專利名稱：使用金屬卟啉的氧檢測(cè)的制作方法
使用金屬卟啉的氧檢測(cè)領(lǐng)域本技術(shù)總體上涉及傳感器領(lǐng)域。背景提供以下描述以幫助讀者進(jìn)行理解。提供的任何信息均不被承認(rèn)是已有技術(shù)。在許多領(lǐng)域中，需要監(jiān)測(cè)液體和氣體中的氧濃度。出于這一原因，氧傳感器或分析儀用在多種用途中。例如，生物醫(yī)學(xué)用途使用各種氧傳感器檢測(cè)和測(cè)量液體血樣和生理學(xué)氣體試樣的氧含量；化學(xué)用途包括需要氧測(cè)量的生產(chǎn)工藝，例如，在釀造啤酒的過(guò)程中或是在生產(chǎn)染料和油漆的過(guò)程中；并且環(huán)境學(xué)應(yīng)用包括檢測(cè)海洋生態(tài)系統(tǒng)中和電廠中的氧的水平?！?br> 盡管具有廣闊的應(yīng)用范圍，但是目前氧分析儀和傳感器仍有缺點(diǎn)，如檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、靈敏度低、精確度有限、傳感器的壽命有限、以及檢測(cè)氧的能力在一種物理形式或其它物理形式中(即液體或固體)是選擇性的。卟啉是大環(huán)狀分子化合物，具有能夠與金屬離子形成配合物的環(huán)形的四吡咯核心。金屬卟啉是配合物，包括各種與金屬離子配位的通常處于二價(jià)陰離子形式的卟啉衍生物。金屬離子與卟啉核心的這種配位生成類似于一些重要生物化合物的化合物,例如但不限于血紅蛋白、葉綠素、細(xì)胞色素等。概述在一個(gè)方面中，提供一種氧傳感器，它包括基底，所述基底配置用于光譜分析，并且包括配置用于結(jié)合氧的金屬卟啉的至少部分涂層。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的口卜啉包括血紅蛋白、蟲丘蝴血紅蛋白、血綠蛋白、締合f凡的蛋白(vanabin)、平那珠蛋白(pinnaglobin)、肌紅蛋白、無(wú)脊椎動(dòng)物血紅蛋白、神經(jīng)珠蛋白、豆血紅蛋白、細(xì)胞珠蛋白、紅血球，或這些金屬卟啉中任意兩種以上的混合物。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的金屬是鐵、f凡、猛、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈕、銀或金。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉處于其中金屬可以被分子氧氧化的狀態(tài)。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉包含微珠或微膠囊。在一些實(shí)施方案中，基底包括室、管或通道。在一些實(shí)施方案中，氧傳感器還包括用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。在一些實(shí)施方案中，基底包括石英、玻璃、塑料或鹽。在一些這樣的實(shí)施方案中，基底是包含CaF2或MgF2的鹽。在一些實(shí)施方案中，氧傳感器也包括氣體透過(guò)性膜。在另一個(gè)方面中，提供了一種氧傳感器，其包括室，所述室配置用于允許光譜分析；和金屬卟啉，所述金屬卟啉配置用于結(jié)合氧并且包括微珠或微膠囊。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的卟啉包括血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白、締合釩的蛋白、平那珠蛋白、肌紅蛋白、無(wú)脊椎動(dòng)物血紅蛋白、神經(jīng)珠蛋白、豆血紅蛋白、細(xì)胞珠蛋白、紅血球，或這些金屬卟啉中任意兩種以上的混合物。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的金屬是鐵、釩、錳、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈕、銀或金。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉處于被配置用于結(jié)合氧的狀態(tài)。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉包括微球或微膠囊。在一些實(shí)施方案中，基底包括室、管或通道。在一些實(shí)施方案中，氧傳感器也包括用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。在一些實(shí)施方案中，基底包含石英、玻璃、塑料或鹽。在一些這樣的實(shí)施方案中，基底是包含CaF2或MgF2的鹽。在一些實(shí)施方案中，氧傳感器還包括氣體透過(guò)性膜。在另一個(gè)方面中，提供了一種用于測(cè)量試樣的氧含量的設(shè)備，它包括基底，所述基底被金屬卟啉至少部分包覆，所述金屬卟啉被配置用于結(jié)合氧；光源，所述光源被配置用于照射基底；和檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置用于接收來(lái)自基底的光。在一些實(shí)施方案中，光源發(fā)射紫外光、可見光、近紅外光、紅外光或遠(yuǎn)紅外光。在一些實(shí)施方案中，基底還包括氣體透過(guò)性膜。在一些實(shí)施方案中，基底是透明的。在一些實(shí)施方案中，基底在被檢測(cè)波長(zhǎng)不吸收紅外、紫外或可見光。
