專利名稱：發(fā)射抑制傳感器的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及用來(lái)測(cè)量感興趣的分析物在介質(zhì)中濃度的傳感器。更確切地說(shuō)，本發(fā)明是一種用來(lái)測(cè)量血內(nèi)氣體(例如氧氣、離子化氫、離子化鉀和二氧化碳)濃度的，基于動(dòng)態(tài)發(fā)射(例如熒光)抑制/相位調(diào)制的傳感器。
動(dòng)態(tài)相位調(diào)制、基于熒光的傳感器一般是公知的。這類儀器被，例如，開發(fā)或提出以便用在醫(yī)院中監(jiān)測(cè)患者血液中諸如氧氣、離子化氫和二氧化碳之類氣體的濃度。感興趣的物質(zhì)(例如氧氣)稱為分析物。
稱為螢光團(tuán)的熒光物質(zhì)和光致發(fā)光物質(zhì)的一種已知性質(zhì)是這樣的，即它們響應(yīng)于來(lái)自一個(gè)光源的能量的施加，吸收能量并被從其基態(tài)能級(jí)驅(qū)動(dòng)到受激態(tài)能級(jí)。熒光團(tuán)在其受激態(tài)是不穩(wěn)定的，并在它們恢復(fù)到其基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光(輻射衰變)或發(fā)出熱能(非輻射衰變)。熒光壽命τ代表熒光團(tuán)在恢復(fù)其基態(tài)之前保持于其受激態(tài)時(shí)間的平均值。熒光強(qiáng)度I代表熒光團(tuán)在它恢復(fù)到基態(tài)時(shí)所發(fā)生的發(fā)射強(qiáng)度。
當(dāng)一個(gè)敏感元件中的熒光團(tuán)在存在著另一種稱為抑制劑Q的擴(kuò)散物質(zhì)的情況下被光激發(fā)時(shí)，受激態(tài)與抑制劑之間的相互碰撞作用引發(fā)一種非輻射衰變的新機(jī)理，造成熒光強(qiáng)度和受激態(tài)壽命二者的降低。此過(guò)程稱為動(dòng)態(tài)熒光抑制。此外，該強(qiáng)度和壽命在沒(méi)有抑制劑的情況下從各自的強(qiáng)度Io和壽命τo所降低的值直接關(guān)聯(lián)著在發(fā)熒光的時(shí)候熒光團(tuán)對(duì)其暴露的敏感元件中所存在的抑制劑的數(shù)量[Q]。在有和沒(méi)有抑制劑時(shí)的熒光強(qiáng)度和壽命之間的關(guān)系由Stern-Volmer方程式來(lái)描述Io/I＝τo/τ＝1＋kqτo[Q]式中Io是沒(méi)有抑制劑時(shí)的熒光強(qiáng)度；I是有抑制劑時(shí)的熒光強(qiáng)度；τo是沒(méi)有抑制劑時(shí)的受激態(tài)壽命；τ是有抑制劑時(shí)的受激態(tài)壽命；kq是敏感元件中的雙分子抑制率常數(shù)；以及[Q]是敏感元件中的抑制劑濃度。
強(qiáng)度或壽命的測(cè)量可以用來(lái)測(cè)定在敏感元件中的抑制劑濃度，例如血氧測(cè)定所用的傳感器中的氧氣。敏感元件中的氧氣濃度[O2]可以用一個(gè)溶解度常數(shù)a來(lái)與血流中的氧氣分壓P02相關(guān)。因而，Stern—Volmer方程的一般形式化為Io/I＝τo/τ＝1＋akqτoPO2＝1＋KSVPO2式中KSV＝akqτo；a＝[O2]/PO2；是敏感元件中的氧氣濃度；以及Po2是被測(cè)介質(zhì)中氧氣的分壓力。
氧氣對(duì)于敏感元件來(lái)說(shuō)往往既是分析物又是熒光抑制劑，但情況并非并且無(wú)須總是這樣。熒光抑制劑和感興趣的分析物可能是不同的物質(zhì)，但感興趣的分析物通過(guò)一種已知的關(guān)系與抑制劑濃度關(guān)聯(lián)。例如，Morero-Bondi等人的文章《用于纖維光學(xué)葡萄糖生物傳感器的氧氣光電管(Optrode)》，分析化學(xué)，Vol.62，No.21(1990年11月1日)介紹一種基于與葡萄糖有關(guān)的耗氧量的葡萄糖傳感器，這些氧由葡萄糖氧化酶催化。該葡萄糖氧化酶固化在氧氣敏感元件表面上。隨著外部介質(zhì)中萄葡糖濃度的提高，更多的氧氣在敏感元件內(nèi)被消耗掉，造成依靠氧氣的熒光動(dòng)態(tài)抑制的變化。因而，作為由該儀器實(shí)際測(cè)得的抑制劑濃度的函數(shù)，來(lái)計(jì)算分析物濃度。
對(duì)于本專利文件來(lái)說(shuō)，“抑制劑”一詞用來(lái)指稱實(shí)際的熒光抑制物質(zhì)，無(wú)論該抑制劑是感興趣的分析物，還是通過(guò)已知關(guān)系與感興趣的分析物相關(guān)聯(lián)的另一種物質(zhì)。應(yīng)該指出，可以根據(jù)測(cè)得的抑制劑濃度和分析物與抑制劑之間的已知關(guān)系，來(lái)測(cè)定感興趣的分析物濃度。
在光學(xué)傳感應(yīng)用中測(cè)定熒光壽命的一個(gè)公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)在于，它對(duì)染料濃度、光耦合效率及燈的差異不敏感。
相位調(diào)制熒光光譜分析是測(cè)定熒光壽命τ的一種已知方法。在相位調(diào)制方法的過(guò)程中，用光束或其他激勵(lì)信號(hào)，最好是以角頻ω＝2πf，其中f是以周每秒為單位的頻率，的正弦振幅調(diào)制信號(hào)來(lái)激勵(lì)含有分析物的介質(zhì)。來(lái)自熒光團(tuán)的熒光發(fā)射是一種對(duì)應(yīng)激勵(lì)信號(hào)的受迫響應(yīng)，因而是采用與激勵(lì)信號(hào)相同的角頻率ω來(lái)進(jìn)行振幅調(diào)制的。然而，由于處于受激態(tài)的熒光團(tuán)的有限壽命，該發(fā)射相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)相位移一個(gè)角θ，此外，該發(fā)射的振幅或強(qiáng)度相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)低調(diào)(解調(diào))一個(gè)值m。熒光團(tuán)的該壽命可以用已知的方式根據(jù)相位移(tanθ＝ωτ)和解調(diào)因數(shù)(m＝(1＋ω2τ2)-1/2)的測(cè)量來(lái)計(jì)算。
已知的相位調(diào)制的基于熒光的檢測(cè)儀器，如在Dukes等人的美國(guó)專利4,716,363中和Barnes等人的加拿大專利申請(qǐng)2,000,303中所述的那些儀器，利用上述相位調(diào)制技術(shù)(并像這里所述那樣“單變地”工作)來(lái)測(cè)量諸如血液之類的介質(zhì)中例如氧氣分壓之類的分析物濃度。這些儀器包括一個(gè)光纖敏感元件，該敏感元件在近端連接于光學(xué)激勵(lì)系統(tǒng)和光學(xué)檢測(cè)器。
該光纖的遠(yuǎn)端或尖端包括一個(gè)聚合母體，該聚合母體對(duì)于抑制劑是可滲透的，并且包含一種或多種染料形式的可發(fā)熒光的指示劑組分。對(duì)于體內(nèi)傳感器，該敏感元件配置成可插入患者血管的探針或?qū)Ч艿男问揭员懵?lián)機(jī)監(jiān)測(cè)氧氣濃度。
在相位調(diào)制熒光譜分析中，調(diào)制頻率一般這樣選擇，即在感興趣的分析物濃度范圍內(nèi)ωτ≈1。這相當(dāng)于45°左右的相位角，在這樣的相位角下壽命的計(jì)算對(duì)于測(cè)得的相位移和測(cè)得的解調(diào)比中的小誤差是最不敏感的。Holst等人的文章《用于醫(yī)學(xué)用途的氧氣—通量—光電管(Optode)》，SPIE(攝影儀器工程師學(xué)會(huì))—國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)會(huì)刊，V.1885(熒光檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展會(huì)議錄，1993)，第216—227頁(yè)，和Bacon等人的美國(guó)專利5,03O,420介紹了氧氣傳感器，其中以固定的調(diào)制頻率測(cè)量作為氧氣濃度函數(shù)的相位移。該相位信息用來(lái)測(cè)量作為氧氣濃度函數(shù)的熒光壽命。Holst等人的文章介紹了一種傳感器，對(duì)該傳感器來(lái)說(shuō)在沒(méi)有抑制劑時(shí)熒光團(tuán)的受激態(tài)壽命為205納秒，由此他們確定最佳調(diào)制頻率fopt＝777kHz(ωτ≈1)。出于同樣理由，“單變”檢測(cè)儀器一般按這樣一種方式配置，即在整個(gè)感興趣的濃度范圍內(nèi)，ωτ≈1或θ≈45°。例如，Dukes等人的專利4,716,363介紹一種反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一種給出大約45°恒定相位移所需要的調(diào)制頻率。用所得到的頻率去測(cè)定作為分析物濃率函數(shù)的受激態(tài)壽命。Dukes等人提出，恒定相位角方法的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于所有感興趣的分析物濃率均有ωτ＝1。
正如Wolfbeis在《纖維光學(xué)化學(xué)傳感器和生物傳感器》第II卷，CRC出版社，1991一書中所討論的和Mauze等人在美國(guó)專利5,057,277中所傳授的那樣，當(dāng)使用強(qiáng)度或壽命測(cè)量來(lái)測(cè)定分析物濃度時(shí)，過(guò)大的Stern-Volmer抑制常數(shù)K＝akqτo可能是不合意的。尤其是，當(dāng)抑制常數(shù)過(guò)大時(shí)，在分析物濃度的較窄范圍內(nèi)出現(xiàn)壽命和強(qiáng)度的較大變化。在感興趣的分析物的較高濃度下，與分析物有關(guān)的熒光強(qiáng)度和壽命的變化變得不合意地小。這些考慮與例如用來(lái)監(jiān)測(cè)血液中氧氣分壓的傳感器的正確設(shè)計(jì)相關(guān)，其中希望在Po2＝40～120mm汞柱，更可取的是在Po2＝40～200mm汞柱的范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確度。在此范圍內(nèi)一般要求起碼約3mm(約2％)的準(zhǔn)確度。
當(dāng)為插入患者體內(nèi)而配置時(shí)，可能需要敏咸元件小至直徑125μm。因而，能在敏感元件尖端上供應(yīng)的熒光染料的數(shù)量是有限的，造成比較小的熒光信號(hào)。通過(guò)增加染料裝料和/或光子通量可以部分地抵銷此問(wèn)題。遺憾的是，適用于熒光抑制傳感器的染料往往很容易發(fā)生染料聚集和光漂白。聚集和/或光漂白往往引起染料中的指示劑組分表現(xiàn)出一些不同的壽命τo，即多重壽命。對(duì)于任何給定的傳感器來(lái)說(shuō)，諸多重壽命往往隨著老化和/或光致降解而變化。制作工藝變量也能造成不同傳感器之間的不同壽命。
無(wú)論用來(lái)測(cè)定壽命的方法如何，基于受激態(tài)壽命測(cè)量的校準(zhǔn)線必將隨著τo的改變而變化。一般來(lái)說(shuō)，需要兩點(diǎn)式傳感器校準(zhǔn)和重新校準(zhǔn)程序。初次校準(zhǔn)一般在傳感器組裝之后進(jìn)行或在臨近使用之前進(jìn)行。當(dāng)傳感器在使用中時(shí)，為了保持測(cè)量準(zhǔn)確度往往需要重新校準(zhǔn)。兩點(diǎn)式校準(zhǔn)程序涉及使用兩種校準(zhǔn)物，每種各具有已知的分析物濃度。一般來(lái)說(shuō)，這些校準(zhǔn)物的已知的分析物濃度接近于進(jìn)行測(cè)量的范圍內(nèi)的最高濃度和最低濃度。在兩點(diǎn)式校準(zhǔn)程序的過(guò)程中，敏感元件交替地暴露于兩種校準(zhǔn)物，并測(cè)定校準(zhǔn)線的斜率和截距，以便傳感器提供準(zhǔn)確的分析物濃度讀數(shù)。實(shí)際上，兩點(diǎn)式校準(zhǔn)涉及對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的斜率和截距的調(diào)整，正如由儲(chǔ)存在傳感器處理器的存儲(chǔ)器中的查表數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)方程所代表的那樣，直到以數(shù)據(jù)為特征的關(guān)系延伸通過(guò)與已知校準(zhǔn)物的關(guān)系相對(duì)應(yīng)的諸點(diǎn)為止。
