CN102947692B

CN102947692B - 使用金属卟啉的氧检测

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Publication number: CN102947692B
Application number: CN201080067388.7A
Authority: CN
Inventors: 福井俊巳
Original assignee: Empire Technology Development LLC
Current assignee: Empire Technology Development LLC
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: WO2011159291A1; CN102947692A; US20110311987A1; US8501100B2; EP2583085A4; JP2013528816A; EP2583085A1

Abstract

氧传感器包括用于检测氧水平的金属卟啉。所述氧传感器也可以包括光源和检测器。所述传感器被配置用于测量响应于氧化还原反应的光谱变化。它们可以检测以溶液和气态形式的多种样品中的氧浓度的存在和变化。

Description

使用金属卟啉的氧检测

领域

本技术总体上涉及传感器领域。

背景

提供以下描述以帮助读者进行理解。提供的任何信息均不被承认是已有技术。

在许多领域中，需要监测液体和气体中的氧浓度。出于这一原因，氧传感器或分析仪用在多种用途中。例如，生物医学用途使用各种氧传感器检测和测量液体血样和生理学气体试样的氧含量；化学用途包括需要氧测量的生产工艺，例如，在酿造啤酒的过程中或是在生产染料和油漆的过程中；并且环境学应用包括检测海洋生态系统中和电厂中的氧的水平。

尽管具有广阔的应用范围，但是目前氧分析仪和传感器仍有缺点，如检测时间长、灵敏度低、精确度有限、传感器的寿命有限、以及检测氧的能力在一种物理形式或其它物理形式中(即液体或固体)是选择性的。

卟啉是大环状分子化合物，具有能够与金属离子形成配合物的环形的四吡咯核心。金属卟啉是配合物，包括各种与金属离子配位的通常处于二价阴离子形式的卟啉衍生物。金属离子与卟啉核心的这种配位生成类似于一些重要生物化合物的化合物，例如但不限于血红蛋白、叶绿素、细胞色素等。

概述

在一个方面中，提供一种氧传感器，它包括基底，所述基底配置用于光谱分析，并且包括配置用于结合氧的金属卟啉的至少部分涂层。在一些实施方案中，金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白(vanabin)、平那珠蛋白(pinnaglobin)、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或这些金属卟啉中任意两种以上的混合物。在一些实施方案中，金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

在一些实施方案中，金属卟啉处于其中金属可以被分子氧氧化的状态。在一些实施方案中，金属卟啉包含微珠或微胶囊。在一些实施方案中，基底包括室、管或通道。

在一些实施方案中，氧传感器还包括用于检测光谱图形的检测器。在一些实施方案中，光谱图形是发射光谱或吸收光谱。

在一些实施方案中，基底包括石英、玻璃、塑料或盐。在一些这样的实施方案中，基底是包含CaF₂或MgF₂的盐。在一些实施方案中，氧传感器也包括气体透过性膜。

在另一个方面中，提供了一种氧传感器，其包括：室，所述室配置用于允许光谱分析；和金属卟啉，所述金属卟啉配置用于结合氧并且包括微珠或微胶囊。在一些实施方案中，金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或这些金属卟啉中任意两种以上的混合物。在一些实施方案中，金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

在一些实施方案中，金属卟啉处于被配置用于结合氧的状态。在一些实施方案中，金属卟啉包括微球或微胶囊。在一些实施方案中，基底包括室、管或通道。

在一些实施方案中，氧传感器也包括用于检测光谱图形的检测器。在一些实施方案中，光谱图形是发射光谱或吸收光谱。

在一些实施方案中，基底包含石英、玻璃、塑料或盐。在一些这样的实施方案中，基底是包含CaF₂或MgF₂的盐。在一些实施方案中，氧传感器还包括气体透过性膜。

在另一个方面中，提供了一种用于测量试样的氧含量的设备，它包括：基底，所述基底被金属卟啉至少部分包覆，所述金属卟啉被配置用于结合氧；光源，所述光源被配置用于照射基底；和检测器，所述检测器被配置用于接收来自基底的光。在一些实施方案中，光源发射紫外光、可见光、近红外光、红外光或远红外光。在一些实施方案中，基底还包括气体透过性膜。在一些实施方案中，基底是透明的。在一些实施方案中，基底在被检测波长不吸收红外、紫外或可见光。