在一些實(shí)施方案中，基底包括石英、玻璃、塑料或鹽。在一些這樣的實(shí)施方案中，基底是包含CaF2或MgF2的鹽。在一些實(shí)施方案中，金屬P卜啉包括微膠囊或微珠。在一些實(shí)施方案中，金屬B卜啉處于其可以結(jié)合氧的狀態(tài)。例如，它可以處于這樣一個(gè)狀態(tài)，在此狀態(tài)中，金屬卟啉的金屬可以結(jié)合氧(O2)。在一些實(shí)施方案中，對(duì)基底進(jìn)行配置以允許樣品與金屬卟啉接觸。在一些實(shí)施方案中，樣品包括液相或氣相。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的卟啉包括血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白、締合釩的蛋白、平那珠蛋白、肌紅蛋白、或紅血球。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的金屬是鐵、I凡、猛、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈕、銀或金。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)器被配置用于通過(guò)檢測(cè)光譜圖形來(lái)檢測(cè)試樣的氧含量。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。在另一方面中，提供了一種用于檢測(cè)在樣品中的氧氣或溶解的氧氣的方法，所述方法包括將所述樣品引入氧傳感器，所述氧傳感器包括室，所述室包括被金屬卟啉至少部分包覆的基底，所述金屬卟啉配置用于結(jié)合氧；光源；和檢測(cè)器；使所述金屬卟啉與所述樣品接觸；用所述光源照射所述室和樣品；和在引入所述樣品之前和之后檢測(cè)所述光源的光譜圖形。在一些實(shí)施方案中，該方法包括在引入樣品之后觀察所述室的光譜圖形的變化。在一些這樣的實(shí)施方案中，光譜圖形是吸收光譜或發(fā)射光譜。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉處于脫氧狀態(tài)，在此狀態(tài)中它可以在引入樣品之前結(jié)合氧，并且金屬卟啉的至少一部分在引入樣品之后與氧結(jié)合(即氧化狀態(tài))。在另一個(gè)方面中，提供了一種用于檢測(cè)樣品的氧氣或溶解的氧氣含量的方法，所述方法包括在氧傳感器中，使所述樣品與金屬卟啉接觸，所述金屬卟啉配置用于結(jié)合氧，所述氧傳感器包括室；光源；和檢測(cè)器；用所述光源照射所述室和樣品；和在引入所述樣品之前和之后檢測(cè)所述樣品的光譜圖形；其中所述金屬卟啉包含微珠或微膠囊，或被保留在籠形化合物中。前文的概述僅是說(shuō)明性的，不意在以任何方式進(jìn)行限制。除了上述說(shuō)明性的方面、實(shí)施方案和特性之外，其它的方面、實(shí)施方案和特性將通過(guò)參考附圖
和以下詳細(xì)的描述而變得明顯。附圖簡(jiǎn)述
圖I是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的氧傳感器的圖解，其中金屬卟啉螯合在基底上。圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的氧傳感器的圖解，所述氧傳感器用于分析氣態(tài)或液態(tài)樣品中的氧含量。圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于檢測(cè)樣品中的氧的氧傳感器的圖解，其中金屬卟啉螯合在基底上。圖4是根據(jù)一些實(shí)施方案的用于檢測(cè)氣態(tài)樣品中的氧并且具有透氧膜的氧傳感器的圖解。發(fā)明詳述在以下的詳細(xì)描述中參考了附圖，所述附圖形成了本說(shuō)明書的一部分。除非上下文另外指出，類似的符號(hào)典型表示類似的部件。在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中描述的說(shuō)明性的實(shí)施方案不意在具有限制性。在不脫離在此提出的主題的精神或范圍的情況下，可以·利用其它實(shí)施方案，且可以做出其它的改變。一般地，本文提供了氧傳感器、裝置、設(shè)備和使用這些傳感器、裝置和設(shè)備的方法。所述氧傳感器利用了被配置用于結(jié)合氧的金屬卟啉，以測(cè)定樣品中氧的存在和/或樣品中的氧濃度。通常在金屬卟啉存在下使用對(duì)樣品的光譜分析，進(jìn)行所述測(cè)定。在一個(gè)方面中，提供了一種氧傳感器，其包括被配置用于允許分析的基底，并包括其中將金屬卟啉配置用于結(jié)合氧的金屬卟啉的至少部分涂層。金屬卟啉包括配合物，所述配合物包括與金屬離子配位的卟啉的各種衍生物。任何具有氧結(jié)合能力的適合的卟啉均可用于與金屬離子配位。這樣的卟啉配合物可以是天然原生的或通過(guò)合成方法制備的。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬卟啉的卟啉可以包括但不限于血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白、締合釩的蛋白、平那珠蛋白、肌紅蛋白、無(wú)脊椎動(dòng)物血紅蛋白、神經(jīng)珠蛋白、豆血紅蛋白、細(xì)胞珠蛋白、紅血球，或它們的任意兩種以上的混合物。金屬B卜啉的金屬可以是任何能與B卜啉衍生物形成配合物的合適的金屬，所述金屬B卜啉能夠結(jié)合氧，使得在與氧氣或與溶液中溶解的氧氣接觸時(shí)，金屬變得被氧化。金屬卟啉的金屬離子可以處于形式上被還原的氧化態(tài)(即具有形式上的負(fù)電荷)，或可以是形式上被氧化的氧化態(tài)(即具有形式上的正電荷)但通過(guò)氧氣或溶解的氧氣對(duì)其進(jìn)一步氧化。金屬應(yīng)當(dāng)處于其中金屬將結(jié)合氧的氧化態(tài)。