一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料的製作方法
2023-07-30 22:46:51
專利名稱：一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物醫學材料，特別是涉及一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料。
背景技術：
EPR(Electronic Paramagnetic Resonance)生物影像技術是八十年代以來在美國迅速發展起來的生物醫學檢測技術。由於EPR(L-Band)與NMR(核磁共振技術)的使用頻率相近，故可用於生物體的測量。它是利用檢測生物體組織中的氧自由基，並轉化為生物氧壓，通過物理方法和計算機影像技術，來形成一維，二維，三維以及四維圖形(類似於核磁共振)；其二，該傳感器可以直接注射至生物體的各種組織周圍或內部，形成對組織的包覆，由組織氧壓的變化來評判這些組織屬正常或不正常(即陰性或陽性)；其三，該方法的使用成本僅為核磁共振檢測的10％，因此具有很大的發展前景。目前美國已有檢測人體局部部位的EPR生物影像儀在臨床上使用，但局限性很大，其主要原因是受材料EPR信號敏感性的限制。
國外這一類材料的研究主要集中在美國的Dartouth Medical School(DMS)，University of Illinois和比利時的魯汶大學，其中主要的一些材料均由DMS開發應用，如Indiaink和LiPc等；而Illinois主要開發碳系材料，如Charcoal；比利時魯汶大學亦對Charcoal等材料進行研究過，但進展比較緩慢，本發明人有幸參加了魯汶大學的研究工作，經過大量的試驗，獨立觀察到Tattoo ink和碳黑均具有較好的性能，如較好的氧敏感性和EPR敏感性，但這些材料離實用仍有一定距離，如穩定性不理想，與傳感器密切相關的問題仍未搞清楚，都需要進一步研究。
DMS曾於八十年代末期發展了數種既對氧敏感又對EPR信號敏感的材料，如哌啶，噁唑烷類化合物等，但這些化合物在體內極不穩定，而且EPR信號減弱很快，故亦無實用價值，隨後他們回到了目前唯一正在臨床使用的Charcoal材料研究，它被公認為敏感且毒性小，但在人體內的穩定性仍不好，而且受各種外界的影響較大，氧敏感性下降很快的原因至今仍未明了。為此，美國健康研究院(National Institute of Health，NIH)建立了專項研究課題(Grant No.GM51630)對相關的材料加以研究，希望發現新型的氧敏感順磁材料。本發明人亦有幸參加了該項目的部分工作，並通過深入研究發現，課題研究主要受制於1、缺少必要的材料和方法可供選擇。2、缺少對該類材料的物理和化學及在生物應用領域的了解。3、缺少對材料的氧敏感性和EPR之間關係的了解，而這些信息對生物醫學傳感器來說非常重要。
美國專利5706805(Jan.13，1998)中公開了一種印度墨水作為生物系統中氧壓的傳感器材料，它在生物系統中EPR的波譜被用來測定氧氣的濃度，可惜該種材料由於生物相容性問題，亦只能用在生物體表面的測定。
總之，現有公開的氧敏感順磁性材料，均受到穩定性、生物相容性和EPR信號敏感性等問題的限制，故至今人們還未找到一種理想的可用於生物體內EPR生物影像技術測定的生物醫學傳感器材料，因此研究選擇新的材料就顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料，它不僅具有優良的氧敏感性和EPR敏感性，而且具有良好的生物相容性，可滿足EPR生物影像技術測定的要求。
本發明的構想是這樣的利用發明人所在團隊具有精細化工的合成技術、生物技術、醫學臨床應用技術等多方面的綜合優勢，以及一定的工作經驗，借鑑了現有技術但不囿於現有技術，獨闢蹊徑地去探索一類新的順磁性材料。首先籍助精細化工合成技術、生物技術將這類材料合成加工成粒度小於微米級的生物醫學傳感材料，然後籍助電子順磁共振儀測定這些材料在生物系統中的EPR波譜與氧濃度的關係，取它們的半波值(Lw)與氧濃度關係作為篩選材料的氧敏感性與EPR敏感性的依據，如半波值與氧濃度之間存在線性關係則被優選考慮。此外，在選擇材料時還必須優先考慮哪些已被實踐證明具有生物相容性的材料，這樣可以減少生物試驗的周期。最後再通過動物試驗和EPR技術監測，從而比較科學地評判所選材料的氧敏感性，EPR敏感性和生物相容性。
本發明亦是這樣實現的發明人通過文獻檢索，如Jon.Tokkyo Koho JP61130220，1986，以及應用化學第15卷第2期1998年4月和第3期1998年6月尋找相關材料，發現與葉綠素相似的卟啉類化合物對生物組織具有良好的相容性，對氧自由基具有明顯的清除作用，對人紅細胞內血紅蛋白具有一定的保護作用，並具有一定的抗癌性，引起了發明人的高度興趣，因此在實驗室內參照上述文獻進行了卟啉類化合物的合成，並根據EPR敏感性的需要加工成粒度小於微米級的材料，通過對常規的卟啉類化合物在不同含氧量下的電子順磁共振波譜測試，判斷材料的氧敏感性和EPR的敏感性，選擇波譜中Lw(mT)與氧濃度具有線形關係的材料作為本發明的優選條件。再經動物試驗，證明該類順磁材料不僅具有優良的生物相容性和較好的穩定性，而且具有較高的對氧自由基的敏感性，其EPR的敏感性亦足可滿足EPR生物影像技術的對傳感材料的要求，是一類值得推廣發展的新材料。使用電子順磁共振儀(EPR儀)檢測的部分結果如下表1～表3所示表1 卟啉