在一些实施方案中，基底包括石英、玻璃、塑料或盐。在一些这样的实施方案中，基底是包含CaF₂或MgF₂的盐。

在一些实施方案中，金属卟啉包括微胶囊或微珠。在一些实施方案中，金属卟啉处于其可以结合氧的状态。例如，它可以处于这样一个状态，在此状态中，金属卟啉的金属可以结合氧(O₂)。在一些实施方案中，对基底进行配置以允许样品与金属卟啉接触。在一些实施方案中，样品包括液相或气相。

在一些实施方案中，金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、或红血球。在一些实施方案中，金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

在一些实施方案中，检测器被配置用于通过检测光谱图形来检测试样的氧含量。在一些实施方案中，光谱图形是发射光谱或吸收光谱。

在另一方面中，提供了一种用于检测在样品中的氧气或溶解的氧气的方法，所述方法包括：将所述样品引入氧传感器，所述氧传感器包括：室，所述室包括被金属卟啉至少部分包覆的基底，所述金属卟啉配置用于结合氧；光源；和检测器；使所述金属卟啉与所述样品接触；用所述光源照射所述室和样品；和在引入所述样品之前和之后检测所述光源的光谱图形。在一些实施方案中，该方法包括在引入样品之后观察所述室的光谱图形的变化。在一些这样的实施方案中，光谱图形是吸收光谱或发射光谱。在一些实施方案中，金属卟啉处于脱氧状态，在此状态中它可以在引入样品之前结合氧，并且金属卟啉的至少一部分在引入样品之后与氧结合(即氧化状态)。

在另一个方面中，提供了一种用于检测样品的氧气或溶解的氧气含量的方法，所述方法包括：在氧传感器中，使所述样品与金属卟啉接触，所述金属卟啉配置用于结合氧，所述氧传感器包括：室；光源；和检测器；用所述光源照射所述室和样品；和在引入所述样品之前和之后检测所述样品的光谱图形；其中所述金属卟啉包含微珠或微胶囊，或被保留在笼形化合物中。

前文的概述仅是说明性的，不意在以任何方式进行限制。除了上述说明性的方面、实施方案和特性之外，其它的方面、实施方案和特性将通过参考附图和以下详细的描述而变得明显。

附图简述

图1是根据一个实施方案的氧传感器的图解，其中金属卟啉螯合在基底上。

图2是根据一个实施方案的氧传感器的图解，所述氧传感器用于分析气态或液态样品中的氧含量。

图3是根据一个实施方案的用于检测样品中的氧的氧传感器的图解，其中金属卟啉螯合在基底上。

图4是根据一些实施方案的用于检测气态样品中的氧并且具有透氧膜的氧传感器的图解。

发明详述

在以下的详细描述中参考了附图，所述附图形成了本说明书的一部分。除非上下文另外指出，类似的符号典型表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性的实施方案不意在具有限制性。在不脱离在此提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施方案，且可以做出其它的改变。

一般地，本文提供了氧传感器、装置、设备和使用这些传感器、装置和设备的方法。所述氧传感器利用了被配置用于结合氧的金属卟啉，以测定样品中氧的存在和/或样品中的氧浓度。通常在金属卟啉存在下使用对样品的光谱分析，进行所述测定。

在一个方面中，提供了一种氧传感器，其包括被配置用于允许分析的基底，并包括其中将金属卟啉配置用于结合氧的金属卟啉的至少部分涂层。

金属卟啉包括配合物，所述配合物包括与金属离子配位的卟啉的各种衍生物。任何具有氧结合能力的适合的卟啉均可用于与金属离子配位。这样的卟啉配合物可以是天然原生的或通过合成方法制备的。因此，在一个实施方案中，金属卟啉的卟啉可以包括但不限于：血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或它们的任意两种以上的混合物。金属卟啉的金属可以是任何能与卟啉衍生物形成配合物的合适的金属，所述金属卟啉能够结合氧，使得在与氧气或与溶液中溶解的氧气接触时，金属变得被氧化。