因此，在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉的金屬可以是但不限于鐵、釩、錳、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈀、銀或金。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，例如，含鐵的金屬卟啉包括血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白和肌紅蛋白，含釩的金屬卟啉衍生物包括締合釩的蛋白，且含錳的衍生物包括平那珠蛋白。在氧傳感器中，金屬卟啉可以被配置用于結(jié)合氧。這可以通過(guò)下列方法實(shí)現(xiàn)在分析之前將金屬卟啉保持在脫氧狀態(tài)，使得在氧的存在下，金屬卟啉結(jié)合氧?？梢酝ㄟ^(guò)任何已知的方法，例如光化學(xué)法或輻射化學(xué)法，或使用飽和二氧化碳或脫氧水，將金屬卟啉脫氧。因而，在某些說(shuō)明性實(shí)施方案中，可以將金屬卟啉在暴露于樣品進(jìn)行分析之前，與飽和二氧化碳溶液或脫氧水接觸，從而導(dǎo)致金屬卟啉脫氧。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉配合物的氧化狀態(tài)可以在其用于氧檢測(cè)之前被調(diào)節(jié)。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬卟啉可以處于形式上被還原的氧化態(tài)。在其他實(shí)施方案中，金屬卟啉處于形式上被氧化的氧化態(tài)。金屬卟啉化合物可以以例如溶液被使用，或可以被配制成其它形式。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬卟啉可以以微珠或微膠囊的形式存在。例如，在說(shuō)明性實(shí)施方案中，金屬卟啉配合物可以被包封在磷脂雙層膜中。這樣的包封可以例如通過(guò)使用磷脂載體通過(guò)下列方法實(shí)現(xiàn)將將高純金屬卟啉和由適合的磷脂如PPG-I構(gòu)成的脂質(zhì)雙層混合。可以在合適的溫度攪拌混合物適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，并且所得的多層狀載體可以通過(guò)膜式過(guò)濾器被擠出。還可以進(jìn)一步用聚(乙二醇)對(duì)載體進(jìn)行表面改性，以提高其機(jī)械和結(jié)構(gòu)性能。在其他的說(shuō)明性實(shí)施方案中，金屬卟啉可以被籠形化合物保留。在一個(gè)實(shí)例中，可以使用作為包合物的環(huán)糊精二聚體保留金屬卟啉配合物。這樣的環(huán)糊精二聚物可以例如通過(guò)以下方法制備用咪唑連接體(ImCD)形成5，10，15，20-四-(4-磺化苯基)卟吩鐵(II)(FeIIP)和氧-甲基化β-環(huán)糊精二聚體的I : I包含配合物。如上所述，氧傳感器包括被配置用于允許分析的基底?；卓梢蕴幱诶诜治龅娜魏魏线m的物理形式、形狀或幾何形狀。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，基底可以包括平板、室、接收小室、管、或通道以及在樣品的光譜分析器件使用的其它結(jié)構(gòu)。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，基底是平板，例如載玻片?；卓梢杂涩F(xiàn)有技術(shù)中已知的任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，所述?料是耐用的并且允許氧含量分析。在一些實(shí)施方案中，基底包括任何允許從光源或電磁輻射發(fā)射的光透過(guò)的材料。基底不應(yīng)產(chǎn)生干擾和阻隔對(duì)樣品和金屬卟啉的光譜區(qū)的觀察的光譜背景噪音，所述光譜區(qū)被監(jiān)測(cè)，以測(cè)定樣品中氧的存在和/或濃度。在一些實(shí)施方案中，基底可以包括石英、玻璃、塑料或鹽。在其他的實(shí)施方案中，基底可以是包含CaF2或MgF2的鹽。在一些實(shí)施方案中，基底至少部分地被金屬卟啉包覆。在其他實(shí)施方式中，基團(tuán)可以被金屬卟啉完全包覆?？梢允褂眠m合的方法用金屬卟啉包覆基底，所述方法包括但不限于吸附、化學(xué)鍵合、離子交換或電化學(xué)聚合。在一些實(shí)施方案中，可以使用金屬卟啉的薄膜包覆基底。在其它實(shí)施方案中，金屬卟啉可以附著在微珠上，或包封在微膠囊或包合配合物中，并隨后被固定在基底上。微珠可以包括MACS 珠(可得自Miltenyi Biotech)。因此，在一些實(shí)施方案中，可以使用適當(dāng)?shù)墓潭▌瑢饘龠策奈⒅榛蛭⒛z囊或包合配合物固定在基底上，所述固定劑包括但不限于非水性樹脂，例如丙烯酸類樹脂、聚氨酸類樹脂或環(huán)氧類樹脂。在某些實(shí)施方案中，使用例如光固化或熱固化方法的方法可以將可聚合材料或固定劑涂布在基底上，并且包含金屬卟啉的微膠囊或微珠可以被固定在其上。氧傳感器可以被配置用于允許分析氣態(tài)和液態(tài)兩種樣品的氧含量。在一個(gè)方面中，分析是光譜分析。因?yàn)榻饘龠策Y(jié)合了氧，所以吸收光譜或發(fā)射光譜響應(yīng)于樣品中的金屬卟啉-氧配合物的量而變化。因此，氧傳感器還包括用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形可以是吸收或發(fā)射。注意，盡管可以監(jiān)測(cè)透射光譜，但這與吸收光譜的測(cè)定是同樣的試驗(yàn)，只是表示出的數(shù)據(jù)相反。在一個(gè)實(shí)施方案中，氧傳感器是如圖I所示的。如圖I所示，可以將金屬卟啉14包覆在基底6上。