荧光光纤传感器在医药学中的应用研究

1、荧光光纤传感器在医药学中的应用研究摘要：荧光光纤化学传感器因其敏感、特异及可远程、在位、连续检测等优点，已在医学、药学、化学反应监测等方面得到了较广泛应用。本文主要就荧光光纤传感器在医药学分析方面的应用研究进行综述。关键词：荧光光纤传感器；医药学分析；应用研究中分类号：R914.1文献标识码：B文章编号：1006-0103(2000)06-0448-03 光导纤维用于化学传感器是现代传感技术发展方向之一，也是近年来研究的热门。荧光光纤传感器是由具有在位、在线、实时、远程、可逆、稳定等特点的光纤传感技术结合荧光分析的特异、敏感等优点而发展起来的，已在分析领域得到广泛的应用。现对荧光光纤传感器的检

2、测原理及在医药学分析上的应用进行综述。1荧光光纤传感器检测原理荧光光纤传感器以光导纤维为传导手段，对荧光信号进行传输。不仅具有荧光法高灵敏度和选择性，还具有光纤的强的抗电磁干扰，获取的光学信息传输损耗低，传输容量大，勿需参比装置，光纤探头制作简便，易于微型化，可实时在线等特点。当激发光在光纤中以全反射方式进行传输，到达荧光试剂相或敏感膜时，检测器对荧光信号进行检测，实现对待测物的定量分析。测量的荧光信号可以是荧光猝灭，也可以是荧光增强；可测量荧光寿命，也可测量荧光能量转换。荧光猝灭的荧光光纤传感器在该类传感器中数量最多。氧分子、卤素离子、重金属离子、硝基化合物等都可引起荧光猝灭,猝灭程度与猝灭

3、剂浓度有关。当测定在均相体系中进行时，荧光强度与待测物浓度的关系，遵循Stern-volmer方程，当测定在非均相体系中进行时，Stern-volmer线性有所偏离。而利用荧光能量转移效率进行测量，则多为一种分子的吸收光谱与另一种分子的荧光发射光谱发生一定程度重叠，经偶极相互作用，后者(给予体)的激发态能量转移给前者(受体)，以荧光形式释放出来。加大了Stokes位移，有利于激发光与荧光的分离，提高灵敏度。而荧光能量的转移与给予体激发态分子非辐射衰减有关，给予体的荧光寿命将缩短，也可据此进行测定。2荧光光纤传感器在医药学分析中的应用ex=490 nm,em=550 nm)，将其固定于光纤端部，

4、可测定气态物质的pH12phen)3(ClO4)2钌络合物，制成感应膜，在有蓝色发光二极管和感应光纤的扫描探头装置中，感应膜内的钌络合物在发光二极管激发下产生荧光，此荧光可被待测样品中的氧猝灭。氧浓度越大，猝灭程度越大。猝灭后的光学信号被光纤传导，经放大和数模转换被测定。此法可有效地测量气相和液相中的氧浓度及其变化。其特点是光源和感应装置被装在待测样品之外的一个扫描探头上，由于探头和试样没有直接接触，该探头可连续对大量样品进行扫描检测。检测速度快，每秒钟可获得一个数据点。新制成的高亲脂性钌络合物荧光光纤传感器，可对气相氧和溶解氧进行测定2。由荧光素和DMF制成敏感膜的光纤氧传感器，能同时测定O

5、2和CO2。氧与DMF发生接触电荷转移反应，氧浓度增加，引起溶液在400nm吸收增强；CO2浓度增高，荧光素变成无色中性内酯，在500nm吸收呈非线性下降，可测0%100%(V/V)气态氧浓度,0%10%(V/V)3CO2.L-11 mol.L-14，5+的测定是将缬氨霉素、极性荧光试剂(1,1-dioctadecy-3,3,3,3-tetramethy lindodicat bocya-nine perchlorate)、Meddoin7-decyl-2-methyl-4-(3,5-dichlorophen-4-one)indonaphth-1与PVC混合，在光纤探头上制膜。利用K+能使敏感

6、膜发生能量转移，引起荧光猝灭的原理进行测定。当pH7.45、 K+浓度在 05 mm时，荧光可降低57%6。而荧光内过滤作用的离子选择性K+光纤传感器，采用两种不同染料作为传输元，一种为质子载体，具有适当的吸收波长、pKa值、适当的亲水性和光学稳定性；另一种是稳定性强的荧光染料，联接于传感膜上，经光照射后激发(或反射)波长与吸收染料的波长发生重叠，即可测定浓度为110mol.L-1 的K+7。基于荧光内过滤效应的荧光增强型Na+光纤传感器，是在吸收型钠离子光化学传感器的敏感膜中加入合适的荧光剂,应用荧光内滤效应研制成荧光增强型光纤传感器,在测量灵敏度和抗背景干扰方面有较大改善,对血清等样品中的

7、Na+含量进行分析,结果满意8。生理钙的测定是采用一种新合成的钙离子选择性的长波荧光指示剂，通过末端连有丙烯酰胺、直径为12.5 m、多波型硅烷化光纤共价定位作用，以488 nm 的氩离子光激发，在pH 7.2下对钙进行测定。钙离子浓度在038 mmol.L-1范围内有良好的信噪比，线性范围为38 nmol.L-111.35 mol.L-1(n=5)，检测限为25 mol.L-1；对生理浓度存在的镁(15 mol.L-1)有良好的选择性9。目前该研究者正致力于将该传感器直径缩小到1 m，甚至更小，使之适用于单个活细胞。2.2葡萄糖的测定将葡萄糖氧化酶(GO)和辣根过氧化物酶(HRP)制成固定化