由于兩點(diǎn)式校準(zhǔn)程序需要敏感元件暴露于兩種標(biāo)準(zhǔn)物，為了重新校準(zhǔn)必須即把體內(nèi)傳感器又把體外傳感器從動(dòng)脈上插著導(dǎo)管的患者身上的在線回路中拆下來(lái)。然而，在大多數(shù)臨床情況下這是不能接受的程序，因?yàn)樗苡捎谠黾痈腥镜奈ｋU(xiǎn)而傷害患者。兩點(diǎn)式校準(zhǔn)程序還比較費(fèi)時(shí)間。
顯然，存在著對(duì)改善相位調(diào)制基于熒光的檢測(cè)儀器的持續(xù)需求。尤其是，存在著對(duì)帶有一些校準(zhǔn)線的這種類型傳感器的需求，這些校準(zhǔn)線具有對(duì)由多重壽命和壽命的其它變異所引起的漂移和不穩(wěn)定性并不敏感的斜率或斜率與截距。一種其特征在于帶有對(duì)τo的變化性不敏感的斜率的校準(zhǔn)線的傳感器，將會(huì)具有能僅用一種具有已知的分析物濃度的校準(zhǔn)物來(lái)加以校準(zhǔn)的能力。斜率將與在傳感器制作期間隨不需要的染料聚集而產(chǎn)生的τo的變化性無(wú)關(guān)。此外，一個(gè)傳感器中的較大的τo組分的任何有差別的光致降解，將引起校準(zhǔn)線的截距而不是斜度的變化。這樣一種能單點(diǎn)校準(zhǔn)的傳感器將增加體內(nèi)血氧監(jiān)測(cè)的商業(yè)上的可接受性，因?yàn)樗鼘⒛苓M(jìn)行體內(nèi)重新校準(zhǔn)。
發(fā)明要點(diǎn)本發(fā)明是一種用來(lái)測(cè)量分析濃度的相位調(diào)制、基于熒光的檢測(cè)儀器。該儀器材能配置成允許進(jìn)行準(zhǔn)確的單點(diǎn)式體內(nèi)或體外重新校準(zhǔn)。
該檢測(cè)儀器包括一個(gè)敏感元件，該敏感元件配置成暴露于一種抑制劑(即感興趣的分析物或與感興趣的分析物有關(guān)的一種物質(zhì))，并至少包括一種第一發(fā)射指示劑，其特征在于對(duì)于抑制劑的一個(gè)雙分子抑制率常數(shù)kq、一個(gè)或多個(gè)超過(guò)最低壽命τoL的熒光壽命τo，并在有抑制劑的情況下暴露于一個(gè)激勵(lì)信號(hào)時(shí)，能夠發(fā)射出與分析物濃度有關(guān)的諸信號(hào)，該信號(hào)帶有一個(gè)與濃度有關(guān)的參數(shù)，該參數(shù)作為分析物濃度的函數(shù)而變化。一個(gè)耦合于該敏感元件的激勵(lì)系統(tǒng)以一個(gè)或多個(gè)角頻率ω來(lái)提供一種振幅調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)。該激勵(lì)信號(hào)例如可以取正弦波的形式或者取較復(fù)雜波形的形式，例如一個(gè)由調(diào)制基頻ω和ω的較高諧波所定義的方波。一個(gè)耦合于該敏感元件的探測(cè)器探測(cè)與分析物濃度有關(guān)的諸信號(hào)并提供(諸)探測(cè)信號(hào)。一個(gè)處理器，最好包括用來(lái)儲(chǔ)存對(duì)分析物濃度和與該濃度有關(guān)的參數(shù)之間關(guān)系的信息的存儲(chǔ)器，耦合于該探測(cè)器。該處理器單變地處理(諸)探測(cè)信號(hào)以便得出與濃度有關(guān)的參數(shù)，并作為所得出的與濃度有關(guān)的參數(shù)和所儲(chǔ)存信息的函數(shù)提供代表分析物濃度的(諸)輸出信號(hào)。
該敏感元件和/或激勵(lì)系統(tǒng)配置成使得對(duì)于該工作范圍內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)，以及對(duì)于大于τoL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，該儀器均能足夠地工作在條件[(Kq[Q])2＋ω2]τo2》1＋2Kqτo[Q]之內(nèi)，致使與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間的關(guān)系與τo的變化性和/或多重性無(wú)關(guān)。當(dāng)按此方式配置時(shí)，校準(zhǔn)斜率與τo的變化性和/或多重性無(wú)關(guān)。因而該傳感器可以通過(guò)響應(yīng)于敏感元件對(duì)一種具有已知濃度的校準(zhǔn)分析物的暴露，修改使截距而不是斜率特征化的所儲(chǔ)存的校準(zhǔn)信息來(lái)重新校準(zhǔn)。
可取的是，該敏感元件和/或激勵(lì)系統(tǒng)配置成使該儀器能足夠地工作在條件[(Kq[Q])2＋ω2]τo2＞4[1＋2Kqτo[Q]]之內(nèi)。更可取的是，該敏感元件和激勵(lì)系統(tǒng)配置成使該儀器能足夠地工作在條件[(Kq[Q])2＋ω2]τo2＞6[1＋2Kqτo[Q]]之內(nèi)。最可取的是，該敏感元件和激勵(lì)系統(tǒng)配置成使該儀器能足夠地工作在條件[(Kq[Q])2＋ω2]τo2＞10[1＋2Kqτo[Q]]之內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該檢測(cè)儀器包括一個(gè)用來(lái)以高調(diào)制頻率提供激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)系統(tǒng)，使得對(duì)于該工作范圍內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)，以及對(duì)于大于τol的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，該儀器均能工作在條件ωτo＞10之內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該敏感元件的特征在于一個(gè)足夠高的溶解度和/或擴(kuò)散率，使得對(duì)于該工作范圍內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)，以及對(duì)于大于τol的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，該儀器均能工作在條件Kqτo[Q]＞20之下。
在該檢測(cè)儀器的另一個(gè)實(shí)施例中，該敏感元件和/或激勵(lì)系統(tǒng)配置成使得對(duì)于該工作范圍內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)，以及對(duì)于大于τol所有壽命τo來(lái)說(shuō)，該儀器均能定夠地工作在條件[(Kq[Q])2＋ω2]τo2＞＞1＋2Kqτo[Q]和Kqτo[Q]＞9之內(nèi)，致使與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間的關(guān)系的斜率和截距二者都與τo的變化性無(wú)關(guān)。因而該檢測(cè)儀器的重新校準(zhǔn)是不必要的。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是作為量ωτo和kqτo[Q]之函數(shù)的量值[(Kq[Q])2＋ω2]τo2/[1＋2Kqτo[Q]]的三維圖解。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖解。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的示意圖解。
圖4和圖5是曲線圖，作為氧氣分壓的函數(shù)表示調(diào)制頻率對(duì)針對(duì)兩種單體指示劑組分所側(cè)得的相位移和解調(diào)比的影響。
圖6是曲線圖，表示針對(duì)圖4和圖5的諸指示劑的Stern-Volmer曲線。
圖7和圖8是曲線圖，作為調(diào)制頻率的函數(shù)表示針對(duì)兩種單體指示劑組分和這兩種組分的混合物的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
圖9是針對(duì)兩種單體指示劑組分和這兩種組分的混合物的頻率對(duì)氧氣分壓的曲線圖(相位調(diào)制模式3)。
圖10是曲線圖，表示針對(duì)激發(fā)物形成系統(tǒng)的Stern-Volmer曲線。
圖11是曲線圖，作為氧氣分壓的函數(shù)并以用于激發(fā)物形成系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)制頻率表示相位移差。
圖12和圖13是曲線圖，作為調(diào)制頻率的函數(shù)表示針對(duì)兩種單體指示劑組分和這些組分在硅橡膠母體中的混合物所算出的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
圖14是曲線圖，表示針對(duì)圖12和圖13中的兩種單體指示劑組分所算出的Stern-Volmer曲線。
圖15是曲線圖，表示不同的aKq對(duì)熒光強(qiáng)度的氧氣響應(yīng)性的影響。
圖16和圖17是曲線圖，作為針對(duì)兩種單體指示劑組分和這些組分的混合物所算出的相位移和解調(diào)因數(shù)(分別)對(duì)氧氣分壓的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
圖18是曲線圖，表示針對(duì)兩種單體指示劑組分和這些組分的混合物所算出的相位調(diào)制模式3的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
圖19是曲線圖，表示針對(duì)兩種單體指示劑組分和這些組分的混合物的相位調(diào)制模式4的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
圖20是針對(duì)兩種具有較長(zhǎng)壽命的單體指示劑組分和這些組分的混合物的作為氧氣分壓函數(shù)的在恒定相位移下的頻率(相位調(diào)制模式3)的校準(zhǔn)線。
圖21是針對(duì)兩種具有較長(zhǎng)壽命的單體指示劑組分和這些組分的混合物的作為氧氣分壓函數(shù)的在恒定調(diào)制頻率下的相位移(相位調(diào)制模式1)的校準(zhǔn)線。
圖22是作為量ωτo和Kqτo[Q]之函數(shù)的校準(zhǔn)斜率的三維圖解。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“發(fā)射指示劑”或“熒光團(tuán)”指的是響應(yīng)于對(duì)一個(gè)諸如激勵(lì)光信號(hào)之類的激勵(lì)信號(hào)的暴露而產(chǎn)生一個(gè)諸如光學(xué)可探測(cè)信號(hào)之類的信號(hào)的任何組分，其中所述發(fā)射信號(hào)(“所發(fā)射的”信號(hào))被一種分析物或一種與分析物有關(guān)的抑制劑所動(dòng)態(tài)抑制。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“單體指示劑組分”指的是一種組分，該組分本身能或不能響應(yīng)于對(duì)一個(gè)諸如激勵(lì)光信號(hào)之類的激勵(lì)光信號(hào)的暴露而提供一個(gè)諸如光學(xué)可探測(cè)信號(hào)之類的信號(hào)，而且該組分能參與形成一種受激態(tài)絡(luò)合體。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“單體組分”指的是一種單體組分，該單體組分響應(yīng)于對(duì)一個(gè)最好是激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)的暴露而提供一個(gè)最好是光學(xué)可探測(cè)信號(hào)的信號(hào)。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“激發(fā)物組分”指的是兩種單體指示劑組分之間的一種受激態(tài)絡(luò)合體，這些單體指示劑組分具有相同的指示劑結(jié)構(gòu)并提供一種“第二發(fā)射信號(hào)”，其中所述第二發(fā)射信號(hào)被一種分析物或一種與分析物有關(guān)的抑制劑所動(dòng)態(tài)抑制。包括同一單體指示劑組分的同分異構(gòu)物和互變異構(gòu)物。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“激發(fā)絡(luò)合物組分”指的是兩種不同的單體組分中之間的一種受激態(tài)絡(luò)合體，這些單體組分中至少一種是單體指示物組分并提供一種“第二發(fā)射信號(hào)”，其中所述第二發(fā)射信號(hào)被一種分析物或一種與分析物有關(guān)的抑制劑所運(yùn)態(tài)抑制。