在一些實(shí)施方案中，基底是被部分包覆的，而在另一些實(shí)施方案中，致密包覆，唯一的限制是，要有足夠的金屬卟啉以捕獲樣品中的氧。也可以使用固定劑8輔助包覆。金屬卟啉14可以任選地處于微膠囊中，并且保持在脫氧狀態(tài)?？梢允褂妹撗跛蚨趸硷柡偷乃?2，促進(jìn)保持金屬卟啉處于脫氧狀態(tài)。可以將要檢測(cè)的樣品經(jīng)由入口 2引入到基底中。氣態(tài)樣品也可以通過(guò)氣體透過(guò)性膜(即透氧膜)16導(dǎo)入?；走€可以被配置用于允許分析液態(tài)樣品和氣態(tài)樣品兩者。如此，基底可以包括允許液體和氣體樣品導(dǎo)入的入口。在基底被配置用于允許分析液態(tài)樣品的情況下，可以用金屬卟啉包覆基底，或可以將包封的金屬卟啉引入樣品中進(jìn)行分析。在基底被配置用于允許分析氣態(tài)樣品的實(shí)施方案中，將金屬卟啉包覆在基底上，并且氣態(tài)樣品被引入并與金屬B卜啉接觸。在一些實(shí)施方案中，傳感器可以包括將金屬B卜啉與樣品分隔開的氣體透過(guò)性膜，但該氣體透過(guò)性膜允許樣品中的氧移動(dòng)穿過(guò)該膜達(dá)到金屬卟啉。膜也阻止了金屬卟啉或是其它反應(yīng)物與金屬卟啉一起穿過(guò)膜到達(dá)樣品。氣體透過(guò)性膜可以由任何合成惰性固體聚合材料制成，例如但不限于，聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)、聚砜、聚丙烯腈、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯、尼龍-66、尼龍-6、乙酸纖維素、硅橡膠、賽璐玢、乳膠橡膠、聚乙烯和聚丙烯，它們的任何兩種以上的混合物或共混物等。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，氣體透過(guò)性膜包括Teflon。不管使用什么材料，該膜均應(yīng)當(dāng)對(duì)氧而言是可透過(guò)的并且具有必需的機(jī)械強(qiáng)度。在美國(guó)專利號(hào)4，781，889中陳述了透過(guò)性膜的實(shí)例，其公開了納米多孔性中空纖維膜。可以通過(guò)這樣的膜的物理尺寸賦予機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，透過(guò)性膜的厚度為5 μ m至80 μ m,或10 μ m 至30 μ m。根據(jù)一些實(shí)施方案,透過(guò)性膜的孔隙尺寸為O. 01 μ m至5 μ m,或O. 01 μ m至2 μ m。在另一個(gè)方面中，提供了氧傳感器，其包括被配置用于允許分析的室和被配置用于結(jié)合氧的金屬卟啉。可以以例如溶液使用金屬卟啉化合物，或可以使其形成另一種任選的更穩(wěn)定的形式。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬卟啉可以以微珠或微膠囊的形式存在。在另一些實(shí)施方案中，金屬卟啉可以被籠形化合物保留。這樣的傳感器的一個(gè)實(shí)施方案示于圖2中。如圖中可見，設(shè)備包括盛有待分析樣品或是處于脫氧狀態(tài)的金屬卟啉25的室20，其具有入口 15，由這里樣品或處于脫氧狀態(tài)的金屬卟啉35可以通過(guò)注射器30或其它注射裝置導(dǎo)入?？梢允挚氐鼗蜃詣?dòng)地將樣品或金屬卟啉導(dǎo)入室中。注射器30僅僅是為了簡(jiǎn)單而說(shuō)明的，無(wú)論如何，注射機(jī)制可以是任何本領(lǐng)域已知的此類裝置。在一些實(shí)施方案中，注射器是有刻度的，以允許注射已知量的金屬卟啉35。傳感器也任選地包括光源55和檢測(cè)器50。室可以處于利于分析的任何合適的物理形式、形狀或幾何形狀。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，室可以包括室、接收小室、管和通道。室可以由本領(lǐng)域已知的任何允許氧含量分析的任何材料制成。在一些實(shí)施方案中，室包括允許來(lái)自光源的光或電磁輻射穿透的任何材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，室可以包含石英、玻璃、塑料或鹽。在一些實(shí)施方案中，室可以由鹽如CaF2或MgF2或在可以進(jìn)行光譜分析的電磁譜區(qū)沒有吸收性的其它鹽制成。在一些實(shí)施方案中，室被配置用于與空氣隔絕，使得空氣不能進(jìn)入室并無(wú)意地氧化金屬卟啉。因此，室可以包括氣體透過(guò)性的蓋或隔片，覆蓋或防止通向室內(nèi)部的開口。在另一個(gè)方面中，提供了用于測(cè)量樣品的氧含量的設(shè)備。在一些實(shí)施方案中，設(shè)備包括至少部分被金屬卟啉包覆的基底；被配置用于照射基底的光源；以及被配置用于接收來(lái)自基底的光的檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施方案中，說(shuō)明性的設(shè)備如圖3中所示。如圖3中所示，可以將金屬卟啉135包覆在基底110上。如所示，也可以使用固定劑112輔助包覆。如所示，金屬卟啉135可以任選地處于微膠囊中，并保持在脫氧狀態(tài)。可以使用樣品注射器140，經(jīng)過(guò)基底上的入口 115，將被檢測(cè)的樣品145導(dǎo)入。如上所述，注射器是說(shuō)明性的，并且可以被任何允許導(dǎo)入液態(tài)或氣態(tài)樣品的裝置或機(jī)制取代。傳感器也包括光源150和檢測(cè)器155?；缀蜆悠房梢员蝗菁{在室中。