金属卟啉的金属离子可以处于形式上被还原的氧化态(即具有形式上的负电荷)，或可以是形式上被氧化的氧化态(即具有形式上的正电荷)但通过氧气或溶解的氧气对其进一步氧化。金属应当处于其中金属将结合氧的氧化态。

因此，在一些实施方案中，金属卟啉的金属可以是但不限于：铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。在说明性的实施方案中，例如，含铁的金属卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白和肌红蛋白，含钒的金属卟啉衍生物包括缔合钒的蛋白，且含锰的衍生物包括平那珠蛋白。

在氧传感器中，金属卟啉可以被配置用于结合氧。这可以通过下列方法实现：在分析之前将金属卟啉保持在脱氧状态，使得在氧的存在下，金属卟啉结合氧。可以通过任何已知的方法，例如光化学法或辐射化学法，或使用饱和二氧化碳或脱氧水，将金属卟啉脱氧。因而，在某些说明性实施方案中，可以将金属卟啉在暴露于样品进行分析之前，与饱和二氧化碳溶液或脱氧水接触，从而导致金属卟啉脱氧。在一些实施方案中，金属卟啉配合物的氧化状态可以在其用于氧检测之前被调节。因此，在一个实施方案中，金属卟啉可以处于形式上被还原的氧化态。在其他实施方案中，金属卟啉处于形式上被氧化的氧化态。

金属卟啉化合物可以以例如溶液被使用，或可以被配制成其它形式。因此，在一个实施方案中，金属卟啉可以以微珠或微胶囊的形式存在。例如，在说明性实施方案中，金属卟啉配合物可以被包封在磷脂双层膜中。这样的包封可以例如通过使用磷脂载体通过下列方法实现将：将高纯金属卟啉和由适合的磷脂如PPG-I构成的脂质双层混合。可以在合适的温度搅拌混合物适当的时间，并且所得的多层状载体可以通过膜式过滤器被挤出。还可以进一步用聚(乙二醇)对载体进行表面改性，以提高其机械和结构性能。

在其他的说明性实施方案中，金属卟啉可以被笼形化合物保留。在一个实例中，可以使用作为包合物的环糊精二聚体保留金属卟啉配合物。这样的环糊精二聚物可以例如通过以下方法制备：用咪唑连接体(ImCD)形成5，10，15，20-四-(4-磺化苯基)卟吩铁(II)(FeIIP)和氧-甲基化β-环糊精二聚体的1∶1包含配合物。

如上所述，氧传感器包括被配置用于允许分析的基底。基底可以处于利于分析的任何合适的物理形式、形状或几何形状。因此，在一个实施方案中，基底可以包括平板、室、接收小室、管、或通道以及在样品的光谱分析器件使用的其它结构。在说明性的实施方案中，基底是平板，例如载玻片。基底可以由现有技术中已知的任何适当的材料制成，所述材料是耐用的并且允许氧含量分析。在一些实施方案中，基底包括任何允许从光源或电磁辐射发射的光透过的材料。基底不应产生干扰和阻隔对样品和金属卟啉的光谱区的观察的光谱背景噪音，所述光谱区被监测，以测定样品中氧的存在和/或浓度。在一些实施方案中，基底可以包括石英、玻璃、塑料或盐。在其他的实施方案中，基底可以是包含CaF₂或MgF₂的盐。

在一些实施方案中，基底至少部分地被金属卟啉包覆。在其他实施方式中，基团可以被金属卟啉完全包覆。可以使用适合的方法用金属卟啉包覆基底，所述方法包括但不限于：吸附、化学键合、离子交换或电化学聚合。在一些实施方案中，可以使用金属卟啉的薄膜包覆基底。在其它实施方案中，金属卟啉可以附着在微珠上，或包封在微胶囊或包合配合物中，并随后被固定在基底上。微珠可以包括珠(可得自Miltenyi Biotech)。因此，在一些实施方案中，可以使用适当的固定剂，将包含金属卟啉的微珠或微胶囊或包合配合物固定在基底上，所述固定剂包括但不限于非水性树脂，例如丙烯酸类树脂、聚氨酸类树脂或环氧类树脂。在某些实施方案中，使用例如光固化或热固化方法的方法可以将可聚合材料或固定剂涂布在基底上，并且包含金属卟啉的微胶囊或微珠可以被固定在其上。