為簡(jiǎn)潔起見，激發(fā)物組分和激發(fā)絡(luò)合物組分有時(shí)統(tǒng)稱為“受激態(tài)絡(luò)合體”。也為簡(jiǎn)潔起見，括號(hào)內(nèi)的“諸”的使用指的是它所附的詞或者為單數(shù)或者為復(fù)數(shù)(例如“(諸)組分”指的是或者一種組分或者多種組分)。
本發(fā)明的相位調(diào)制、基于熒光的傳感器是基于以下發(fā)現(xiàn)，即如果對(duì)于每個(gè)τo均滿足下面式1中提出的條件，則所監(jiān)測(cè)的在與濃度有關(guān)的參數(shù)(例如相位移)和分析物濃度之間關(guān)系的斜率，與在沒(méi)有抑制劑的情況下熒光團(tuán)的受激態(tài)壽命τo無(wú)關(guān)，而且還與在每個(gè)構(gòu)成所監(jiān)測(cè)的關(guān)系的受激態(tài)的本征壽命之間的多重性和其他變異無(wú)關(guān)。)2＋ω2]τo2＞＞1＋2Kqτo[Q]式1式中[Q]是抑制劑濃度(即在敏感元件或母體中的分析物濃度)；Kq是雙分子抑制率常數(shù)；ω＝2πf是調(diào)制角頻率。
實(shí)際上，相位調(diào)制探測(cè)可以按幾種不同的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有模式均產(chǎn)生一個(gè)與濃度有關(guān)的參數(shù)，在有抑制劑的情況下當(dāng)暴露于激勵(lì)信號(hào)時(shí)該與濃度有關(guān)的參數(shù)作為分析物濃度的函數(shù)而變化。這些相位調(diào)制探測(cè)模式包括1.在恒定的調(diào)制頻率下相位移對(duì)分析物濃度；2.在恒定的調(diào)制頻率下解調(diào)因數(shù)對(duì)分析物濃度；3.在恒定的相位移下調(diào)制頻率對(duì)分析物濃度；以及4.在恒定的解因素下調(diào)制頻率對(duì)分析物濃度。
以上模式可描繪成“單變”方式，其中激勵(lì)系統(tǒng)配置成在監(jiān)測(cè)與濃度有關(guān)的參數(shù)時(shí)把激勵(lì)信號(hào)(例如調(diào)制頻率)或發(fā)射信號(hào)(例如相位移或解調(diào)因數(shù))中的一個(gè)參數(shù)保持恒定。在這些單變系統(tǒng)中，可以單變地處理所監(jiān)測(cè)到的參數(shù)以得出分析物濃度，而不用直接地或甚至間接地進(jìn)行壽命測(cè)定或計(jì)算Stern-Volmer斜率。
與此不同，如像在BOC集團(tuán)公司的歐洲專利申請(qǐng)公開第442276A1和442276A2中所介紹的檢測(cè)儀器被描繪成“多變”方式，因?yàn)榧?lì)信號(hào)包含很寬的頻率范圍而若干個(gè)頻率中的每一個(gè)頻率下的相位移和/或解調(diào)因數(shù)都用于分析物濃度的測(cè)定。這種形式的多變方式要求用例如Fourier分析軟件對(duì)發(fā)射信號(hào)反褶積(deconvo-lution)。用這種多變處理方法得到的頻率域信息再經(jīng)進(jìn)一步處理而得到壽命值或Stern-Volmer斜率值，而這些值本身又轉(zhuǎn)換成分析物濃度。這些多變檢測(cè)儀器的一個(gè)缺點(diǎn)在于，針對(duì)每種分析物在許多頻率下串行工作或同時(shí)工作的激勵(lì)系統(tǒng)、探測(cè)器和處理器要求額外的復(fù)雜性。
對(duì)于在式1中給出的條件下單變工作的傳感器來(lái)說(shuō)，針對(duì)每個(gè)τo的熒光強(qiáng)度Ii中的與分析物有關(guān)的降低抵銷了針對(duì)每個(gè)τo的調(diào)制因數(shù)mi中的與分析物有關(guān)的提高，該抵銷達(dá)到這樣一種程度，即針對(duì)每個(gè)τo的調(diào)制振幅接近于一個(gè)極限miIi＝Ioi/ωτoi在那里它們變得與分析物濃度無(wú)關(guān)。于是，針對(duì)每個(gè)τo的發(fā)射信號(hào)對(duì)總的測(cè)得相位移的相對(duì)貢獻(xiàn)不隨分析物濃度或調(diào)制頻率而明顯地變化。假定雙分子抑制常數(shù)Kq對(duì)每個(gè)可抑制發(fā)射信號(hào)是相同的，則對(duì)這些傳感器來(lái)說(shuō)校準(zhǔn)斜率就是不變的。與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間的關(guān)系的截距對(duì)τo的變化仍然是敏感的，但此關(guān)系的斜率并非如此。如果，除了滿足式1之外，傳感器配置成對(duì)于在工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)和對(duì)于大于τoL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)均滿足條件kqτo[Q]＞9，則與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間關(guān)系的斜率和截距都與τo的變化性無(wú)關(guān)。
具有此工作特性的檢測(cè)儀器帶有明顯的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間關(guān)系的斜率或者斜率和截距對(duì)τo的多重性或變化性不敏感，τo的多重性或變化性是由于變化的制作過(guò)程參數(shù)引起的和由于光致降解和染料聚集引起的，這些變化的制作過(guò)程參數(shù)造成傳感器與傳感器之間的染料混合物的變異，而光致降解和染料聚集則在任何給定的傳感器中隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)。因而，具有對(duì)壽命的變異不敏感的校準(zhǔn)斜率的傳感器，可以根據(jù)一個(gè)已知的分析物濃度(即“單點(diǎn)式校準(zhǔn)”)和一個(gè)預(yù)定的斜率，通過(guò)調(diào)整與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間校準(zhǔn)關(guān)系的截距來(lái)校準(zhǔn)。例如，一個(gè)用來(lái)監(jiān)測(cè)一位患者血內(nèi)氣體(例如氧氣)水平的體內(nèi)傳感器可以這樣來(lái)校準(zhǔn)，即取一個(gè)血樣，用另一種方法測(cè)量感興趣的氣體濃度，并且僅這樣調(diào)整該傳感器所具有的測(cè)得的參數(shù)對(duì)分析物濃度關(guān)系的截距(即校準(zhǔn)信息)，使該傳感器提供一個(gè)等于由該另一種測(cè)量方法測(cè)值的輸出讀數(shù)。能在體內(nèi)重新校準(zhǔn)傳感器提高了醫(yī)學(xué)界對(duì)這種傳感器的接受性。具有對(duì)壽命變異不敏感的校準(zhǔn)斜率和截距的測(cè)試儀器一經(jīng)在組裝設(shè)施處設(shè)置再也不需要重新校準(zhǔn)。
圖1是作為量ωτo和kqτo[Q]之函數(shù)的量值[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]的三維圖解。此圖沿Z軸被截成平面以表示量[(kq[Q])2＋ω2]τo2以大于10的倍數(shù)超過(guò)量[1＋2kqτo[Q]]的區(qū)域。X＋Y軸被截成平面僅為圖解目的而無(wú)意針對(duì)ωτo或Kqτo[Q]把本發(fā)明限制于一些上限。量ωτo直接關(guān)聯(lián)著并受控于激勵(lì)信號(hào)被抑制的頻率。量kqτo[Q]與該傳感器的熒光抑制效率有關(guān)并取決于傳感器的染料和/或基質(zhì)母體。圖1中的井底一般來(lái)說(shuō)描繪傳統(tǒng)的傳感器工作于其上的一個(gè)ωτo和kqτo[Q]量集。圖1頂部的平坦區(qū)域描繪滿足式1中提出的條件的一個(gè)ωτo和kqτo[Q]量集。從圖1顯然看出，根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)儀器能配置成以下列方式中的一種或多種工作在式1中提出的條件之下1.當(dāng)ωτo＞10，對(duì)于所有[Q]始終滿足式1；
2.當(dāng)10＞ωτo＞1，對(duì)于[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＞10處的所有[Q]始終滿足式1；或者3.當(dāng)kqτo[Q]＞20，始終滿足式1。
根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)儀器配置成監(jiān)測(cè)具有在預(yù)定濃度工作范圍之內(nèi)的濃度的分析物。諸傳感器還配置成按預(yù)定的誤差范圍之內(nèi)的準(zhǔn)確度提供測(cè)量。根據(jù)該傳感器必須在其內(nèi)能工作的濃度范圍和必須按其進(jìn)行測(cè)量的準(zhǔn)確度，在圖1中井底與平坦區(qū)域之間可能有一組工作點(diǎn)，在這些工作點(diǎn)上與濃度有關(guān)的參數(shù)和分析物濃度之間關(guān)系的斜率是與τo的變化性足夠地?zé)o關(guān)，以便使該傳感器能利用本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)，并對(duì)所有感興趣的濃度在預(yù)定的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)提供測(cè)量。在此文件中，術(shù)語(yǔ)“與τo變化性無(wú)關(guān)”和“足夠地與τo的變化性無(wú)關(guān)”意指無(wú)關(guān)到這樣的程度，即對(duì)于在該檢測(cè)儀器中存在的并具有大于一個(gè)壽命下限τOL壽命的所有發(fā)射指示劑壽命來(lái)說(shuō)，由這些壽命引起的校準(zhǔn)斜率或者校準(zhǔn)斜率和截距的變化，當(dāng)與儀器誤差的其他根源相結(jié)合時(shí)，不引起該檢測(cè)儀器的工作超出其預(yù)定的誤差范圍。應(yīng)該指出，在本發(fā)明的儀器中允許一定數(shù)量的具有小于τOL壽命的不純熒光，只要這些不純熒光對(duì)所探測(cè)的發(fā)射信號(hào)的貢獻(xiàn)不會(huì)顯著地影響校準(zhǔn)斜率就可以。許多檢測(cè)儀器如果它們配置成在10≥[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＞6的條件下工作，則能對(duì)于預(yù)定工作范圍內(nèi)的所有濃度按預(yù)定范圍之內(nèi)的準(zhǔn)確度提供測(cè)量。另一些傳感器如果它們配置成在6≥[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＞4的條件下工作，則能對(duì)于感興趣的預(yù)定范圍之內(nèi)的所有濃度按的準(zhǔn)確度范圍之內(nèi)預(yù)定提供測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)儀器能配置成利用任何常規(guī)的或其他已知的相位調(diào)制探測(cè)技術(shù)來(lái)工作。尤其是，除了配置成作為外部比照的單態(tài)系統(tǒng)來(lái)工作外，該發(fā)明性概念可以結(jié)合到在共同受讓的名稱為“傳感器和檢測(cè)方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/137,289中所述類型的多態(tài)和/或內(nèi)部比照的檢測(cè)儀器中。區(qū)分本發(fā)明與常規(guī)儀器的一個(gè)特征在于，選擇足夠高的調(diào)制頻率ω(即“高頻”儀器)和/或選擇具有高擴(kuò)散率和/或溶解度的傳感器染料和/或基質(zhì)母體(即“高擴(kuò)散率和/或溶解度”儀器)，以便該儀器配置成足夠地工作在式1中提出的條件之內(nèi)，致使校準(zhǔn)斜率或者校準(zhǔn)斜率和截距與τo變化性無(wú)關(guān)。
在所謂“單態(tài)”傳感器中，熒光從第一受激態(tài)產(chǎn)生并在熒光團(tuán)(即發(fā)射指示物)受激之后立即產(chǎn)生。然而，許多熒光團(tuán)的第一受激態(tài)與敏感元件中的第二組分起反應(yīng)而產(chǎn)生第二受激態(tài)組分(例如“受激態(tài)終合體”)，該受激態(tài)組分也能發(fā)出熒光。在這種情況下，有可能觀察到兩個(gè)發(fā)射信號(hào)來(lái)自未反應(yīng)的第一受激態(tài)的熒光和來(lái)自已反應(yīng)的第二受激態(tài)組分的熒光。這種類型的系統(tǒng)稱為“雙態(tài)”或“兩態(tài)”系統(tǒng)。典型的受激態(tài)反應(yīng)包括形成激發(fā)物和激發(fā)復(fù)合物，受激態(tài)加質(zhì)子和去質(zhì)子及能量轉(zhuǎn)移。在許多場(chǎng)合，受激態(tài)過(guò)程可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的兩態(tài)反應(yīng)模式來(lái)描述。每個(gè)受激態(tài)有它自己的熒光波長(zhǎng)和它自己受激態(tài)壽命。第一發(fā)射信號(hào)在波長(zhǎng)上比第二發(fā)射信號(hào)短些。