在傳感器中使用的光源可以是能夠發(fā)射光照射樣品和基底的任何合適的光源。這樣的合適的發(fā)光裝置的實(shí)例包括半導(dǎo)體激光、氘燈、鎢燈絲、白熾燈泡、熒光燈泡、氖燈管、蒸氣燈、發(fā)光二極管(LED)等。在一些實(shí)施方案中，光源可以發(fā)射紫外光、可見光、近紅外光、紅外光或遠(yuǎn)紅外光。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，光源可以發(fā)射可見光。在一些實(shí)施方案中，光源可以發(fā)射波長(zhǎng)在光譜的紫外、可見、或近_、中_、遠(yuǎn)-紅外區(qū)的輻射。在一些實(shí)施方案中，輻射包括波長(zhǎng)為O. 2μπι至O. 4μπι的紫外輻射。在一些實(shí)施方案中，輻射包括波長(zhǎng)為O. 4μ m至O. 75 μ m的可見輻射。在一些實(shí)施方案中，輻射可以包括波長(zhǎng)為O. 001 μ m至1000 μ m的輻射。在其它實(shí)施方案中，輻射包括波長(zhǎng)為O. 75 μ m至2. 5 μ m的近紅外輻射。在另一個(gè)實(shí)施方案中，輻射包括波長(zhǎng)為2. 5 μ m至25 μ m的中紅外輻射。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，輻射包括波長(zhǎng)為ΙΟμπι至IOOOym的遠(yuǎn)紅外輻射。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，可以使用可見光。在這樣的實(shí)施方案中，光的波長(zhǎng)可以在300nm至IOOOnm, 300nm至700nm等范圍內(nèi)。當(dāng)使用單一波長(zhǎng)的光照射時(shí)，例如激光是光源的情況下，一些適合的波長(zhǎng)可以包括但不限于940nm、780nm、660nm、589nm、468nm、440nm、405nm等。在一些實(shí)施方案中，也可以使用用紫外至可見光激發(fā)的可見至近紅外發(fā)射光譜。用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器是本領(lǐng)域熟知的。例如，這樣的檢測(cè)器包括那些用與·檢測(cè)遠(yuǎn)紅外源、紅外源、近紅外源和紫外-可見源的檢測(cè)器。對(duì)檢測(cè)器的唯一限制是，它被配置用于檢測(cè)來(lái)自所用的特定光源的光，以及任何透射穿過(guò)樣品或由樣品發(fā)出的光。在一些實(shí)施方案中，基底材料是那些使得它允許來(lái)自光源的光基本不發(fā)生偏轉(zhuǎn)或散射而通過(guò)。在其它實(shí)施方案中，基底是那些使得它在被監(jiān)測(cè)的波長(zhǎng)不吸收紅外、紫外或可見光，或者在不會(huì)干擾被監(jiān)測(cè)的光譜區(qū)的波長(zhǎng)吸收這些光中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，基底可以是透明的。在其它實(shí)施方案中，基底可以由適合的材料制成，所述材料允許光源發(fā)射的光透射，如上述的那些。金屬卟啉可以由如上述各種實(shí)施方案中討論的各種金屬和卟啉衍生物構(gòu)成。金屬卟啉可以包括微珠或微膠囊并通過(guò)上文公開的方法處于脫氧狀態(tài)。在其它實(shí)施例中，金屬卟啉可以被如上文所述的包合配合物保留。在一些實(shí)施方案中，金屬卟啉包括被配置用于從樣品中吸收氧的微膠囊。在各種實(shí)施方案中，基底可以被配置用于允許樣品與金屬卟啉接觸。如上文所述，樣品可以包括液相或氣相。因此，基底可以以這樣一種方式被構(gòu)造，使得它允許液態(tài)或氣態(tài)樣品與金屬卟啉接觸，以允許分析。在一些實(shí)施方案中，液態(tài)樣品可以被直接地導(dǎo)入到至少部分被金屬B卜啉包覆的基底中。在一些實(shí)施方案中，基底可以包括入口，從那里可以導(dǎo)入液態(tài)或氣態(tài)樣品。在一些實(shí)施方案中，基底還可以包括氣體透過(guò)性膜，如上文所述，以允許含有氧的氣態(tài)樣品通過(guò)。這樣的實(shí)施方案示于圖4中，如所示，氧傳感器包括氧透過(guò)性膜260和被金屬卟啉微膠囊135包覆的基底210，所述金屬卟啉微膠囊通過(guò)使用脫氧水或二氧化碳飽和的水225而保持處于脫氧狀態(tài)。被檢測(cè)的氣體樣品280可以通過(guò)氧透過(guò)性膜260導(dǎo)入。傳感器還包括光源250和檢測(cè)器255。為了阻止空氣過(guò)早地通過(guò)透過(guò)性膜260，非氣體透過(guò)性的蓋或隔片可以被安置在透過(guò)性膜260的上方或周圍。可以隨后移開蓋和隔片，以測(cè)量樣品的氧含量。在一些實(shí)施方案中，基板是被金屬卟啉至少部分包覆的?？梢允褂萌缟纤瞿切┑母鞣N金屬和不同的P卜啉衍生物。在一些實(shí)施方案中，金屬P卜啉可以包括微膠囊或微珠。在另一些實(shí)施方案中，金屬卟啉被配置用于從樣品中吸收氧。可以通過(guò)配置用于接收來(lái)自基底的光的檢測(cè)器檢測(cè)透過(guò)基底的光。取決于被檢測(cè)的光輻射的類型，可以使用多種檢測(cè)器。因此，在一些實(shí)施方案中，可以使用UV檢測(cè)器、IR檢測(cè)器、UV/IR檢測(cè)器、IR/IR檢測(cè)器和UV/可見光檢測(cè)器。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)器被配置用于通過(guò)檢測(cè)光譜圖形而檢測(cè)樣品的氧含量。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。在另一個(gè)方面中，提供了用于檢測(cè)樣品中的氧氣或溶解的氧氣的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括將樣品導(dǎo)入氧傳感器中，該傳感器包括含有被金屬卟啉至少部分包覆的基底；光源；和檢測(cè)器；使金屬卟啉與樣品接觸；用光源照射室和樣品；并在導(dǎo)入樣品之前和之后檢測(cè)光源的光譜圖形。這樣，來(lái)自光源的光穿過(guò)樣品達(dá)到檢測(cè)器，并且測(cè)量吸收或透射光的光譜分布。
