动脉血气分析是监测气体交换和代谢的重要手段,尤其是呼吸衰竭等危重病人及手术麻醉期间。但是传统的血气分析须要间断采集血样,送实验室用血气分析仪分析,检验报告滞后,对于需要长期监测血气的危重病人,则需要反复多次抽血,极为不便,且易发生医源性感染。动脉血气在体实时监测有许多优势：可以实时观察血气变化趋势；有利于快速及时发现病情变化并有助于及时调整治疗方案及减少采血引发的感染及失血。血管内实时血气分析仪通过插入小型化的探头,在体连续监测动脉血气的实时变化,将极大地改善当前危重医学的临床监测能力。本论文工作包括：1)制备以AMPN为荧光载体的pH传感器并检测其体内外应用的性能；2)制备以APN为荧光载体的pH传感器并检测其体内外应用的性能；3)制备以HPTS为敏感指示剂的PCO2传感器并检测其在体内外应用的性能；4)制备PO：传感器并比较了荧光强度检测信号与荧光寿命检测信号的优劣；5)制备pH/PO2双参数传感器并初步检测了它的选择性和准确性。第一部分以AMPN为荧光载体的pH传感器的制备与应用目的：本实验拟合成更稳定的pH特异敏感的荧光载体,并将其固定于光导纤维,制成更稳定的pH传感器,表面修饰改善生物相容性,用于在体血管内血液酸碱度测量。方法：以多聚甲醛和丙烯胺等为原料合成AMPN。然后以热聚合法将AMPN共价聚合于表面硅烷化的光导纤维上。最后涂覆BMA与MPC的聚合液。将此荧光光纤探头连接LED光源和光谱仪,组成实时荧光检测系统。将光纤探头浸泡于各种缓冲液中分别记录相应的荧光强度,依据线性方程式计算pH值。将探头插入家兔颈动脉侧支旁路中,实时检测家兔血液酸碱水平。结果：当此传感器被395nm光激发时发出510nm波长的荧光。在pH6.8-8之间,此传感器的荧光强度随溶液碱化而降低,两者间有较好的线性关系,且有较好的可逆性、可重复性、特异选择性,72小时内持续稳定,保存寿命可达1年之久。家兔在体实时检测数据显示,当动脉血液pH在6.9-7.6间,荧光强度与血液pH值之间呈线性关系,线性回归和Bland-Altman点图分析显示,传感器测得的pH值与血气分析仪测得的pH值相比具有高度的一致性。结论：以AMPN为荧光载体的pH传感器可以实时监测动脉血液酸碱水平的动态变化,具有稳定、准确、快速、实时的特点。第二部分以APN为荧光载体的pH传感器的制备与应用目的：本实验合成对pH特异敏感的荧光指示剂,并将其固定于光导纤维,制成特异灵敏的pH传感器,表面修饰改善生物相容性,用于在体血管内血液酸碱度测量。方法：以4-溴-1,8-萘二甲酸酐和无水磷酸哌嗪等为原料合成APN。将酸处理过的光导纤维浸泡在Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中使之表面硅烷化。然后以热聚合法将APN共价聚合于表面硅烷化的光导纤维上。最后涂覆BMA与MPC的聚合液。将此荧光光纤探头连接LED光源和光谱仪,组成实时荧光检测系统。将光纤探头浸泡于各种缓冲液中分别记录相应的荧光强度,依据线性方程式计算缓冲液的酸碱水平。将探头插入酸碱紊乱家兔颈动脉侧支旁路中,实时检测家兔血液酸碱水平。结果：当此传感器被395nm光激发时发出518nnm波长的荧光。在pH6-8之间,此传感器的荧光强度随溶液碱化而降低,两者间有较好的线性关系,且有较好的可逆性、可重复性、特异选择性,至少15个小时内稳定性。家兔在体实时检测数据显示,当动脉血液pH在7.1-7.6间,荧光强度与血液pH值之间呈线性关系,线性回归和Bland-Altman点图分析显示,传感器测得的pH值与血气分析仪测得的pH值相比具有高度的一致性。结论：以APN为荧光载体的pH传感器可以实时监测动脉血液酸碱水平的动态变化,具有准确、快速、实时的特点。第三部分PCO2传感器的制备与应用目的：本实验拟制备PCO2特异敏感的光学传感器,经表面修饰改善生物相容性,用于在体血管内血液PCO2测量。方法：将亲水的酸敏感染料HPTS包埋于疏水透气的硅凝胶中,再涂布于光纤末端形成敏感探头。最后BMA与MPC的聚合液。将此荧光光纤探头连接LED光源和光谱仪,组成实时荧光检测系统。将光纤探头浸泡于CO2标准缓冲液中分别记录相应的荧光强度,计算得线性方程式。将探头插入家兔颈动脉体外侧支旁路中,实时检测家兔PCO2水平。结果：当此传感器被480nm光激发时发出520nm波长的荧光。当PCO2在14-150mmHg之间,此传感器的荧光强度随溶液PCO2上升而降低,两者间有较好的线性关系,且有较好的可逆性、可重复性、特异选择性,25小时内持续稳定,密闭保存寿命至少可达3个月。家兔在体实时检测数据显示,当动脉血液PCO216-74mmHg间,荧光强度与血液PCO2之间呈线性关系,Passing-Bablok回归分析和Bland-Altman分析显示,传感器测得的PCO2值与血气分析仪测得的PCO2值相比具有高度的一致性。结论：以HPTS为荧光载体包埋于疏水透气硅凝胶的PCO2传感器可以实时监测动脉血液PCO2水平的动态变化。第四部分制备PO2传感器目的：本实验拟制备P02敏感的光学传感器,对比观察荧光寿命与荧光强度为检测信号的优劣。方法：将Ru(dpp)3(PF6)包埋于BMA与MPC的聚合物中,粘接于光纤末梢,形成PO2敏感的探头。连接LED光源和光谱仪,组成实时荧光强度检测系统或者连接荧光相位仪,组成实时荧光寿命检测系统。将传感器探头暴露于不同PO2的林格氏液,同时记录荧光强度或荧光寿命的变化并且对比二种检测信号在持续应用中的稳定性。结果：PO2敏感的光学传感器在460nm波长光源激发后发射强度峰为615nm波长的红色荧光。当PO2在0-150mmHg范围时,传感器的荧光强度和荧光寿命均随溶液PO2上升而降低,两者间有较好的线性关系。荧光寿命信号在持续25小时的连续应用中保持更好的稳定性。结论：PO：敏感的光学传感器以荧光寿命为检测信号时具有更好的稳定性和准确性。第五部分制备pH/PO2双参数传感器目的：本实验拟制备pH/PO双参数传感器,一根光纤同时传输二种信号,使多参数探头小型化。方法：在pH传感器探头的近端再涂布P02敏感膜,制成双参数传感器的探头。以单波长光源激发,分别记录518nm和615nm波长处的光强度。分别检测双参数传感器在pH6或8、100%N2或O2环境中pH/PO2双参数信号的准确性和特异性。结果：以400nm波长光激发,探头可同时发射红、绿双色荧光。当溶液pH或P02分别或同时改变时,双信号均能准确测量相应参数,两个信号之间几乎没有相互干扰。结论：pH/PO2双参数传感器可以同时检测pH/P02双参数。