8、酶柱，以硫胺素作荧光底物。在碱性条件下硫胺素被HRP氧化生成有荧光的硫胺荧(ex=375nm，em=440nm),结合流动注射中的停流技术，研究了一种快速、简便、精确测定萄萄糖的新荧光光纤法。其线性范围为1.060.0 mg.L-1(r=0.9990),检测限为0.15 mg.L-1。以5.0 mg.L-1的葡萄糖作精度试验,RSD为2.1%(n=11)。该法已成功地用于血清中萄萄糖的测定,结果与光度法相符10。2.3土霉素的测定将甲基丙烯酸9蒽甲基酯与甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯共聚, 制得一种有荧光的共聚物(PAMB), 利用土霉素对PAMB荧光的可逆猝灭作用, 研制了一种以PAMB为敏感膜

9、，利用荧光猝灭原理，连续流动方式测定土霉素的荧光光纤传感器。该传感器测定土霉素的响应和回复时间均小于30 s, 稳定性和可逆性好，线性范围为2.010 -72.010-4 mol.L-1。碱金属、碱土金属离子及常用药物（磺胺嘧啶、盐酸克林霉素、巴比妥等）对土霉素测定没有干扰。该传感器已成功地应用于土霉素药物的测定11。2. 4维生素B2的测定 采用光纤荧光检测器,于35 l的流通池中测定经过柱层析的维生素B2，最佳ex=470nm，em=565nm，流动相水的最佳流速为1.1 ml.min-1，响应时间为2.5min，维生素B2在0.223.0g范围内呈良好的线性关系(r=0.9996)，RS

10、D为0.56%。在5.077 g维生素B2中一定量的维生素B1、维生素B6、维生素Bc、维生素C不干扰其测定。药品中一定量的Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、NO3-、Cl-、SO42-不干扰测定12。2. 5胆固醇的测定胆固醇氧化酶与胆固醇作用将消耗氧，引起对氧敏感荧光剂的荧光猝灭。该法将胆固醇氧化酶固定于尼龙膜上，在石英片上将荧光剂制成薄膜，安放于酶层下面，胆固醇氧化酶与胆固醇作用，通过光纤检测氧的消耗引起的该荧光剂荧光猝灭。当pH 7.25时，该光纤传感器对胆固醇浓度的检测范围0.23mmol.L-1，达稳态时间为712 min13。2. 6呋喃妥因的测定呋喃妥因是治疗泌

11、尿道感染的药物。采用光纤传感器-流动注射分析联用技术，将荧光试剂芘丁酸固定在醋酸纤维素膜上作分析物识别器，与光纤公共端及聚乙烯流通池相连，在光纤荧光分光光度计上，ex=346nm，em=392nm处在线检测兔尿中呋喃妥因的浓度。尿药浓度在2100g.ml-1范围内呈直线关系(r=0.9983),最低检出限为0.74 g.ml-1,方法回收率为96.5%102.9%，RSD为1.5%3.8%14。2.7可卡因及其代谢物的测定基于竞争性荧光免疫原理，采用四通道荧光光纤传感器快速检测人尿中可卡因及其代谢产物(COC)。将包被于光纤探头的抗苯甲酰芽子碱单克隆抗体(mAb)与络蛋白-苯甲酰芽子碱抗原结合

12、，这种结合将被COC抑制，其抑制程度与COC浓度有关。结合的mAb经花青染料标记的抗小鼠抗体消失波荧光产物定量。该传感器对苯甲酰芽子碱(BE)的测定范围为0.7550ng.ml-1，IC50为9.0 ng.ml-1，对BE、可卡因、可卡乙碱具有相同的亲合系数，但对芽子碱、芽子碱甲酯亲合系力极低。对54份人尿标本进行测定，灵敏度达100%，特异性达96%(COC 300 ng.ml-1，BE 150 ng.ml-1)15。2.8蛋白C的测定蛋白C(PC)缺乏可导致广泛血栓性的并发症。为了临床诊断的需要，一种快速测定蛋白C的免疫荧光光纤传感器被研制。PC单克隆抗体固定于石英光纤探头上，流动注入样品

13、中的PC与之特异性结合；再加入荧光标记的抗PC单抗的二抗，产生的荧光强度由样品中PC浓度决定。临床PC缺乏的患者PC浓度小于2.5 g.ml-1，而该光纤传感器检测灵敏度可达0.1 g.ml-1。若以亲合素-生物素桥联固定PC单克隆抗体，则可增加荧光强度470%16。2.9甲硝唑片剂体外溶出度的测定将固定有荧光试剂芘丁酸的醋酸纤维素膜，固定在光纤公共端前的套管上，膜中的荧光物质芘丁酸吸收辐射后发射荧光，其相对荧光强度由于甲硝唑的存在而下降。把该光纤探头插入适当介质中，放入甲硝唑片，混合，于ex=280 nm，em=380nm处，测定不同时间的荧光强度，计算得出甲硝唑片体外溶出度。方法回收率为9

14、9.7%102.3%，RSD3.0%，所得甲硝唑片剂体外溶出度结果与美国药典(USPXXII)方法相同17。荧光光纤传感器发展历史较短，但它的许多优点是其它分析方法无法比拟的。我们相信，随着荧光光纤传感器在标准化、规格化、微型化和计算机化等方面的进一步完善，必将在各类分析测试领域得到更加广泛的应用。作者简介：何俊，女，副教授，从事药物化学和化学生物传感器研究工作。何俊（华西医科大学药学院）张杰（华西医科大学附一院内科，四川 成都610041）参考文献1， Xu Z, Rollins A, Alcala R,et al.A novel fiber-optic pH sensor incorpor

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