本技術(shù)的方法可以用于檢測(cè)任何樣品中的氧的存在和量。樣品可以處于液態(tài)或氣態(tài)形式。樣品可以是化學(xué)樣品、生物樣品、環(huán)境學(xué)樣品等。在一些實(shí)施方案中，樣品可以在分析前被調(diào)節(jié)至已知的濃度。在一些實(shí)施方案中，樣品可能需要被過(guò)濾或純化，以在光譜分析前消除懸浮物質(zhì)、細(xì)粒等的干擾。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，樣品可以是例如來(lái)自廢水處理廠、酒制造過(guò)程、生物反應(yīng)、環(huán)境水測(cè)試、烴類燃料、生物燃料、血液、血漿和組織樣品等的樣品O在一些實(shí)施方案中，如上所述的氧傳感器用在對(duì)樣品中的氧氣或溶解的氧氣進(jìn)行檢測(cè)的方法中。如在以上設(shè)備段落所討論的，氧傳感器包括被金屬卟啉至少部分包覆的基底，光源和檢測(cè)器。金屬卟啉可以由如上述各種實(shí)施方案中討論的各種金屬和卟啉衍生物構(gòu)成。金屬卟啉可以包括微珠或微膠囊或被籠形化合物保留。在本方法的某些實(shí)施方案中，在導(dǎo)入樣品之前，金屬卟啉處于脫氧狀態(tài)，并且至少部分處于脫氧狀態(tài)的金屬卟啉在與氧結(jié)合后轉(zhuǎn)變成氧化狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)上述本領(lǐng)域一般公知的方法，如光化學(xué)或輻射化學(xué)法，或通過(guò)使用二氧化碳或脫氧水，使金屬卟啉化合物保持在脫氧狀態(tài)。因此，例如被金屬卟啉包覆的基底可以在與樣品接觸之前，與二氧化碳水溶液或脫氧水接觸。盡管未希望受理論束縛，但是據(jù)信，初始處于脫氧狀態(tài)的金屬卟啉化合物容易與樣品中的氧結(jié)合，從而改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)。金屬卟啉從脫氧狀態(tài)至氧化狀態(tài)這一化學(xué)結(jié)構(gòu)上的改變導(dǎo)致了光譜圖形的變化，這可以用來(lái)檢測(cè)樣品中的氧含量。因此，在一些實(shí)施方案中，本方法還包括觀察室在導(dǎo)入樣品之后光譜圖形的變化。在一些實(shí)施方案中，光譜圖形是吸收或發(fā)射光譜。注意的是，光譜圖形的變化可以是樣品中存在氧的信號(hào)，而且這種變化的大小可以表示樣品中的氧濃度。此外，可以設(shè)置標(biāo)樣，使得已知量的氧造成給定大小的已知的光譜變化。基于標(biāo)樣，隨后可以確定標(biāo)定曲線，以得到相對(duì)于給定的金屬卟啉的樣品中的氧的量。標(biāo)定曲線于是可以形成用于定量確定樣品中的氧含量的基礎(chǔ)。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本方法包括將樣品導(dǎo)入氧傳感器中，該傳感器包括被金屬卟啉至少部分包覆的基底；光源；和檢測(cè)器；使金屬卟啉與樣品接觸；用光源照射室和樣品；檢測(cè)樣品的光譜圖形，并將該光譜圖形與預(yù)定的標(biāo)定曲線比較，以確定存在于樣品中的氧含量。本文描述的氧傳感器和設(shè)備可以使用標(biāo)定曲線測(cè)定氧濃度。標(biāo)定曲線是表示描述樣品中的物種濃度和檢測(cè)器的光譜輸出之間關(guān)系的正比表達(dá)式的圖。在本情況下，所述物種是樣品中的氧。橫軸X表示樣品氣體的氧濃度，縱軸Y表示檢測(cè)器輸出信號(hào)。準(zhǔn)備具有已知氧濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，并且將其與金屬卟啉接觸，并且使用相應(yīng)的檢測(cè)器響應(yīng)繪制標(biāo)定曲線。隨后將未知氧濃度的樣品通過(guò)氧傳感器并且記錄檢測(cè)器輸出。隨后使用這一檢測(cè)器信號(hào)，使用標(biāo)定曲線，測(cè)定氧濃度。在另一個(gè)方面中，提供了一種用于檢測(cè)樣品中的氧氣或溶解的氧氣的含量的方法。在一些實(shí)施方案中，該方法包括將樣品在氧傳感器中與金屬卟啉接觸，該氧傳感器包括室；光源；和檢測(cè)器；用光源照射室和樣品；并檢測(cè)樣品的光譜圖形；其中金屬卟啉包括微珠或微膠囊，或者被保留在籠形化合物中。因此，可以通過(guò)測(cè)量同樣的樣品和金屬卟啉接觸前和接觸后光譜性質(zhì)的變化，檢測(cè)氧的存在，或者，氧的濃度可以通過(guò)參考將光譜性質(zhì)與已知氧濃度的樣品相關(guān)聯(lián)的標(biāo)定曲線確定。包括室的氧傳感器可以設(shè)計(jì)如上文所公開的那樣。在一些實(shí)施方案中，可以將被測(cè)樣品在處于脫氧狀態(tài)的金屬卟啉之后導(dǎo)入室中。在其它實(shí)施方案中，可以將處于脫氧狀 態(tài)的金屬卟啉在被測(cè)樣品之后導(dǎo)入室中。在將樣品和金屬卟啉在室中接觸后，可以用來(lái)自傳感器的光照射室?？梢允褂脵z測(cè)器檢測(cè)樣品的光譜圖形。因此，可以通過(guò)測(cè)量同樣的樣品和金屬卟啉接觸前和接觸后光譜性質(zhì)的變化，檢測(cè)氧的存在，或氧的濃度可以通過(guò)參考將光譜性質(zhì)與已知氧濃度的樣品相關(guān)聯(lián)的標(biāo)定曲線確定。