作為例子，上面確認(rèn)的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/137,289介紹了形成激發(fā)物和激發(fā)絡(luò)合物的兩態(tài)系統(tǒng)熒光團(tuán)在內(nèi)部比照動(dòng)態(tài)熒光抑制/相位調(diào)制傳感器中的應(yīng)用。該敏感元件可能包括一種或多種位于母體材料內(nèi)或者共價(jià)地粘合于母體材料的單體組分，其中至少一種單體組分是單體指示劑組分。這些單體指示劑組分中的每一種均能響應(yīng)于對(duì)第一激勵(lì)信號(hào)的暴露而提供第一發(fā)射信號(hào)，第二發(fā)射信號(hào)是由一種受激態(tài)絡(luò)合體(例如一種激發(fā)物組分或一種激發(fā)絡(luò)合物組分)提供的，該受激態(tài)絡(luò)合體是由該(諸)單體組分之一的受激態(tài)反應(yīng)產(chǎn)生的。像諸第一發(fā)射信號(hào)一樣，諸第二發(fā)射信號(hào)在該敏感元件中由在沒(méi)有抑制劑的情況下的壽命τo和強(qiáng)度Io來(lái)描繪。在沒(méi)有抑制劑的情況下，受激態(tài)綜合體的壽命明顯地長(zhǎng)于未反應(yīng)單體受激態(tài)的壽命。事實(shí)是這樣，當(dāng)存在著抑制劑Q時(shí)，受激態(tài)綜合體的發(fā)射被抑制劑更廣泛地抑制。來(lái)自該受激態(tài)絡(luò)合體的第二發(fā)射信號(hào)的熒光還被抑制劑所動(dòng)態(tài)抑制。在沒(méi)有抑制劑的情況下和在有抑制劑的情況下的這些受激態(tài)絡(luò)合體壽命的強(qiáng)度之間的關(guān)系使得可以針對(duì)受激態(tài)絡(luò)合體的脈沖響應(yīng)來(lái)測(cè)定Stern-Volmer特性。因而可以用相位調(diào)制探測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)定分析物濃度。此外，在對(duì)于每個(gè)反應(yīng)受激態(tài)壽命τo均滿足式1的條件的場(chǎng)合，校準(zhǔn)斜率變得與第二發(fā)射信號(hào)中τo的變化性無(wú)關(guān)。
在單態(tài)系統(tǒng)檢測(cè)儀器中，相位調(diào)制探測(cè)卷入把與濃度有關(guān)的參數(shù)與外界產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)比照。雙態(tài)系統(tǒng)中的相位調(diào)制提供內(nèi)部比照的優(yōu)點(diǎn)；該內(nèi)部比照減輕了由儀器偏置或傳送信號(hào)的光纖彎曲所引起的信號(hào)失真和其他連帶的問(wèn)題。來(lái)自第二(例如激發(fā)物或激發(fā)絡(luò)合物)發(fā)射信號(hào)的與濃度有關(guān)的參數(shù)與來(lái)自第二(例如單體)發(fā)射信號(hào)(即差動(dòng)抑制)比照。要不然的話，來(lái)自第二發(fā)射信號(hào)的與濃度有關(guān)的參數(shù)可以與外加激勵(lì)信號(hào)比照，或者既與外加激勵(lì)信號(hào)又與第一發(fā)射信號(hào)比照。第一發(fā)射信號(hào)與第二發(fā)射信號(hào)可以靠濾色鏡彼此分離并單獨(dú)探測(cè)。上面作為模式1-4所描述的所有相位調(diào)制技術(shù)均可用內(nèi)部比照以若干種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為例子，對(duì)于多態(tài)熒光傳感器來(lái)說(shuō)，采用以上模式1的相位調(diào)制探測(cè)可以包括一個(gè)處理器，該處理器配置成作為以下相位關(guān)系式中任何一個(gè)的函數(shù)來(lái)計(jì)算分析物濃度1.θesc－θmonomer；2.θesc－θexcitation；3.(θesc－θexcitation)－(θmonomer－θexcitation)；或4.θesc＋θmonomer－θexcitation。
式中θexcitation是激勵(lì)信號(hào)的相位；θmonomer是第一發(fā)射信號(hào)的相位；以及θesc是第二發(fā)射信號(hào)的相位(其中“esc”指受激態(tài)絡(luò)合體)。
一個(gè)其中能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)的檢測(cè)儀器10簡(jiǎn)略地圖示于圖2中。儀器10包括一個(gè)耦合于敏感探頭或敏感元件16的激勵(lì)系統(tǒng)14。在圖示的實(shí)施例中，敏感元件16靠一根或多根光纖17耦合于激勵(lì)系統(tǒng)14，并包括一段帶有一個(gè)遠(yuǎn)端或尖端的光纖18，該遠(yuǎn)端或尖端帶有覆蓋著聚合母體22的光學(xué)表面19。光纖17還經(jīng)一個(gè)光學(xué)探測(cè)器26耦合于一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)25。代表測(cè)得的分析物濃度的信息可以直觀地顯示在顯示器28上。母體22對(duì)于抑制劑(由感興趣的分析物或按已知關(guān)系與感興趣的分析物的一種物質(zhì)組成相關(guān)聯(lián))是可滲透的并包含一個(gè)由一種或多種可發(fā)熒光的發(fā)射指示劑組成的分散體。如圖2中所示，聚合母體22一般來(lái)說(shuō)將粘合于纖維18的靠近光學(xué)表面19的測(cè)面，及該光學(xué)表面本身。一個(gè)不透明的外涂層24，該外深層可以是分散在添加固化聚硅氧烷polysiloxane中的氧化鐵顏料，涂布在母體22的總體上并越過(guò)母體向下涂布到光纖18的側(cè)面。除了被配置成帶有高擴(kuò)散率和/或溶解度染料和/或基質(zhì)母體之外，其中該染料和/或基質(zhì)母體當(dāng)與激勵(lì)系統(tǒng)14工作的該頻率或諸頻率結(jié)合使用時(shí)滿足式1中提出的關(guān)系，敏感元件16可以類似于其他公知的或常規(guī)的敏感元件。
除了能在一個(gè)或一些高頻率下工作之外，其中這些頻率當(dāng)與敏感元件16的傳感器染料和/或基質(zhì)母體結(jié)合使用時(shí)滿足式1中提出的關(guān)系，激勵(lì)系統(tǒng)14也可以類似于其他公知的或常規(guī)的激勵(lì)系統(tǒng)。激勵(lì)系統(tǒng)14產(chǎn)生一個(gè)呈強(qiáng)度調(diào)制光束形式的激勵(lì)信號(hào)。該光束一般來(lái)說(shuō)是在一個(gè)或多個(gè)角頻率下調(diào)制的正弦波，并靠光纖17耦合于敏感元件16的近端。該激勵(lì)信號(hào)傳播到聚合母體22，在那里它激勵(lì)該母體中的該(諸)可發(fā)熒光的發(fā)射指示劑并引發(fā)一個(gè)振幅調(diào)制的光學(xué)激發(fā)信號(hào)。該激發(fā)信號(hào)被滲透過(guò)該母體的任何抑制劑所抑制，并經(jīng)光纖17向回傳播到探測(cè)器26。探測(cè)器26把該光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電氣形式，以便由信號(hào)處理系統(tǒng)25單變處理。處理系統(tǒng)25可以是模擬系統(tǒng)也可以是數(shù)字系統(tǒng)，該系統(tǒng)處理探測(cè)到的信號(hào)以得出代表分析物濃度的信息。分析物濃度的直觀顯示由顯示器28提供。
上面描述的相位調(diào)制探測(cè)模式中的任何一種模式均能由敏感元件10來(lái)實(shí)現(xiàn)，以得出分析物濃度。這些相位調(diào)制模式能用單態(tài)或多態(tài)指示劑組分來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果采用多態(tài)系統(tǒng)，則該儀器能針對(duì)內(nèi)部比照技術(shù)或外部比照技術(shù)來(lái)配置。
信號(hào)處理系統(tǒng)25最好包括用來(lái)儲(chǔ)存描繪所監(jiān)測(cè)參數(shù)(例如相位移、頻率或解調(diào)因數(shù))與分析物濃度之間一種預(yù)期關(guān)系的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)器(未畫出)。在包括一個(gè)以微處理器為基礎(chǔ)的或其他的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)25的檢測(cè)儀器10中，可以作為描述一個(gè)功能上把所監(jiān)測(cè)參數(shù)與分析物濃度相關(guān)聯(lián)的方程式來(lái)存儲(chǔ)該校準(zhǔn)信息。在這樣一個(gè)處理系統(tǒng)25中，一旦測(cè)定了所監(jiān)測(cè)的參數(shù)，即求解該方程式以得到分析物濃度。要不然的話，該處理系統(tǒng)25可以包含一個(gè)所監(jiān)測(cè)參數(shù)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的分析物濃度的儲(chǔ)存?zhèn)洳楸?。在這樣一個(gè)處理系統(tǒng)25中，一旦測(cè)定所監(jiān)測(cè)的參數(shù)，即通過(guò)根據(jù)儲(chǔ)存在該備查表中的兩個(gè)最接近的點(diǎn)的插值來(lái)確定對(duì)應(yīng)的分析物濃度。這種類型的測(cè)量?jī)x表處理系統(tǒng)一般是公知的。
在單點(diǎn)式重新校準(zhǔn)期間，敏感元件16暴露于一種具有已知的分析物濃度的校準(zhǔn)物，或者用一種其他技術(shù)來(lái)測(cè)量被監(jiān)測(cè)的分析物濃度。利用一個(gè)與處理系統(tǒng)25耦合的諸如旋鈕或鍵盤之類的接口(未畫出)，操作者能輸入代表該已知分析物濃度的信息。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明工作時(shí)，該處理器以這樣一種方式修改所儲(chǔ)存的校準(zhǔn)信息，致使所監(jiān)測(cè)參數(shù)—分析物濃度之間關(guān)系的截距而不是斜率以這樣一種方式變化，即顯示器28提供一個(gè)等于該已知分析物濃度的輸出讀數(shù)。檢測(cè)儀器10借此被重新校準(zhǔn)，并能對(duì)在其工作范圍之內(nèi)的所有濃度提供準(zhǔn)確的濃度測(cè)量。能以這種方式修改校準(zhǔn)信息的截距而不是斜率的處理系統(tǒng)可以用公知的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
在最佳實(shí)施例中，信號(hào)處理系統(tǒng)25單變地實(shí)時(shí)處理探測(cè)到的激勵(lì)信號(hào)以得出所監(jiān)測(cè)參數(shù)。例如，用來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定調(diào)制頻率模式1和2的一個(gè)這種類型的信號(hào)處理系統(tǒng)分別從探測(cè)到的發(fā)射信號(hào)得出相位移或解調(diào)因數(shù)。然后分別作為所得出的相位移或解調(diào)因數(shù)的函數(shù)，訪問(wèn)所儲(chǔ)存的把相位移或解調(diào)因數(shù)描繪成分析物濃度函數(shù)的校準(zhǔn)信息，以得到分析物濃度。在此單變處理技術(shù)期間，既不直接也不間接計(jì)算指示劑組分壽命。