氧传感器可以被配置用于允许分析气态和液态两种样品的氧含量。在一个方面中，分析是光谱分析。因为金属卟啉结合了氧，所以吸收光谱或发射光谱响应于样品中的金属卟啉-氧配合物的量而变化。因此，氧传感器还包括用于检测光谱图形的检测器。在一些实施方案中，光谱图形可以是吸收或发射。注意，尽管可以监测透射光谱，但这与吸收光谱的测定是同样的试验，只是表示出的数据相反。

在一个实施方案中，氧传感器是如图1所示的。如图1所示，可以将金属卟啉14包覆在基底6上。在一些实施方案中，基底是被部分包覆的，而在另一些实施方案中，致密包覆，唯一的限制是，要有足够的金属卟啉以捕获样品中的氧。也可以使用固定剂8辅助包覆。金属卟啉14可以任选地处于微胶囊中，并且保持在脱氧状态。可以使用脱氧水或二氧化碳饱和的水12，促进保持金属卟啉处于脱氧状态。可以将要检测的样品经由入口2引入到基底中。气态样品也可以通过气体透过性膜(即透氧膜)16导入。

基底还可以被配置用于允许分析液态样品和气态样品两者。如此，基底可以包括允许液体和气体样品导入的入口。在基底被配置用于允许分析液态样品的情况下，可以用金属卟啉包覆基底，或可以将包封的金属卟啉引入样品中进行分析。

在基底被配置用于允许分析气态样品的实施方案中，将金属卟啉包覆在基底上，并且气态样品被引入并与金属卟啉接触。在一些实施方案中，传感器可以包括将金属卟啉与样品分隔开的气体透过性膜，但该气体透过性膜允许样品中的氧移动穿过该膜达到金属卟啉。膜也阻止了金属卟啉或是其它反应物与金属卟啉一起穿过膜到达样品。气体透过性膜可以由任何合成惰性固体聚合材料制成，例如但不限于，聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)、聚砜、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯、尼龙-66、尼龙-6、乙酸纤维素、硅橡胶、赛璐玢、乳胶橡胶、聚乙烯和聚丙烯，它们的任何两种以上的混合物或共混物等。在说明性的实施方案中，气体透过性膜包括Teflon。不管使用什么材料，该膜均应当对氧而言是可透过的并且具有必需的机械强度。在美国专利号4,781,889中陈述了透过性膜的实例，其公开了纳米多孔性中空纤维膜。可以通过这样的膜的物理尺寸赋予机械强度。在一些实施方案中，透过性膜的厚度为5μm至80μm，或10μm至30μm。根据一些实施方案，透过性膜的孔隙尺寸为0.01μm至5μm，或0.01μm至2μm。

在另一个方面中，提供了氧传感器，其包括被配置用于允许分析的室和被配置用于结合氧的金属卟啉。可以以例如溶液使用金属卟啉化合物，或可以使其形成另一种任选的更稳定的形式。因此，在一个实施方案中，金属卟啉可以以微珠或微胶囊的形式存在。在另一些实施方案中，金属卟啉可以被笼形化合物保留。这样的传感器的一个实施方案示于图2中。如图中可见，设备包括盛有待分析样品或是处于脱氧状态的金属卟啉25的室20，其具有入口15，由这里样品或处于脱氧状态的金属卟啉35可以通过注射器30或其它注射装置导入。可以手控地或自动地将样品或金属卟啉导入室中。注射器30仅仅是为了简单而说明的，无论如何，注射机制可以是任何本领域已知的此类装置。在一些实施方案中，注射器是有刻度的，以允许注射已知量的金属卟啉35。传感器也任选地包括光源55和检测器50。

室可以处于利于分析的任何合适的物理形式、形状或几何形状。因此，在一个实施方案中，室可以包括室、接收小室、管和通道。室可以由本领域已知的任何允许氧含量分析的任何材料制成。在一些实施方案中，室包括允许来自光源的光或电磁辐射穿透的任何材料。在一个实施方案中，室可以包含石英、玻璃、塑料或盐。在一些实施方案中，室可以由盐如CaF₂或MgF₂或在可以进行光谱分析的电磁谱区没有吸收性的其它盐制成。