作為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的裝置的說(shuō)明性實(shí)例，可以使用尺寸為10cmX5cmX2cm的玻璃室和基底。與此相配合的是使用鹵鎢燈光源的UV-Vis分光計(jì)。為了標(biāo)定該裝置，將脫氧的血紅蛋白微膠囊加入室中，并測(cè)量在660nm和940nm的吸收。隨后將樣品(O. Iml)導(dǎo)入含有微膠囊的室中，并再次在660nm和940nm測(cè)量吸收。由在這兩個(gè)波長(zhǎng)的吸收的差另U，可以確定樣品中的氧的量。可以通過(guò)在American Journal of Pathology 159 (3) 1079-1088 (2001)中所述的方法準(zhǔn)備該說(shuō)明性實(shí)例的血紅蛋白微膠囊。該說(shuō)明性實(shí)例的樣品可以是當(dāng)準(zhǔn)備標(biāo)定曲線時(shí)為具有已知濃度的溶液，或未知樣品可以為來(lái)自任何來(lái)源的樣品，如河水、湖水，或其他來(lái)源，或含有氧的溶劑。本文示例性地描述的實(shí)施方案可以在缺少任何未在本文中具體公開的一個(gè)或多個(gè)要素、一個(gè)或多個(gè)限制的情況下適當(dāng)?shù)貙?shí)踐。因此，例如，術(shù)語(yǔ)“包含” “包括” “含有”等應(yīng)當(dāng)被廣泛并且沒有限制地閱讀。此外，本文使用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)已經(jīng)用作描述并且沒有限制的術(shù)語(yǔ)，并且沒有意圖在這樣的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)的使用中除去任何所示和所述特征或它們的部分的等價(jià)物，而是應(yīng)認(rèn)識(shí)到，各種修改在被要求權(quán)利的技術(shù)的范圍內(nèi)是可能的。此外，短
語(yǔ)“基本上由......組成”將被理解為包括那些具體提到的要素和那些不會(huì)從本質(zhì)上影響
被要求權(quán)利的技術(shù)的基本和新穎特征的附加要素。短語(yǔ)“由......組成”排除任何未指定
的要素。所有在本說(shuō)明書中引用的出版物、專利申請(qǐng)、發(fā)布的專利和其它文獻(xiàn)均通過(guò)引用結(jié)合在此，如同各單獨(dú)的出版物、專利申請(qǐng)、發(fā)布的專利和其它文獻(xiàn)具體地且獨(dú)立地以其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此一樣。在通過(guò)引用結(jié)合在此的文本中所含的定義被排除至它們抵觸本公開內(nèi)容中的定義的程度。等效物
本公開內(nèi)容不受在本申請(qǐng)中描述的具體實(shí)施方案限制。如本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，可以做出許多修改和變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。除了在本文中闡述的那些以外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的描述會(huì)明白在本公開內(nèi)容范圍內(nèi)的功能上等效的方法和裝置。這樣的修改和變化意圖落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本公開內(nèi)容僅以所附權(quán)利要求以及這樣的權(quán)利要求所具有的全部范圍的等同替換進(jìn)行限制。應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容不限于具體的方法、試劑、化合物組合物或生物系統(tǒng)，它們當(dāng)然可以變化。還應(yīng)當(dāng)理解，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施方案的目的，而不用于限制。另外，在以馬庫(kù)什(Markush)組的方式描述本公開內(nèi)容的特征或方面的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，本公開內(nèi)容由此也依據(jù)馬庫(kù)什組的任何單個(gè)成員或多個(gè)成員的亞組描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，為了任何和所有的目的，諸如依據(jù)提供書面描述，在本文中公開的所有范圍也包括它們的任何和所有的可能子范圍和子范圍的組合。任何列出的范圍可以容易地視作足以描述和實(shí)現(xiàn)將同一范圍分成至少相等的兩份、三份、四份、五份、十 份等。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，在本文中討論的每個(gè)范圍可以容易地分成較低的三分之一、中間的三分之一、較高的三分之一等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員還理解的，諸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等的所有表述包括敘述的數(shù)字，并且指隨后可以分解成如上討論的子范圍的范圍。最后，如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，一個(gè)范圍包括各個(gè)單個(gè)的成員。盡管在本文中已經(jīng)公開了不同的方面和實(shí)施方案，但是其它的方面和實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。在本文中公開的各個(gè)方面和實(shí)施方案是用于舉例說(shuō)明的目的而不用于限制，并且真實(shí)的范圍和精神由所附權(quán)利要求指示。在本文中引用的所有參考文獻(xiàn)通過(guò)引用以其整體并入并用于所有目的，其程度如同將各個(gè)單個(gè)出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)明確地且單個(gè)地通過(guò)引用以其整體并入用于所有目