把一種可以買到的由SLM-Aminco制造的SLM48000 MHFFourier變換光譜熒光計(jì)儀器，與一種325nm HeCd激光器結(jié)合，用作激勵(lì)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，從而進(jìn)行了針對(duì)本發(fā)明的研究和開發(fā)。在某些實(shí)驗(yàn)中還使用一種364nm氬離子激光器。此系統(tǒng)配置成提供一個(gè)單獨(dú)的固定調(diào)制頻率或一種多頻率群。當(dāng)配置成提供單個(gè)調(diào)制頻率時(shí)，代表相位移和/或解調(diào)因數(shù)的信息(即模式1和2的數(shù)據(jù))由該儀器直接提供。當(dāng)使用配置成產(chǎn)生多頻率群的儀器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，來(lái)自該儀器的輸出數(shù)據(jù)被數(shù)字化并加在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，然后用可以買到的快速Fourier變換軟件處理此數(shù)據(jù)，以便確定多個(gè)調(diào)制頻率中的每個(gè)頻率下的相位和解調(diào)數(shù)據(jù)。對(duì)于兩態(tài)系統(tǒng)，可以用濾光鏡來(lái)分離不同波長(zhǎng)的信號(hào)。此儀器還能以模擬恒定相位模式3的方式工作。得到恒定的相位移所需的頻率靠插值來(lái)確定。
在實(shí)驗(yàn)程序期間，圖2中16處所示類型的敏感元件被插入一個(gè)容納氣體樣品(例如已知濃度的氧氣和二氧氣碳或氮?dú)獾幕旌衔?的盒子。在敏感元件的其他實(shí)驗(yàn)實(shí)施例(未畫出)中，能發(fā)熒光的發(fā)射指示劑分散在能有效地起母體作用的溶液里。這種發(fā)射指示劑溶液裝在一個(gè)恒溫杯中。用一些單獨(dú)的光纖(未畫出)把激勵(lì)信號(hào)耦合于樣品腔，并把來(lái)自樣品腔的發(fā)射信號(hào)向回耦合到探測(cè)器。
還使用圖3中所示的外差系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)本發(fā)明的研究和開發(fā)。圖3中所示的系統(tǒng)包括一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生在頻率f下的調(diào)制信號(hào)的激勵(lì)頻率發(fā)生器30。該調(diào)制信號(hào)耦合于電光調(diào)制器36(如一個(gè)普克爾斯(pockels)盒)和偏振分光鏡35，以調(diào)制由激光器34產(chǎn)生的一個(gè)光學(xué)激勵(lì)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，激光器34是一個(gè)325nm波長(zhǎng)HeCd激光器。也可以用發(fā)光二極管或倍頻激光二極管。該調(diào)制激勵(lì)信號(hào)被分光鏡35和分叉光纖37引到敏感元件16。從敏感元件16收到的光學(xué)發(fā)射信號(hào)經(jīng)濾光盤39加到探測(cè)器38上。當(dāng)該敏感元件配置成作為兩態(tài)系統(tǒng)工作時(shí)，濾光盤39分離由敏感元件16提供的第一和第二發(fā)射信號(hào)，使探測(cè)器能通過(guò)時(shí)分多路傳輸對(duì)每個(gè)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)器38可以是一個(gè)光電倍增管、雪崩光電二極管或微通道板。探測(cè)到的發(fā)射信號(hào)在加到混頻器42之前被射頻放大器40放大。
圖3中所示系統(tǒng)的實(shí)施例還包括一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生與該調(diào)制頻率相差△f的信號(hào)的頻率發(fā)生器44。由發(fā)生器44產(chǎn)生的信號(hào)和該調(diào)制信號(hào)在混頻器46中混頻，以產(chǎn)生一個(gè)在頻率△f下的外差基準(zhǔn)信號(hào)。由發(fā)生器44產(chǎn)生的該信號(hào)還在混頻器42與探測(cè)到并放大了的發(fā)射信號(hào)混頻，以便對(duì)該基準(zhǔn)頻率△f解調(diào)該發(fā)射信號(hào)。該解調(diào)發(fā)射信號(hào)被音頻放大器48放大并被濾波器50帶通濾波，以提高信噪比并去除不需要的頻率分量。
在圖3中所示系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，激勵(lì)頻率發(fā)生器30產(chǎn)生一個(gè)2.00MHz調(diào)制信號(hào)，同時(shí)頻率發(fā)生器44產(chǎn)生一個(gè)2.01MHz外差信號(hào)。由探測(cè)器38輸出的頻率為2.00MHz的探測(cè)到的發(fā)射信號(hào)在混頻器42由此在頻率上偏移到4.01MHz和10KHz。除了10KHz信號(hào)外，所有頻率分量被帶通濾波器50濾掉。同理，在混頻器46的輸出端提供10KHz的一個(gè)頻率信號(hào)。來(lái)自帶通濾波器50的該探測(cè)到的發(fā)射信號(hào)和來(lái)自混頻器46的該信號(hào)被數(shù)字轉(zhuǎn)換器52數(shù)字化，并加到信號(hào)處理器54上。信號(hào)處理器54在一個(gè)實(shí)施例中是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，并包括用來(lái)提出發(fā)射信號(hào)相對(duì)于來(lái)自混頻器46的基準(zhǔn)信號(hào)的相位移和解調(diào)因數(shù)的軟件。
以下非限制性示例說(shuō)明本發(fā)明的某些方面。除非另行注明，所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均按重量計(jì)，而所有以毫米單位表達(dá)的分壓均指毫米汞柱。
實(shí)施例例1此實(shí)施例針對(duì)其中兩個(gè)不同的發(fā)射壽命描繪探測(cè)到的發(fā)射信號(hào)的場(chǎng)合，說(shuō)明本發(fā)明的改進(jìn)性能。使用光譜熒光計(jì)儀器作為激勵(lì)和信號(hào)處理系統(tǒng)，用乙烷(akq＝6.1×105mm-1sec-1)作為用于單體指示物組分的母體，苯并[g，h，i]芘(下文“BP”；τo＝93nsec)，乙烯基苯并[g，h，i]芘(下文“VBP”；τo＝35nsec)，以及這兩種單體指示物組分的大約50∶50混合物的稀溶液在一個(gè)恒溫杯(保持在298K)中受到用由一個(gè)氬離子激光器提供的364nm單色激光的激勵(lì)。用一個(gè)400nm長(zhǎng)通出口濾波器來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)射。用乙醇中的1，4-雙(4-甲基-5-苯基惡唑-2-基)苯(下文“Me2POPOP”；τo＝1.45nm)作為外部基準(zhǔn)。這些溶液暴露于具有以下配方的氮中加氧的混合氣體中(％氧＝0.0，5.22，10.25，15.11和空氣)。針對(duì)BP、VBP及BP與VBP混合物測(cè)得的，作為O2分壓和調(diào)制頻率的函數(shù)的相位移和解調(diào)因數(shù)示于表1a、1b、1c、1d、1e和1f。測(cè)得的相位移修約成準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。測(cè)得的解調(diào)因數(shù)修約成準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后三位。
針對(duì)BP和VBP測(cè)得的相位移和解調(diào)因數(shù)在圖4和圖5上針對(duì)5和30MHz調(diào)制頻率表達(dá)成O2分壓的函數(shù)。這兩種方案的對(duì)應(yīng)的Stern—Volmer曲線按τo/τ＝[[1/(mo2－1)]/[1/(m2－1)]]1/2由5MHz解調(diào)因數(shù)確定，并圖示于圖6中。未企圖把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“擬合”成一條數(shù)學(xué)上的直線(如“最小二乘法”擬合)。然而，為了清晰起見，把每種方案的相鄰的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)各用直線段相連。例如，在圖6中所得連接的諸數(shù)據(jù)點(diǎn)形成一條略成鋸齒狀的大體上平直的線。在圖4-圖6中穿過(guò)一些實(shí)心方塊形成的虛線是5MHz下的BP，而穿過(guò)一些空心方塊形成的虛線是30MHz下的BP。與此類似，在這些圖中穿過(guò)一些實(shí)心方塊形成的實(shí)線是5MHz下的VBP，而穿過(guò)一些空心方塊形成的實(shí)線是30MHz下的VBP。
注意BP與VBP之間Stern-Volmer斜率的差別，它反映了這兩種染料τo的差別。相應(yīng)地，5MHz相位和解調(diào)線對(duì)兩種染料來(lái)說(shuō)是彎曲的并且是不平行的，這符合一般表達(dá)式tanθ＝ωτ和M＝(1＋ω2τ2)-1/2，式中τ由Stern—Volmer方程式τo/τ＝1＋kqτo[O2]來(lái)定義。此5MHz頻率數(shù)據(jù)表示該儀器按先有技術(shù)中公知的常規(guī)方式工作。對(duì)于VBP來(lái)說(shuō)，在40至100mm汞柱的O2分壓的臨床范圍為，ωτo＝1.1，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝0.72至1.27而kqτo[Q]＝0.85至2.56。對(duì)于BP來(lái)說(shuō)，ωτo＝2.9，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝2.47至3.75而kqτo[Q]＝2.27～6.81。
在30MHz下該儀器工作在式1中提出的關(guān)系之下。對(duì)于VBP來(lái)說(shuō)，ωτo＝6.6，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝16.3至8.2而kqτo[Q]＝0.85至2.56。對(duì)于BP來(lái)說(shuō)，ωτo＝17.4，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝56.4至24.2而kqτo[Q]＝2.27至6.81。相應(yīng)的校準(zhǔn)線基本上是線性的和平行的，與τo的不同無(wú)關(guān)。
相位移和解調(diào)因數(shù)與τo，akq和[O2]的關(guān)系如下θ＝tan-1(2πfτ)＝tan-1(2πfτo/(1＋akqτo[O2]))；和m＝[1＋(2πfτ)2]-1/2＝[1＋(2πfτo/(1＋akqτo[O2]))2]-1/2對(duì)Po2取θ或m的一階導(dǎo)數(shù)，可得到一般表達(dá)式dθ/dPO2＝-ωτo2akq/{1＋2akqτoPo2＋(akqτoPo2)2＋(ωτo)2}dm/dPo2＝ω2τo3akq/{1＋2akqτoPo2＋(akqτoPo2)2＋(ωτo)2}3/2。當(dāng)滿足式1的條件時(shí)，這兩個(gè)表達(dá)式均變成與τo無(wú)關(guān)的dθ/dPo2≈-ωakq/{(akqPo2)2＋(ω)2}dm/dPo2≈ω2akq/{(akqPo2)2＋(ω)2}3/2此外，如果ω＞＞akqPo2，則dθ/dPo2-akq/ω而dm/dpo2≈akq/ω。在此場(chǎng)合，得到對(duì)Po2的線性關(guān)系。在30MHz下的平行線表明，對(duì)于兩種染料來(lái)說(shuō)，kq是相同的。注意對(duì)于VBP來(lái)說(shuō)ωτo僅為6.6，引起VBP線在低于40—120mm貢柱的生理范圍(即感興趣的范圍)的低O2分壓下偏離線性平行特性的區(qū)域中，在此區(qū)域中，曲線是線性的，其中θ≈[π/2－1/ωτo－akqPo2/ω]和m≈[1/ωτo＋akqPo2/ω]并明確地確定截距與τo的關(guān)系。
已發(fā)現(xiàn)針對(duì)該兩種染料的50∶50混合物的30MHz校準(zhǔn)線是線性的，并將其示于圖7，其斜率與純組分的斜率類似而截距在兩純組分的截距之間。圖7中所用的約定與圖4至圖6中的相同。此外，穿過(guò)諸實(shí)心方塊形成的雙點(diǎn)劃線是5MHz下的該混合物，而穿過(guò)諸空心方塊形成的雙點(diǎn)劃線是30MHz下的該混合物。