在一些实施方案中，室被配置用于与空气隔绝，使得空气不能进入室并无意地氧化金属卟啉。因此，室可以包括气体透过性的盖或隔片，覆盖或防止通向室内部的开口。

在另一个方面中，提供了用于测量样品的氧含量的设备。在一些实施方案中，设备包括至少部分被金属卟啉包覆的基底；被配置用于照射基底的光源；以及被配置用于接收来自基底的光的检测器。在一个实施方案中，说明性的设备如图3中所示。如图3中所示，可以将金属卟啉135包覆在基底110上。如所示，也可以使用固定剂112辅助包覆。如所示，金属卟啉135可以任选地处于微胶囊中，并保持在脱氧状态。可以使用样品注射器140，经过基底上的入口115，将被检测的样品145导入。如上所述，注射器是说明性的，并且可以被任何允许导入液态或气态样品的装置或机制取代。传感器也包括光源150和检测器155。基底和样品可以被容纳在室中。

在传感器中使用的光源可以是能够发射光照射样品和基底的任何合适的光源。这样的合适的发光装置的实例包括半导体激光、氘灯、钨灯丝、白炽灯泡、荧光灯泡、氖灯管、蒸气灯、发光二极管(LED)等。在一些实施方案中，光源可以发射紫外光、可见光、近红外光、红外光或远红外光。在说明性的实施方案中，光源可以发射可见光。在一些实施方案中，光源可以发射波长在光谱的紫外、可见、或近-、中-、远-红外区的辐射。在一些实施方案中，辐射包括波长为0.2μm至0.4μm的紫外辐射。在一些实施方案中，辐射包括波长为0.4μm至0.75μm的可见辐射。在一些实施方案中，辐射可以包括波长为0.001μm至1000μm的辐射。在其它实施方案中，辐射包括波长为0.75μm至2.5μm的近红外辐射。在另一个实施方案中，辐射包括波长为2.5μm至25μm的中红外辐射。在又另一个实施方案中，辐射包括波长为10μm至1000μm的远红外辐射。在说明性的实施方案中，可以使用可见光。在这样的实施方案中，光的波长可以在300nm至1000nm，300nm至700nm等范围内。当使用单一波长的光照射时，例如激光是光源的情况下，一些适合的波长可以包括但不限于940nm、780nm、660nm、589nm、468nm、440nm、405nm等。在一些实施方案中，也可以使用用紫外至可见光激发的可见至近红外发射光谱。

用于检测光谱图形的检测器是本领域熟知的。例如，这样的检测器包括那些用与检测远红外源、红外源、近红外源和紫外-可见源的检测器。对检测器的唯一限制是，它被配置用于检测来自所用的特定光源的光，以及任何透射穿过样品或由样品发出的光。

在一些实施方案中，基底材料是那些使得它允许来自光源的光基本不发生偏转或散射而通过。在其它实施方案中，基底是那些使得它在被监测的波长不吸收红外、紫外或可见光，或者在不会干扰被监测的光谱区的波长吸收这些光中的一种或多种。在一些实施方案中，基底可以是透明的。在其它实施方案中，基底可以由适合的材料制成，所述材料允许光源发射的光透射，如上述的那些。

金属卟啉可以由如上述各种实施方案中讨论的各种金属和卟啉衍生物构成。金属卟啉可以包括微珠或微胶囊并通过上文公开的方法处于脱氧状态。在其它实施例中，金属卟啉可以被如上文所述的包合配合物保留。在一些实施方案中，金属卟啉包括被配置用于从样品中吸收氧的微胶囊。

在各种实施方案中，基底可以被配置用于允许样品与金属卟啉接触。如上文所述，样品可以包括液相或气相。因此，基底可以以这样一种方式被构造，使得它允许液态或气态样品与金属卟啉接触，以允许分析。在一些实施方案中，液态样品可以被直接地导入到至少部分被金属卟啉包覆的基底中。在一些实施方案中，基底可以包括入口，从那里可以导入液态或气态样品。在一些实施方案中，基底还可以包括气体透过性膜，如上文所述，以允许含有氧的气态样品通过。这样的实施方案示于图4中，如所示，氧传感器包括氧透过性膜260和被金属卟啉微胶囊135包覆的基底210，所述金属卟啉微胶囊通过使用脱氧水或二氧化碳饱和的水225而保持处于脱氧状态。被检测的气体样品280可以通过氧透过性膜260导入。传感器还包括光源250和检测器255。为了阻止空气过早地通过透过性膜260，非气体透过性的盖或隔片可以被安置在透过性膜260的上方或周围。可以随后移开盖和隔片，以测量样品的氧含量。

