[发明专利]一种基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统

说明书

本发明提供一种基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统，用于对溶解氧的浓度进行监测，包括：光源；带通滤光片，贴附于光源上，用于滤除杂散光，从而获得波长相同的激发光；水凝胶光纤，一端与带通滤光片连接，使得滤除杂光后的激发光进入，进而用于生物体内的溶解氧传感；高通滤光片，与水凝胶光纤的另一端连接，使得从水凝胶光纤出射的激发光通过高通滤光片，进而过滤掉激发光；以及光电探测器，与高通滤光片连接，使得过滤掉激发光后的剩余光进入，从而用于检测荧光信号的强度，进而通过荧光信号的强度的变化对溶解氧的浓度进行监测，其中，水凝胶光纤为含有荧光指示剂的水凝胶光纤。

技术领域

本发明属于溶解氧监测系统技术领域，具体涉及一种基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统。

背景技术

氧气是一种重要的化学物质。对哺乳动物而言，氧气是维持其正常生理机能所需能量的源泉。2019年，美国和英国科学家由于揭示了“生物在分子层面上如何感知氧气”机理获得诺贝尔医学奖。活细胞和组织内对氧水平的检测对于癌症的诊断、理解细胞功能和疾病的病原具有关键作用。

生物组织中测量氧气的方法比如电化学方法和血红蛋白光吸收方法等存在灵敏度低，时间分辨率差等缺点。1985年，Vanderkooi等研制出一种基于荧光猝灭的氧气探针分子，并将其应用于生物组织中的氧气检测，从此开启了生物溶氧检测的新时代。荧光猝灭法在检测过程中，分子氧通过基质孔道渗透到探针分子，并与之发生碰撞而发生荧光猝灭，依据发光强度(或寿命)与氧气浓度的定量关系即可推算出周围环境中氧气的浓度。基于荧光猝灭的方法具有在测量过程中不消耗氧气、可逆性、可实时连续检测、响应速度快、准确性高、检测下限低和不受组织光学特性变化影响的优点，已经成为生物体内氧气传感的主要手段。但是，生理环境的复杂性往往会影响探针分子的稳定性。另外，由于组织对光的散射和吸收作用，存在活体中溶氧荧光检测的组织穿透深度问题，一般光在组织中的渗透深度在可见光波段只有1-2mm，近红外波段也不过3mm。光进入生物组织深度的有限性是光在生物医学领域应用中面临的巨大的挑战。传统的石英光纤具有较高的杨氏模量(1-10GPa)，与生物组织(1-10kPa)极不匹配，长期植入后可能会引发光纤周围神经组织的损伤。更为重要的是，传统光纤与组织之间生物相容性差，会引起组织严重的排异反应。

因此，需要设计一种能够解决上述问题的系统。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统。

本发明提供了一种基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统，用于对溶解氧的浓度进行监测，具有这样的特征，包括：光源；带通滤光片，贴附于光源上，用于滤除杂散光，从而获得波长相同的激发光；水凝胶光纤，一端与带通滤光片连接，使得滤除杂光后的激发光进入，进而用于生物体内的溶解氧传感；高通滤光片，与水凝胶光纤的另一端连接，使得从水凝胶光纤出射的激发光通过高通滤光片，进而过滤掉激发光；以及光电探测器，与高通滤光片连接，使得过滤掉激发光后的剩余光进入，从而用于检测荧光信号的强度，进而通过荧光信号的强度的变化对溶解氧的浓度进行监测，其中，水凝胶光纤为含有荧光指示剂的水凝胶光纤。

在本发明提供的基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，光源为LED光源，波长为488nm。

在本发明提供的基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，带通滤光片的波长为488nm，且通道宽度为10nm。

在本发明提供的基于水凝胶光纤的溶解氧监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，水凝胶光纤的制备方法包括如下步骤：

步骤1，将聚乙二醇二丙烯酸酯、2-羟基-2-甲基-苯丙酮以及去离子水三种材料混合均匀，得到水凝胶前驱体溶液；

步骤2，将水凝胶前驱体溶液与对氧气敏感的荧光指示剂混合，得到混合物；