如果93nsec和35nsec壽命指示劑的一種混合物存在于同一傳感器中，并且不發(fā)生特定的相互反應(yīng)，則測(cè)得的相位移和解調(diào)因數(shù)可以針對(duì)各個(gè)組分用相位角定義如下tan<θ>＝N/D；m＝[N2＋D2]1/2；N＝∑fisinθicosθi；D＝∑ficos2θi；andfi＝(aiIi/Ioi)/(∑aiIoi)；式中θi是針對(duì)各個(gè)熒光團(tuán)組分的相位移；fi是每種熒光團(tuán)與氧氣有關(guān)的對(duì)測(cè)得的總熒光的貢獻(xiàn)；而αi是每種熒光團(tuán)在沒(méi)有抑制劑Q的情況下對(duì)測(cè)得的總熒光的貢獻(xiàn)。
在5MHz的較低工作頻率下，該混合物產(chǎn)生一些顯著地偏離針對(duì)純組分者的校準(zhǔn)斜率，而在30MHz的較高工作頻率下，斜率的偏離就不大明顯了。為了保持±3mm的準(zhǔn)確度，并假定在100mm下的單點(diǎn)式重新校準(zhǔn)，大約5％的斜率精度是必要的。
針對(duì)BP、VPB及BP與VBP的50∶50混合物的稀已烷溶液，在5MHz和20MHz的工作頻率下測(cè)得的相位移圖示于圖8中。穿過(guò)諸實(shí)心方塊形成的線表示5MHz的數(shù)據(jù)。穿過(guò)諸空心方塊形成的線表示20MHz的數(shù)據(jù)。在20MHz下該儀器基本上工作在式1中提出的條件之內(nèi)。對(duì)于在20MHz下的VBP來(lái)說(shuō)，ωτo＝4.4，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝7.4至4.2而kqτo[Q]＝0.85至2.56。對(duì)于在20MHz下的BP來(lái)說(shuō)，ωτo＝11.7，[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝25.6至12.5而kqτo[Q]＝2.27至6.81。雖然不是線性的，但是所有曲線均有相同的諸斜率。
例2采用上面例1中所述的儀表和VBP與BP指示物溶液，并暴露于如例1中所述的氮中加氧混合氣體，在從5至125MHz的若干個(gè)調(diào)制頻率下運(yùn)用多諧Fourier(MHF)并行采集測(cè)定了作為O2分壓函數(shù)的相位移。靠插值確定了將在每種氧氣濃度下給出恒定的相位移的諸調(diào)制頻率。圖9是頻率對(duì)氧氣濃度的曲線圖(即調(diào)制頻率模式3)，而且對(duì)于純組分和對(duì)于該混合物均表現(xiàn)出線性特性。
例3用于此例中的敏感元件包括覆蓋著2×10-5M 1，3-雙(1-芘基)丙烷(一種分子內(nèi)激發(fā)物形成分子)的二甲基硅氧烷薄膜。該薄膜制備如下在0.50g的乙烯終止的硅氧烷(Petrarch Systems以商品名PS441出售)中加入0.05g的聚甲基氫硅氧烷(可從Petrarch Sys-tems以商品名PS123買到)，0.50ml的1，3-雙-(1-芘基)丙烷(可從Molecular Prober買到)的9×10-5M CHzCl2溶液，以及10ml的Pt催化劑溶液。該樣品在空氣中，然后在真空中干燥。用于這些制備的該P(yáng)t催化劑溶液是一種Karsted催化劑在已烷中的溶液。
采用帶單頻率采集的SLM48000頻域熒光計(jì)，用此敏感元件，按相位調(diào)制模式1進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。把該敏感薄膜放置在一個(gè)恒溫光學(xué)隔離腔中，該腔配備有供共線激勵(lì)和發(fā)射光纖用的通口和供快速排氣用的一些通口。該光纖通口布置成使纖維遠(yuǎn)端設(shè)置成與該薄膜表面成45°角地激勵(lì)和發(fā)射收集，以便使散射減至最小。用由一個(gè)HeCd激光器提供的單色激光以325nm來(lái)激勵(lì)該薄膜。用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單色儀串行地選擇激發(fā)物發(fā)射500nm和單體發(fā)射375nm的發(fā)射波長(zhǎng)。該傳感器薄膜暴露于具有以下配方的氮中加氧混合氣體(體積％氧氣＝0.0，5.09，10.35，18.37)。
根據(jù)在1、3、5、10、20、30和50MHz下的單頻率測(cè)量，得到針對(duì)單體發(fā)射和激發(fā)物發(fā)射的相位移，并比照作為外部基準(zhǔn)的針對(duì)Me2POPOP的相位移。單體發(fā)射與激發(fā)物發(fā)射之間的相位差作為％O2和調(diào)制頻率的函數(shù)示于表3a中。
表3aΔθ＝θexcimer－θmonomer對(duì)于O2傳感器％O2調(diào)制頻率(MHz)1 3 5 10 20 30 500.0 19.146.059.974.0 81.8 84.5 86.75.09 14.838.452.869.3 79.3 82.8 85.710.3511.731.946.064.3 76.4 80.9 84.515.3710.027.841.360.7 74.1 79.3 83.5用0.0％O2下的相位移差和關(guān)系式tan(Δθ)＝ωτ，算出描繪發(fā)射物脈沖響應(yīng)函數(shù)的τo約為55nsec而與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)(見下面表3b)。
表3b調(diào)制頻率(MHz) τoKsv*akq**1 55.18.31 1.513 54.98.27 1.515 54.98.28 1.511055.58.31 1.502055.28.41 1.523055.18.27 1.505055.28.36 1.51
*＂Ksv＂＝tan(Δθ)o/tan(Δθ)對(duì)氧氣分壓mm的斜率。
所報(bào)告斜率的單位是mm-1×103。
**＂akq＂由Ksv/τo確定，報(bào)告的單位是mm-1sec-1×10-5發(fā)射物形成系統(tǒng)的這些屬性導(dǎo)致基于相位移差的平滑的Stern－Volmer抑制特性。這針對(duì)在1MHz調(diào)制頻率下收集的數(shù)據(jù)示于圖10中。該Stern－Volmer關(guān)系式為τo/τ＝1＋akqτoPo2＝tan(Δθ)o/tan(Δθ)，式中kq是雙分子抑制率常數(shù)，a是氧氣在硅氧烷中的溶解度，而Po2是被檢測(cè)介質(zhì)中的氧氣分壓力。針對(duì)每個(gè)調(diào)制頻率確定了Stern－Volmer斜率Ksv＝akqτo(表3b)。根據(jù)Ksv和τo值，確定量akq約為1.51×105mm-1sec-1。下面用此量在高調(diào)制頻率下估算Δθ對(duì)O2校準(zhǔn)線的特性。
在圖11中，針對(duì)3MHz和20MHz的調(diào)制頻率，作為O2分壓力的函數(shù)示出相位移差Δθ。穿過(guò)諸實(shí)心方塊形成的3MHz相位線是彎曲的，符合一般表達(dá)式tanΔθ＝ωτ＝ωτo/(1＋kqτoapo2)。τo的變異將導(dǎo)致一族不平行的曲線。此3MHz頻率說(shuō)明超出式1條件的傳感器工作。對(duì)于在3MHz和Po2＝40至120mm的此指示劑組分來(lái)說(shuō)，ωτo＝1.04；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝0.71至0.69；而kqτo[Q]＝0.33至1.00。
在20MHz下，穿過(guò)諸空心方塊形成的對(duì)應(yīng)曲線是線性的。在此頻率下，ωτo＝6.91；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝28.8至16.3；而kqτo[Q]＝0.33至1.00。像例1中那樣，Δθ≈[(π/2)－(1/ωτo)－(akqPo2/ω)。于是該斜率與τo的變異無(wú)關(guān)，不像Stern-Volmer斜率那樣。用得自上面的akq＝1.51×105mm-1sec-1，算出一個(gè)理論斜率akq/ω＝-0.0688 deg/mm，此理論斜率與-0.0686deg/mm的實(shí)驗(yàn)斜率相當(dāng)好地吻合，于是在頻率上限證實(shí)了該方程式的形式。在20、30和50MHz下的校準(zhǔn)斜率的對(duì)比，證實(shí)了斜率對(duì)調(diào)制頻率的反逆關(guān)系數(shù)。
例4圖12是針對(duì)在硅橡膠母體中的苯并[g，h，i]芘(BP；τo＝93nsec)和乙烯基苯并[g，h，i]芘(VBP；τo＝35nsec)單體指示劑組分，及這些單體指示劑組分的50∶50混合物的若干組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的圖解。這些仿真基于用實(shí)驗(yàn)方法得出的τo值(得自例1)和akq值(得自例3＝1.5×105mm-1sec-1)。用在3MHz下調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)時(shí)，對(duì)于35nsec指示劑組分ωτo≈0.66而對(duì)于93 nsec指示劑組分ωτo≈1.76。每組數(shù)據(jù)描繪測(cè)得的相位移θ與氧氣濃度(分壓)之間的一種校準(zhǔn)關(guān)系。圖13是針對(duì)相同的傳感器按相位調(diào)制模式2(解調(diào)因數(shù)m作為氧氣濃度函數(shù))的各組仿真校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的圖形表達(dá)。當(dāng)使用常規(guī)的調(diào)制頻率(即ωτ≈1)時(shí)，針對(duì)這三種傳感器的作為氧氣分壓函數(shù)的相位移和解調(diào)因數(shù)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)線，表現(xiàn)出分別如圖12和圖13中所示的很差的特性(例如，可變的斜率和截距)。在這些場(chǎng)合，對(duì)于τo＝93nsec的傳感器，調(diào)制頻率選為3MHz，以便在生理相關(guān)的氧氣分壓的中點(diǎn)(90mm W2)處提供最高的校準(zhǔn)精度。然而，在較高的調(diào)制頻率下(圖12和圖13中所示的20MHz數(shù)據(jù))，這些校準(zhǔn)線的斜率變成與τo變化性和τo多重性無(wú)關(guān)。
例5Wolfbeis的書較詳細(xì)地討論了一種常見的氧氣傳感器配置，其中一種多環(huán)芳香烴(PAH)分散于或共價(jià)粘合于硅橡膠。在此材料中，氧氣溶解項(xiàng)a與控制擴(kuò)散的雙分子抑制率常數(shù)kq之積約為1.5×105mm-1sec-1。對(duì)于在這樣一種敏感元件中的典型PAH熒光團(tuán)來(lái)說(shuō)，受激狀態(tài)壽命一般從τo＝20變化到100nsec，導(dǎo)致K＝akqτo＝0.003至0.015mm-1的Stern-Volmer校準(zhǔn)斜率。圖14表示針對(duì)上面剛剛描述的氧氣傳感元件的熒光壽命對(duì)氧氣分壓的Stern-Volmer曲線，其中τo＝35或93 nsec。在此場(chǎng)合，氧氣在聚合母體中的溶解度和擴(kuò)散率是這樣的，以致該傳感器在感興趣的整個(gè)分析物濃度范圍內(nèi)給出良好的響應(yīng)靈敏度。對(duì)于更長(zhǎng)壽命的染料或者對(duì)于其中氧氣溶解度和擴(kuò)散率大得多的聚合母體基質(zhì)來(lái)說(shuō)，Stern-Volmer抑制常數(shù)可能變得過(guò)高。例如，圖15表示把a(bǔ)kq從1.5×105mm-1sec-1到9.5×105mm-1sec-1提高6.3倍(例如，通過(guò)把PAH指示物組分分散在一種不同的母體中)的影響。具體地說(shuō)，圖15針對(duì)τo＝93nsec表示此影響。如果Stern-Volmer抑制常數(shù)變得過(guò)高，則在40至120mm汞柱的臨床范圍內(nèi)振幅靈敏度降低。為了根據(jù)常規(guī)做法克服這種降低了的靈敏度，即如Mauze所傳授的，可以改變熒光團(tuán)或母體聚合物的性質(zhì)，以降低τo、a或kq。通過(guò)改變?cè)撁舾性幕瘜W(xué)配方，可以降低Stern-Volmer抑制常數(shù)，以便在感興趣的分析物濃度范圍之內(nèi)實(shí)現(xiàn)更想要的靈敏度。
