用于脑供血不足或供血机能受损患者。因此开发兼具实时检测脑组织不同区域氧含量和持续可控直接供氧的新型氧传感器，对于脑组织缺氧相关疾病的临床诊疗具有重要意义。
技术实现思路
1、本申请提供了一种双功能柔性水凝胶光纤及其制备方法和应用，以解决现有技术中目前氧传感器难以兼具实时检测脑组织不同区域氧含量和持续可控直接供氧功能的技术问题。
2、第一方面，本申请提供了一种双功能柔性水凝胶光纤，所述水凝胶光纤是由纤芯、中间纤层和包层所形成的三层同轴光纤结构；其中，所述纤芯的原料包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮；
3、所述中间纤层的原料包括聚球藻细胞、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰化明胶、无水氯化锶和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮；
4、所述包层的原料包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、海藻酸钠和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮。
5、可选的，以质量分数计，所述纤芯的原料包括：聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～40%，甲基丙烯酰胺：30%～50%，甲基丙烯酸2-羟基乙酯：10%～40%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
6、可选的，以质量分数计，所述中间纤层的原料包括：聚球藻细胞：0.3%～3%，聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～30%，甲基丙烯酰化明胶：10%～50%，无水氯化锶：0.5%～3%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
7、可选的，以质量分数计，所述包层的原料包括：聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～30%，甲基丙烯酰胺：5%～20%，海藻酸钠：1%～2%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
8、可选的，所述纤芯、所述中间纤层和所述包层的厚度比为1～3:1～3:1～3。
9、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的水凝胶光纤的方法，所述方法包括：
10、分别混合纤芯的原料、中间纤层的原料和包层的原料，得到纤芯凝胶液、中间纤层凝胶液和包层凝胶液；
11、采用三层同轴针头对所述纤芯凝胶液、中间纤层凝胶液和包层凝胶液进行三同轴3d生物打印，得到水凝胶光纤。
12、第三方面，本申请提供了一种双功能柔性水凝胶光纤传感器，所述光纤传感器包括第一方面所述的水凝胶光纤，以及连接于所述水凝胶光纤一端的氧传感膜。
13、第四方面，本申请提供了一种制备第三方面所述的光纤传感器的方法，所述方法包括：
14、使所述氧传感膜和所述水凝胶光纤的尖端进行紫外光交联，得到光纤传感器；其中，所述传感器膜的原料为聚二甲基硅氧烷负载铂八乙基卟啉。
15、第五方面，本申请提供了一种氧含量实时检测系统，所述实时检测系统包括荧光检测装置和第三方面所述的光纤传感器，所述荧光检测装置固定连接光纤传感器。
16、可选的，所述荧光检测装置包括分光器、光源和光谱仪；
17、所述分光器包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口连通所述光源，以实现绿光源或红光源的激发；
18、所述第二接口连接所述光谱仪，以检测发射光强度；
19、所述第三接口连接所述光纤传感器。
20、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
21、本申请实施例提供的一种双功能柔性水凝胶光纤，通过设计包括纤芯、中间纤层和包层的三层同轴光纤结构，并限定纤芯包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮，中间纤层包括聚球藻细胞、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶、无水氯化锶和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮，以及包层包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、海藻酸钠和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮，通过在中间纤层引入球藻细胞这类光合细胞并结合无水氯化锶，可以使得中间纤层形成光合释氧系统，同时纤芯可以作为传感系统，因此通过上述的结构和各层配方，可以在统一水凝胶光纤内同时且独立的形成传感系统和光合释氧系统，而传感系统和释氧系统对彼此所需的光源敏感度低，因此可以减少使用过程中相互影响因素，而通过该光纤结构可以配合氧传感器实现实时检测脑组织不同区域氧含量的同时还具有持续可控直接供氧功能。
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1.一种双功能柔性水凝胶光纤，其特征在于，所述水凝胶光纤是由纤芯、中间纤层和包层所形成的三层同轴光纤结构；其中，所述纤芯的原料包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮；
2.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述纤芯的原料包括：聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～40%，甲基丙烯酰胺：30%～50%，甲基丙烯酸2-羟基乙酯：10%～40%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
3.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述中间纤层的原料包括：聚球藻细胞：0.3%～3%，聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～30%，甲基丙烯酰化明胶：10%～50%，无水氯化锶：0.5%～3%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
4.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述包层的原料包括：聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～30%，甲基丙烯酰胺：5%～20%，海藻酸钠：1%～2%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%
5.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，所述纤芯、所述中间纤层和所述包层的厚度比为1～3:1～3:1～3。
6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的水凝胶光纤的方法，其特征在于，所述方法包括：
7.一种双功能柔性水凝胶光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器包括如权利要求1-5任一项所述的水凝胶光纤，以及连接于所述水凝胶光纤一端的氧传感膜。
8.一种制备如权利要求7所述的光纤传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：
9.一种氧含量实时检测系统，其特征在于，所述实时检测系统包括荧光检测装置和权利要求7所述的光纤传感器，所述荧光检测装置固定连接光纤传感器。
10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述荧光检测装置包括分光器、光源和光谱仪；
...【技术特征摘要】
1.一种双功能柔性水凝胶光纤，其特征在于，所述水凝胶光纤是由纤芯、中间纤层和包层所形成的三层同轴光纤结构；其中，所述纤芯的原料包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯和2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮；
2.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述纤芯的原料包括：聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～40%，甲基丙烯酰胺：30%～50%，甲基丙烯酸2-羟基乙酯：10%～40%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
3.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述中间纤层的原料包括：聚球藻细胞：0.3%～3%，聚乙二醇二丙烯酸酯：10%～30%，甲基丙烯酰化明胶：10%～50%，无水氯化锶：0.5%～3%，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮：0.3%～1.2%，其余为超纯水。
4.根据权利要求1所述的水凝胶光纤，其特征在于，以质量分数计，所述包层的原料包括：聚乙二...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，应国量，李泓泽，陈茂淼，刘彦婷，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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