其中氧濃度為0％表示全部為惰性氣體N2，1％為含氧量1％，其餘為惰性氣體N2，餘類推，下同。Lw(mT)表示EPR儀測定所得的波譜中最高峰值與最低峰谷之間半波量度值，單位為mT，下同。
表2 Li-卟啉
表3 Zn-卟啉
所說的卟啉類化合物包括卟啉[含四(4-氯)苯基卟啉、四苯基卟啉、四(4-甲氧基苯基)卟啉、四(對-羥基苯基)卟啉]、銅卟啉[含mexo-四(4-N-甲基吡啶)卟啉合銅(II)(CuTMPYP)、mexo-四(4-N-苄基吡啶)卟啉合銅(II)(CuTBPYP)等]、Li-卟啉以及四(對-羥基苯基)卟啉過度金屬配合物[簡稱MTHPP，其中M＝Cr(III)、Mn(III)、Fe(III)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)]等，通過元素分拆、紫外可見光譜、紅外光聲光譜、核磁共振氫譜和摩爾電導等方法可表徵它們的組成和結構。可選其中的任一種均可作為EPR傳感器材料，但以Li-啉為最佳，因為它的Lw(mT)值最小，與氧濃度的線性關係最好，即氧敏感性和EPR敏感性更為優良，是十分理想的材料之一。
下面結合實施例進一步闡明本發明的內容實施例1取粒度為微米級Li-卟啉顆粒，利用超聲波分散儀使它與純水或生理鹽水充分混合成穩定的懸浮液。採用聚四氧乙烯或聚乙烯毛細管，通過微型注射器取樣，取出0.02ml的上述懸浮液入毛細管中，置入標準的EPR測試石英管內，然後放置到EPR測試儀上備用。分別通入含有0％O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％O2以及21％O2的不同組成的氧氣(其餘惰性氣體為氮)，可以得如表2所示的結果；動物試驗結果亦有相類似的氧敏感性和EPR敏感性。一般的正常組織(為專業人員所公認)氧含量在1％～2％之間，異常組織將超過2％，這是變異的細胞劇烈活動將耗用更多的氧的結果。
實施例2將粒度為微米級的Zn-卟啉顆粒，於勻質機中使它與純水或生理鹽充分混合，分散成均勻的懸浮液。採用聚乙烯或聚四氧乙烯毛細管通過注射器取樣，取出約0.02ml的上述均質懸浮液入毛細管中，置於標準的EPR測試石英管內，然後放置到EPR測試儀上備用。分別通入含有0％O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％O2以及21％O2的不同組成的氧氣(其餘為N2)進行EPR波譜測試，可以得出不同氧含量得實驗結果，如表3所示。動物試驗結果亦有實施例1相類似的結果。
實施例3將粒度為微米級的卟啉顆粒，置於球磨機中，使它與純水或生理鹽水充分混合，分散成均勻的懸浮液。採用聚乙烯或聚四氟乙烯毛細管通過微型注射器取樣，取出約0.02ml的上述均勻懸浮液入毛細管中，置於標準的EPR測試石英管中，然後放到EPR測試儀備用。分別入通入含有0％O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％O2以及21％O2的不同組成的氧氣(其餘為N2)，進行EPR測試，可以得到不同氧含量的實驗結果，如表1所示。動物試驗亦有如實施例1相類似的呼應。
綜上所述可見卟啉類化合物具有較為理想的氧敏感性和EPR敏感性。以及良好的生物相容性，是至今為止發現的較好的一種氧敏感性順磁性生物醫學傳感材料之一。
權利要求
1.一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料，其特徵在於所說材料是一種卟啉類化合物。
2.如權力要求1所述的氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料，其特徵在於所說材料是卟啉、銅卟啉、鋰卟啉、以及四(對-羥基苯基)卟啉過渡金屬配合物，簡稱MTHPP，其中M＝Cr(III)、Mn(III)、Fe(III)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)中的一種。
3.如權力要求1或2所述的氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料，其特徵在於所說材料是鋰卟啉。
全文摘要
本發明公開了一種氧敏感順磁性生物醫學傳感器材料，所說的材料是一種卟啉類化合物，它們不僅具有優良的氧敏感性和EPR敏感性，而且具有良好的生物相容性，可滿足EPR生物影像技術測定的要求。
文檔編號G01R33/465GK1414387SQ0213672
公開日2003年4月30日 申請日期2002年8月29日 優先權日2002年8月29日
發明者藍閩波 申請人:華東理工大學