[发明专利]一种用于呼吸实时监控的传感膜及其制备方法

说明书

本发明属于呼吸监控技术领域，具体为一种用于呼吸实时监控的传感膜及其制备方法。本发明方法为：将具有多孔微纳结构的材料均匀地涂布在硬质基底上，再将该材料浸入溶解有氧敏感探针分子的溶液中，待氧敏感探针分子扩散到多孔材料中后，将材料从溶液中取出、晾干，得到所需传感膜；进一步在传感膜表面涂布黑色遮光层，以避免环境光对传感膜信号的干扰。该传感膜具有响应速度快（小于1秒）、光稳定性好、荧光强度高的特点，可满足跟踪呼吸过程中的氧浓度变化的要求，实现呼吸中氧浓度的实时监控，进而实现呼吸频率、呼吸深度和节奏、呼吸中气体交换效率和肺活量等医学指标的监控。利用该传感膜可制备出实时监控呼吸的医疗器械，用于实时医疗监护。

技术领域

本发明属于呼吸监控技术领域，具体涉及一种用于呼吸监控的传感膜及其制备方法。

背景技术

呼吸是人类生命最基本的特征之一，人类通过呼吸作用为身体提供所必需的氧气，并排出代谢产生的废气二氧化碳。一旦呼吸停止，人的生命会在短短几分钟的时间内受到死亡的威胁。因此对呼吸的实时监控一直是临床监护领域梦寐以求的目标。然而，现有的呼吸监控手段还非常有限，医务人员仅能通过吹气法测得肺活量。对于肺的气体交换能力的评估还需要借助间接的测量指尖的血氧饱和度或者通过采集动脉血进行血气分析才能获得。指尖血氧饱和度法虽然测量仪器简单，能实现无创的测量，但这种方法存在明显的滞后性。在病人呼吸已经停止的情况下，血氧饱和度还要几分钟的时间才能表现出明显的下降，白白浪费了宝贵的抢救时间，而这些宝贵的抢救时间对重症监护病人的护理就显得尤为重要。通过采集动脉血进行血气分析的方法虽然测量准确，但是需要通过动脉穿刺的方法取得血样。这种取样方式不仅疼痛难忍，而且无法实现血氧饱和度的实时分析，无法对病人的呼吸状态进行实时地跟踪和预警。美国SomaTechnology公司开发的Datex Ultima设备虽然可通过氧浓度的快速测量进行呼吸频率的监控，但由于这种氧气测量方法利用的是氧气分子的顺磁性特征进行测量，测量精度低，仅能满足呼吸频率的监控，无法进行呼吸质量（尤其是肺部气体交换能力）的评估，因此有必要开发一种可以用于病人呼吸状态监控的医疗器械。

可用于测量气体中的氧含量的光学氧传感器已有报道（Chem. Soc. Rev.2014,43, 3666-3761），但现有的基于荧光淬灭原理的氧传感器大多数响应时间在5秒以上。而正常人的呼吸频率为12-20次，急促呼吸时其频率可达到24次以上；婴幼儿的呼吸频率要更高一些，每分钟可到20-30次；新生儿的呼吸频率甚至能达到每分钟44次。如果要对每个呼吸过程的细节进行实时监控，传感器的响应时间应低于1秒，最好在100毫秒以下。而现有的光学氧传感器氧敏感探针都是通过包埋的方法固定在基底材料中，氧气需要扩散进入固定材料中才能跟氧敏感探针作用产生响应信号，导致响应时间较长，无法满足呼吸监控的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、可用于多种呼吸特征进行实时监控的传感膜及其制备方法。

本发明使用多孔微纳结构材料，尽可能提高材料的比表面积，然后通过将氧敏感探针分子固定在多孔材料的表面，使氧敏感探针直接暴露外部，以提高探针与氧气分子的响应速度。本发明制备的传感膜响应时间最快可达20微秒，能非常快速响应呼吸中氧气浓度的变化，从而可实现对呼吸频率、呼吸深度和呼吸节奏等关键呼吸特征的实时监控。

本发明提供的用于呼吸实时监控的传感膜的制备方法，基本步骤为：将具有多孔微纳结构的材料均匀地涂布在硬质基底上，然后将该材料浸入溶解有氧敏感探针分子的溶液中，待氧敏感探针分子扩散到多孔材料中后，将材料从溶液中取出、晾干，得到具有快速响应性能的、可实现呼吸监控的传感膜。为了避免环境光对传感膜的信号产生干扰，必要情况下可进一步将制备的材料快速浸入溶解有黑色色素和聚合物的溶液中，在传感膜表面涂布一层黑色的遮光层。

本发明提供的用于呼吸实时监控的传感膜的制备方法，具体步骤为：

（1）将具有多孔微纳结构的材料均匀地涂布于硬质基底上；

（2）将具有氧气响应性能的荧光探针溶解在合适的溶剂中；