在常規(guī)做法不同，在此例中表示了高Stern-Volmer抑制常數(shù)與高調(diào)制頻率的結(jié)合，以提供一些保持分析物靈敏度并且與τo多重性無(wú)關(guān)的校準(zhǔn)斜率。圖16和圖17是針對(duì)上面例1中所述的VBP(τo＝35nsec)和BP(τo＝93nsec)單體指示劑組分，并針對(duì)這兩種單體指示劑組分的50∶50混合物，算出的相位移和解調(diào)因數(shù)(分別)對(duì)氧氣分壓的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的圖形表達(dá)。與常規(guī)做法不同，通過(guò)提高氧氣溶解度和擴(kuò)散率，已經(jīng)提高了Stern-Volmer抑制常數(shù)，致使akq＝9.5×105mm-1sec-1。雖然圖16和圖17是用根據(jù)例1中所述的測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真，但是例如通過(guò)把VBP和BP單體指示劑組分分散于三甲基硅烷乙烯母體，能夠?qū)崿F(xiàn)近似地具有此akq值的敏感元件。還與常規(guī)做法不同，通過(guò)把調(diào)制頻率從3MHz改為45MHz，乘積ωτo也可觀地提高。因而在圖16和圖17中所示的整個(gè)生理學(xué)相關(guān)的氧氣分壓力范圍力，滿足式1中提出的條件。對(duì)于此傳感器中的VBP和在40至120mm的生理學(xué)范圍內(nèi)ωτo＝9.9；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝27.2至12.7；而kqτo[Q]＝1.33至4.00。對(duì)于BPωτo＝26.3；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝87.3至36.2；而kqτo[Q]＝3.53至10.60。
例6此例子也是基于針對(duì)上面例4中所述的VBP、BP和50∶50混合物指示組分的計(jì)算的仿真，再次在具仍諸如akq＝1.5×105mm-1sec-1的氧氣溶解度和擴(kuò)散率的硅氧烷母體中。這些指示劑組分在硅氧烷中的分散將具有這些特性。如果令調(diào)制頻率這樣變化，即相位移在Δθ＝20°、45°和60°處保持恒定(相位調(diào)制模式3)，則得到圖18所示類型的校準(zhǔn)線。根據(jù)下面針對(duì)由單個(gè)τo描繪的一個(gè)個(gè)別熒光團(tuán)得出的校準(zhǔn)關(guān)系，f＝(tanθ/2π)[1/τo＋akqPo2]。
對(duì)于有一個(gè)τo的個(gè)別熒光團(tuán)來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)線是線性的，而且校準(zhǔn)斜率變成與τo無(wú)關(guān)，僅與母體關(guān)聯(lián)常數(shù)akq有關(guān)。在圖18中，分別用線A和E表示針對(duì)具有τo＝35nsec和τo＝93nsec的單個(gè)熒光團(tuán)的敏感元件的校準(zhǔn)線，表現(xiàn)出相同的斜率。如果可以做出保證，即一個(gè)敏2感元件不表現(xiàn)出τo的雙峰分布，則可以假定線性和恒定校準(zhǔn)斜率，并可確定單點(diǎn)式校準(zhǔn)法。然而，在許多場(chǎng)合，為了充分描述這些敏感元件的熒光壽命特性，需要一個(gè)以上的τo。在這些場(chǎng)合，斜率和截距二者均變化。然而，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)達(dá)到足夠的相位移，諸斜率變成與多重性無(wú)關(guān)，并且可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)式校準(zhǔn)。例如，圖18針對(duì)兩種互不反應(yīng)的熒光團(tuán)，一種τo1＝35nsec而另一種τo2＝93nsec，的50∶50混合物表示出結(jié)果。線B針對(duì)80°相位移，線C針對(duì)45°相位移；而線D針對(duì)20°的相位移。隨著相位移從20°變到45°變到80°，針對(duì)混合物的校準(zhǔn)斜率變得越來(lái)越線性，而且諸斜率接近于純組分。在θ＝45°時(shí)，校準(zhǔn)斜率與針對(duì)純組分得到者差10％。在θ＝80°時(shí)，針對(duì)混合物的校準(zhǔn)斜率是線性的并具有與純組分相同的斜率。此相位移充分保證高調(diào)制頻率，致使對(duì)于感興趣的所有氧氣濃度來(lái)說(shuō)均滿足式1中提出的工作條件。對(duì)于此傳感器中的VBP和在40至120mm的生物學(xué)范圍內(nèi)ωτo≥5.9；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝24.8至343；而Kqτo[Q]＝0.211至0.634；對(duì)于BPωτo≥15.8；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝117至126；而kqτo[Q]＝0.56至1.69。
注意，在圖18中，縱坐標(biāo)題為“歸一化頻率(MHz)”。對(duì)于具有一個(gè)τo的個(gè)別熒光團(tuán)來(lái)說(shuō)，tanθ＝2πfτ＝(2πfτo)/(1＋akqτo[O2])針對(duì)f求解，得到f＝((1＋akqτo[O2])/(2πτo))tanθ用量2π/tanθ遍乘以上等式兩端，得到2πf/tanθ＝1/τo＋akq[O2]此后一方程式即為Stern-Volmer形式，其中歸一化頻率2πf/tanθ等于1/τ。于是，對(duì)于純組分來(lái)說(shuō)，歸一化頻率2πf/tanθ等于1/τ。
例7按與上面例6中所述類似的方式，如果令調(diào)制頻率這樣變化，即解調(diào)因數(shù)保持恒定(相位調(diào)制模式4)，則得到圖19中所示類型的校準(zhǔn)線。對(duì)于由一個(gè)τo描繪的個(gè)別發(fā)色團(tuán)來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)關(guān)系為f＝((1/m)2－1)1/2[1/τo＋akqPo2]。如圖19中所示，隨著解調(diào)因數(shù)從0.9(線H)變到0.1(線G)，針對(duì)混合物的校準(zhǔn)斜率變得越來(lái)越線性而且斜率接近于針對(duì)純組分者(線F和I)。在m＝0.1時(shí)，混合物的校準(zhǔn)斜率近似為線性并且近似有與純組分相同的斜率。此解調(diào)因數(shù)保證足夠高的調(diào)制頻率，致使對(duì)于感興趣的所有氧氣濃度來(lái)說(shuō)均滿足式1中提出的工作條件。
注意，在圖19中“歸一化頻率(MHz)”可以類似地得出(像對(duì)圖18做的那樣)并且對(duì)于純組分來(lái)說(shuō)等于(2πf)/((1/m2)－1)1/2。
例8圖20和圖21分別是45°的恒定相位移下的頻率(模式3)和10MHz的恒定調(diào)制頻率下的相位移(模式4)的校準(zhǔn)線，作為氧氣分壓的函數(shù)，針對(duì)具有350nsec和930nsec壽命的染料，和這些染料的50∶50混合物。圖20和圖21中所示的數(shù)據(jù)線是靠根據(jù)染料在akq＝7.1×105mm-1sec-1的母體中的假設(shè)的計(jì)算進(jìn)行的仿真。在Mauze等人的美國(guó)專利5,057,277中基本上公開的類型的釕染料可以被弄成具有這種比較長(zhǎng)的壽命。這種染料能分散于三甲基硅烷乙烯母體，以實(shí)現(xiàn)大約7.1×105mm-1sec-1的akq。對(duì)于350nsec染料ωτo＝22.0；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝27.91至22.65；而kqτo[Q]＝9.94至29.82。對(duì)930 nsec染料ωτo＝58.4；[[(kq[Q])2＋ω2]τo2]/[1＋2kqτo[Q]]＝76.3至60.8；而kqτo[Q]＝26.4至79.2。此例子說(shuō)明敏感元件在式1的條件之內(nèi)工作。用這種較長(zhǎng)壽命的染料時(shí)，校準(zhǔn)關(guān)系的截距像斜率那樣與τo變化性無(wú)關(guān)。通過(guò)采用在更高擴(kuò)散率母體中的更長(zhǎng)壽命的染料，可以得到甚至更高的截距與τo變化性的無(wú)關(guān)性。
圖22是作為量ωτo和koτo[Q]的函數(shù)的校準(zhǔn)斜率(40mm汞柱下每mm氧氣分壓的相位移°)的三維圖解。此圖形沿Z軸截成平面以表示一個(gè)最佳工作區(qū)，在那里對(duì)于大于τoL的所有τo來(lái)說(shuō)校準(zhǔn)曲線的截距均與τo無(wú)關(guān)；在那里對(duì)于大于τoL的所有τo來(lái)說(shuō)校準(zhǔn)曲線的斜率均與τo無(wú)關(guān)(即滿足式1)；而且在那里校準(zhǔn)斜率是大的。當(dāng)1/τ＞＞1/τo時(shí)，或者更定量地說(shuō)，當(dāng)1/τ＞10(1/τo)時(shí)，校準(zhǔn)曲線的截距變成與τo變化性無(wú)關(guān)。當(dāng)kqτo[Q]＞9時(shí)滿足此條件。
結(jié)論式1中提出的工作條件保證了非常規(guī)地高的，不適合于受激態(tài)壽命的準(zhǔn)確測(cè)量的調(diào)制頻率的采用。然而，避免直接測(cè)定該壽命，如相位調(diào)制模式1-4所示，這種調(diào)制頻率使得可以用敏感元件，其中Stern-Volmer抑制常數(shù)對(duì)常規(guī)做法來(lái)說(shuō)被認(rèn)為是過(guò)高的，進(jìn)行準(zhǔn)確的分析物濃度測(cè)量。此外，通過(guò)工作在式1中提出的條件之下，可以使校準(zhǔn)斜率及斜率和截距與τo多重性無(wú)關(guān)。
雖然已經(jīng)對(duì)照最佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本專業(yè)的技術(shù)人員將會(huì)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改進(jìn)而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)檢測(cè)在介質(zhì)中的一種分析物濃度的方法，該方法包括以下步驟把一個(gè)敏感元件暴露于所述介質(zhì)，所述敏感元件包括一種配置成暴露于一種抑制劑的發(fā)射指示劑，所述抑制劑包含所述分析物或一種按已知關(guān)系與所述分析物相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)，而且其中所述發(fā)射指示劑具有一個(gè)針對(duì)所述抑制劑的雙分子抑制率常數(shù)kq和一個(gè)或多個(gè)大于最低壽命τOL的熒光壽命τO；把所述敏感元件暴露于一個(gè)角頻率ω下的激勵(lì)信號(hào)，借此使所述敏感元件發(fā)射一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)或一些具有一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的參數(shù)的信號(hào)，該參數(shù)作為分析濃度的函數(shù)而變化；探測(cè)所述(諸)發(fā)射信號(hào)并提供(諸)探測(cè)信號(hào)；單變地處理至少一個(gè)所述諸探測(cè)信號(hào)以得出該與濃度有關(guān)的參數(shù)，借此測(cè)定在所述介質(zhì)中所述分析物的濃度，其中所述敏感元件和/或所述激勵(lì)信號(hào)這樣配置，以便提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均大于4倍的量{1＋2kqτo[Q]}，這里[Q]是所述敏感元件中所述抑制劑的濃度。
2.一種用來(lái)檢測(cè)在介質(zhì)中的一種分析物濃度的方法，該方法包括以下步驟把一個(gè)敏感元件暴露于所述介質(zhì)，所述敏感元件包括一種母體材料和一種發(fā)射指示劑，其中所述母體材料對(duì)于包含所述分析物或一種按已知的關(guān)系與所述分析物相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的一種抑制劑來(lái)說(shuō)是可滲透的，而且其中所述發(fā)射指示劑具有一個(gè)針對(duì)所述抑制劑的雙分子抑制率常數(shù)kq和一個(gè)或多個(gè)大于最低壽命τOL的熒光壽命τo；把所述敏感元件暴露于一個(gè)角頻率ω下的第一激勵(lì)信號(hào)，借此使所述敏感元件發(fā)射一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)或一些具有一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的參數(shù)的信號(hào)，該參數(shù)作為分析物濃度的函數(shù)而變化；探測(cè)所述(諸)發(fā)射信號(hào)并提供(諸)探測(cè)信號(hào)；單變地處理至少一個(gè)所述諸探測(cè)信號(hào)以得出該與濃度有關(guān)的參數(shù)，借此測(cè)定在所述介質(zhì)中所述分析物的濃度，其中所述敏感元件和/或所述激勵(lì)信號(hào)這樣配置，以便提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均足夠地大于量{1＋2kqτo[Q]}，以致該與濃度有關(guān)的參數(shù)和抑制劑濃度之間的關(guān)系的斜率與τo變化性無(wú)關(guān)，這里[Q]是所述母體中所述抑制劑的濃度。