的一樣。
權(quán)利要求
1.一種氧傳感器，所述氧傳感器包括 基底，所述基底配置用于光譜分析，并且包括配置用于結(jié)合氧的金屬卟啉的至少部分涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧傳感器，其中所述金屬卟啉的卟啉包括血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白、締合釩的蛋白、平那珠蛋白、肌紅蛋白、無(wú)脊椎動(dòng)物血紅蛋白、神經(jīng)珠蛋白、豆血紅蛋白、細(xì)胞珠蛋白、紅血球，或它們的任何兩種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的氧傳感器，其中所述金屬卟啉的金屬是鐵、釩、猛、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈕、銀或金。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述金屬卟啉包含微珠或微膠囊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述基底包含室、管或通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述氧傳感器還包括用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧傳感器，其中所述光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述基底包含石英、玻璃、塑料或鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述基底是包含CaF2或MgF2的鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，所述氧傳感器還包括氣體透過(guò)性膜。
11.一種氧傳感器，所述氧傳感器包括 室，所述室被配置用于允許光譜分析；和 金屬卟啉，所述金屬卟啉被配置用于結(jié)合氧并且被包封在微珠或微膠囊中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧傳感器，其中所述金屬卟啉的卟啉包括血紅蛋白、蚯蚓血紅蛋白、血綠蛋白、締合釩的蛋白、平那珠蛋白、肌紅蛋白、無(wú)脊椎動(dòng)物血紅蛋白、神經(jīng)珠蛋白、豆血紅蛋白、細(xì)胞珠蛋白、紅血球，或它們的任何兩種以上的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的氧傳感器，其中所述金屬卟啉的金屬是鐵、I凡、猛、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈕、銀或金。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，所述氧傳感器還包括用于檢測(cè)光譜圖形的檢測(cè)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氧傳感器，其中所述光譜圖形是發(fā)射光譜或吸收光譜。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的氧傳感器，其中所述室是包含CaF2*MgF2的鹽。
17.一種用于檢測(cè)在樣品中的氧氣或溶解的氧氣的方法，所述方法包括 將所述樣品引入氧傳感器，所述氧傳感器包括 室，所述室包括被金屬卟啉至少部分包覆的基底，所述金屬卟啉 被配置用于結(jié)合氧； 光源；和 檢測(cè)器；使所述金屬卟啉與所述樣品接觸； 用所述光源照射所述室和樣品；和 在引入所述樣品之前和之后檢測(cè)所述光源的光譜圖形。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法還包括在引入所述樣品之后觀察所述室的光譜圖形的變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中所述光譜圖形是吸收光譜或發(fā)射光譜。
20.一種用于檢測(cè)樣品的氧氣或溶解的氧氣含量的方法，所述方法包括 在氧傳感器中，使所述樣品與金屬卟啉接觸，所述金屬卟啉被配置用于結(jié)合氧，所述氧傳感器包括 室; 光源；和 檢測(cè)器； 用所述光源照射所述室和樣品；和 在引入所述樣品之前和之后檢測(cè)所述樣品的光譜圖形； 其中所述金屬卟啉包含微珠或微膠囊，或被保留在籠形化合物中。
全文摘要
氧傳感器包括用于檢測(cè)氧水平的金屬卟啉。所述氧傳感器也可以包括光源和檢測(cè)器。所述傳感器被配置用于測(cè)量響應(yīng)于氧化還原反應(yīng)的光譜變化。它們可以檢測(cè)以溶液和氣態(tài)形式的多種樣品中的氧濃度的存在和變化。
文檔編號(hào)G01N21/63GK102947692SQ201080067388
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2010年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者福井俊巳 申請(qǐng)人:英派爾科技開發(fā)有限公司