[发明专利]一种用于血钾荧光检测的上转换光学传感膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于探针技术领域，具体涉及一种用于血钾荧光检测的上转换光学传感膜及其制备方法和应用。

背景技术

钾离子是人体中十分重要的元素之一，作为一种血液电解质，它与心血管系统紧密相连¹。血清钾浓度的改变会引起高血钾症或者低血钾症，它们都会危及心率，最终对心脏和血压的正常功能造成危害²。因此，检测血液中钾离子的含量具有重要的临床意义。最初，检测血液电解质的方法只有火焰原子光谱法，后来又陆续发展出了原子吸收光谱、原子发射光谱和毛细管电泳法等³。现今用得最多的是离子选择性电极，已经被广泛应用于商品化的血液分析仪中。

大部分的临床检测应用的依然是光学分析法，因此，当离子选择性电极被整合进血液分析仪中时，它们需要特别的模块和额外的校正，在这种情况下，光学器件显然更为适合。作为其中一种选择，高分子光学传感膜已被用于检测血液电解质⁴。在传感膜中加入对参考离子（通常为氢离子）有选择性的第二种载体（通常为亲脂性的pH探针，叫做显色离子载体），则目标离子的活度可以通过检测显色离子载体的质子化程度来得到，该响应是基于竞争性的离子交换平衡机理进行的⁵。因为离子选择性电极和光极都是基于离子选择载体进行响应的，它们对干扰离子应该有相似的选择性。光学传感膜通常都应用于血浆和血清样品中的血液电解质的检测^4,6-8，而很少有应用于全血体系中的报道，因为全血会在紫外和可见光区有严重的背景吸收、自发荧光和散射。虽然这种干扰可以通过光学隔离技术进行消除⁹，寻找一种不进行任何光学处理就能应用全血体系检测的光极依然具有很重要的意义。

相对于自带发光和识别基团的荧光离子选择性探针^10-13，高分子离子选择性传感膜有个突出的缺点，就是因为体系中的显色离子载体是pH敏感的而对pH也会有响应，所以检测对象需要进行pH校正。然而，因为血液本身就是自缓冲体系，这个缺点在应用到血液体系检测时可以被忽略。如果想要把荧光离子选择性探针应用于全血检测，这个探针的激发和发射都需要在近红外区以避免背景干扰，这就需要该探针中有大的共轭基团，同时，对于离子识别基团的响应范围和选择性也要有一定要求，这就使得探针的设计和合成充满了挑战性。与之相反，光学传感膜最主要的优点就是可以通过调整离子载体和显色离子载体来实现检测对象及其响应范围的方便调整，而且，通过引入另一个惰性荧光探针，得到的体系可以结合传统离子选择性光极和引入探针这两者的优点^14,15。这里我们所使用的惰性荧光探针是上转换纳米棒。

上转换纳米材料通常由980纳米的激光器激发，它可以通过多光子过程将低能量的激发光转化为高能量的发射光，它的发射光通常在可见光区和近红外区，较大的反斯托克斯位移也保证了两个发射峰和激发光之间彼此能被明确区分，因此生物样品的自发荧光能够得到最大限度的降低，也同时保证了生物样品不会受到破坏¹⁶。因为这些特性，上转换纳米材料被广泛应用于生物标记和生物成像^17-19，其中也包括血管成像^20,21。然而，与很多将其应用在均相生物检测的报道相比，将其应用于可逆光学检测的报道则少了很多^22-26，尤其是将其用于血液检测的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提供一种用于血钾荧光检测的上转换光学传感膜。

本发明还要解决的技术问题，是提供上述上转换光学传感膜的制备方法。

本发明最后要解决的技术问题，是提供上述上转换光学传感膜的应用。

在前期的工作中，发明人证明了基于上转换纳米棒的高分子光学传感膜在较低pH（4.8）下可以在缓冲溶液中检测金属离子，并且初步将这个传感膜应用于全血背景中，证明这个体系是可行的²⁶。该体系中应用的显色离子载体ETH5418pKa较低，限制了当时的实验只能在较低的pH中进行，但是通过优化体系组分，可以实现在生理pH下的血液检测。因此，发明人制备了钾离子选择光极，该光极将上转换材料和增塑的PVC膜结合在一起，结合可逆的离子交换平衡和内滤效应进行检测。由于上转换材料激发波长在近红外区，得到的传感器可以成功用于检测未知羊血浆和全血样品中的钾离子浓度，得到的结果与用离子选择性电极和等离子体耦合质谱（ICP-MS）得到的结果一致。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：