3.一種用來(lái)測(cè)量在感興趣的工作范圍之內(nèi)的一種分析物的濃度的儀器，該儀器包括一個(gè)敏感元件，它包括一種母體材料和一種發(fā)射指示劑，其中所述母體材料對(duì)于包含所述分析物或一種按已知的關(guān)系與所述分析物相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的一種抑制劑來(lái)說(shuō)是可滲透的，百且其中所述發(fā)射指示劑具有一個(gè)針對(duì)所述抑制劑的雙分子抑制率常數(shù)kq，一個(gè)或多個(gè)大于最低壽命τOL的熒光壽命τo，并且當(dāng)在有抑制劑的情況下暴露于一個(gè)激勵(lì)信號(hào)時(shí)，能發(fā)射一些具有一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的參數(shù)的信號(hào)，該參數(shù)作為分析物濃度的函數(shù)而變化；一個(gè)耦合于該敏感元件，用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)角頻率ω下提供該激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)系統(tǒng)；一個(gè)耦合于該敏感元件，用來(lái)探測(cè)該(諸)與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)并提供(諸)探測(cè)信號(hào)的探測(cè)器；一個(gè)處理器，該處理器包括一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存描繪分析物濃度和該第一與濃度有關(guān)的參數(shù)之間的關(guān)系的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)器，該處理器用來(lái)單變地處理該(諸)第一探測(cè)信號(hào)以得出該第一與濃度有關(guān)的參數(shù)，并作為該得出的與濃度有關(guān)的參數(shù)和該儲(chǔ)存的校準(zhǔn)信息的函數(shù)，提供代表分析物濃度的(諸)輸出信號(hào)；而且其中該敏感元件和/或激勵(lì)系統(tǒng)配置成使該儀器能足夠地工作在該工作條件之中，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均大于4倍的量{1＋2kqτo[Q]}，這里[Q]是所述母體中所述抑制劑的濃度。
4.一種用來(lái)測(cè)量在感興趣的工作范圍之內(nèi)的一種分析物的濃度的儀器，該儀器包括一個(gè)敏感元件，它包括一種配置成暴露于一種抑制劑的發(fā)射指示劑，所述抑制劑包含所述分析物或一種按已知的關(guān)系與所述分析物相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)，而且其中所述發(fā)射指示劑的特征在于一個(gè)針對(duì)所述抑制劑的雙分子抑制率常數(shù)kq，一個(gè)或多個(gè)大于最低壽命τOL的熒光壽命τo，并且當(dāng)在有抑制劑的情況下暴露于一個(gè)激勵(lì)信號(hào)時(shí)，能發(fā)射一些具有一個(gè)與分析物濃度有關(guān)的參數(shù)的信號(hào)，該參數(shù)作為分析物濃度的函數(shù)而變化；一個(gè)耦合于該敏感元件，用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)角頻率ω下提供該激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)系統(tǒng)；一個(gè)耦合于該敏感元件，用來(lái)探測(cè)該(諸)與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)并提供(諸)探測(cè)信號(hào)的探測(cè)器；一個(gè)處理器，該處理器包括一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存描繪分析物濃度和該與濃度有關(guān)的參數(shù)之間的關(guān)系的校準(zhǔn)信息的存儲(chǔ)器，該處理器用來(lái)單變地處理該(諸)探測(cè)信號(hào)以得出該與濃度有關(guān)的參數(shù)，并作為該得出的與濃度有關(guān)的參數(shù)和該儲(chǔ)存的校準(zhǔn)信息的函數(shù)，提供代表分析物濃度的(諸)輸出信號(hào)；而且其中該敏感元件和/或激勵(lì)系統(tǒng)配置成使該儀器能足夠地工作在該工作條件之中，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均足夠地大于量{1＋2kqτo[Q]}，以致該與濃度有關(guān)的參數(shù)和抑制劑濃度之間的關(guān)系的斜率與τo變化性無(wú)關(guān)，這里[Q]是所述敏感元件中所述抑制劑的濃度。
5.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中該敏感元件和/或激勵(lì)信號(hào)這樣配置，以便提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均大于6倍的量{1＋2kqτo[Q]}，而且其中所述敏感元件還包括一種對(duì)所述抑制劑是可滲透的母體。
6.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中該敏感元件和/或激勵(lì)信號(hào)這樣配置，以便提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的壽命τo來(lái)說(shuō)，量{[(kq[Q])2＋ω2]τo2}均大于10倍的量{1＋2kqτo[Q]}。
7.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述激勵(lì)信號(hào)的該頻率提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量ωτo均大于4，而且其中所述分析物和所述抑制劑是氧氣。
8.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述激勵(lì)信號(hào)的該頻率提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量ωτo均大于6，而且其中所述敏感元件還包括一種對(duì)所述抑制劑是可滲透的母體。
9.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述激勵(lì)信號(hào)的該頻率提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量ωτo均大于10。
10.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中該敏感元件配置成提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量kqτo[Q]均大于10。
11.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中該敏感元件配置成提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量kqτo[Q]均大于15，其中所述敏感元件還包括一種對(duì)所述抑制劑是可滲透的母體，而且其中所述分析物從氧氣、離子化氫和二氧化碳中選取。
12.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中該敏感元件配置成提供一種工作條件，其中對(duì)于感興趣的工作范圍之內(nèi)的所有分析物濃度來(lái)說(shuō)以及對(duì)于大于τOL的所有壽命τo來(lái)說(shuō)，量kqτo[Q]均大于20，而且其中所述分析物和所述抑制劑是氧氣。
13.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述激勵(lì)信號(hào)具有恒定的角頻率ω1而所述敏感元件發(fā)射諸與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)，這些信號(hào)相對(duì)于所述激勵(lì)信號(hào)相位移了△θ1并解調(diào)了一個(gè)解調(diào)因數(shù)m1，而且其中所述處理器單變地處理所述諸探測(cè)信號(hào)，以得出所述發(fā)射信號(hào)與所述激勵(lì)信號(hào)之間的相位移。
14.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述可滲透母體包含一種聚合物，而且其中所述分析物和所述抑制劑是氧氣。
15.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述激勵(lì)信號(hào)由一個(gè)光源產(chǎn)生，該光源從發(fā)光二極管、激光二極管、倍頻激光二極管及固態(tài)光源中選取。
16.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述發(fā)射指示物包括至少兩種單體組分，其中所述單體組分中至少一種是單體指示劑組分，而且其中所述敏感元件，當(dāng)暴露于所述激勵(lì)信號(hào)時(shí)，提供一個(gè)來(lái)自未反應(yīng)第一受激態(tài)的第一發(fā)射信號(hào)和一個(gè)來(lái)自在所述敏感元件中由所述單體組分產(chǎn)生的第二受激態(tài)綜合體的第二發(fā)射信號(hào)，而且其中所述第一和/或第二發(fā)射信號(hào)被單變地處理，以測(cè)定所述分析物的濃度。
17.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述敏感元件配置成工作在一個(gè)動(dòng)脈導(dǎo)管的在線回路之中。
18.任何上述權(quán)利要求的該方法，該方法還包括步驟把所述(諸)探測(cè)信號(hào)與一個(gè)描述該監(jiān)測(cè)參數(shù)和分析物濃度之間關(guān)系的校準(zhǔn)曲線相比較。
19.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述與濃度有關(guān)的參數(shù)是提供一個(gè)恒定的相位移或解調(diào)因數(shù)所需要的該調(diào)制頻率。
20.任何上述權(quán)利要求的該方法或儀器，其中所述分析物從氧氣、離子化氫和二氧化碳中選取。
21.任何上述權(quán)利要求的該儀器，其中所述處理器包括描繪分析物濃度和所述與分析物濃度有關(guān)的諸信號(hào)之一與所述激勵(lì)信號(hào)間的相位移之間的關(guān)系的儲(chǔ)存信息，單變地處理該(諸)探測(cè)信號(hào)以得出所述相位移，并作為所述儲(chǔ)存信息和所述得出相位移的函數(shù)，提供代表分析物濃度的(諸)輸出信號(hào)。
22.任何上述權(quán)利要求的該儀器，其中所述處理器包括描繪分析物濃度和該第一與分析物濃度有關(guān)的信號(hào)與該第二與分析物有關(guān)的信號(hào)間的相位移差之間的關(guān)系的儲(chǔ)存信息，單變地處理該(諸)探測(cè)信號(hào)以得出所述相位移差，并作為所述儲(chǔ)存信息和所述得出相位移差的函數(shù)，提供代表分析物濃度的(諸)輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來(lái)測(cè)量一種分析物的濃度的檢測(cè)儀器和方法。該檢測(cè)儀器包括一個(gè)敏感元件，此敏感元件包括至少一種第一發(fā)射指示物，該發(fā)射指示物的特征在于一個(gè)雙分子抑制率常數(shù)k
文檔編號(hào)A61B5/145GK1133088SQ9419373
公開日1996年10月9日 申請(qǐng)日期1994年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月14日
發(fā)明者詹姆斯·G·本特森 申請(qǐng)人:明尼蘇達(dá)州采礦制造公司