在一些实施方案中，基板是被金属卟啉至少部分包覆的。可以使用如上所述那些的各种金属和不同的卟啉衍生物。在一些实施方案中，金属卟啉可以包括微胶囊或微珠。在另一些实施方案中，金属卟啉被配置用于从样品中吸收氧。

可以通过配置用于接收来自基底的光的检测器检测透过基底的光。取决于被检测的光辐射的类型，可以使用多种检测器。因此，在一些实施方案中，可以使用UV检测器、IR检测器、UV/IR检测器、IR/IR检测器和UV/可见光检测器。在一些实施方案中，检测器被配置用于通过检测光谱图形而检测样品的氧含量。在一些实施方案中，光谱图形是发射光谱或吸收光谱。

在另一个方面中，提供了用于检测样品中的氧气或溶解的氧气的方法。在一个实施方案中，方法包括：将样品导入氧传感器中，该传感器包括：含有被金属卟啉至少部分包覆的基底；光源；和检测器；使金属卟啉与样品接触；用光源照射室和样品；并在导入样品之前和之后检测光源的光谱图形。这样，来自光源的光穿过样品达到检测器，并且测量吸收或透射光的光谱分布。

本技术的方法可以用于检测任何样品中的氧的存在和量。样品可以处于液态或气态形式。样品可以是化学样品、生物样品、环境学样品等。在一些实施方案中，样品可以在分析前被调节至已知的浓度。在一些实施方案中，样品可能需要被过滤或纯化，以在光谱分析前消除悬浮物质、细粒等的干扰。在说明性的实施方案中，样品可以是例如来自废水处理厂、酒制造过程、生物反应、环境水测试、烃类燃料、生物燃料、血液、血浆和组织样品等的样品。

在一些实施方案中，如上所述的氧传感器用在对样品中的氧气或溶解的氧气进行检测的方法中。如在以上设备段落所讨论的，氧传感器包括被金属卟啉至少部分包覆的基底，光源和检测器。

金属卟啉可以由如上述各种实施方案中讨论的各种金属和卟啉衍生物构成。金属卟啉可以包括微珠或微胶囊或被笼形化合物保留。在本方法的某些实施方案中，在导入样品之前，金属卟啉处于脱氧状态，并且至少部分处于脱氧状态的金属卟啉在与氧结合后转变成氧化状态。可以通过上述本领域一般公知的方法，如光化学或辐射化学法，或通过使用二氧化碳或脱氧水，使金属卟啉化合物保持在脱氧状态。因此，例如被金属卟啉包覆的基底可以在与样品接触之前，与二氧化碳水溶液或脱氧水接触。

尽管未希望受理论束缚，但是据信，初始处于脱氧状态的金属卟啉化合物容易与样品中的氧结合，从而改变其化学结构。金属卟啉从脱氧状态至氧化状态这一化学结构上的改变导致了光谱图形的变化，这可以用来检测样品中的氧含量。因此，在一些实施方案中，本方法还包括观察室在导入样品之后光谱图形的变化。在一些实施方案中，光谱图形是吸收或发射光谱。

注意的是，光谱图形的变化可以是样品中存在氧的信号，而且这种变化的大小可以表示样品中的氧浓度。此外，可以设置标样，使得已知量的氧造成给定大小的已知的光谱变化。基于标样，随后可以确定标定曲线，以得到相对于给定的金属卟啉的样品中的氧的量。标定曲线于是可以形成用于定量确定样品中的氧含量的基础。因此，在一个实施方案中，本方法包括：将样品导入氧传感器中，该传感器包括：被金属卟啉至少部分包覆的基底；光源；和检测器；使金属卟啉与样品接触；用光源照射室和样品；检测样品的光谱图形，并将该光谱图形与预定的标定曲线比较，以确定存在于样品中的氧含量。

本文描述的氧传感器和设备可以使用标定曲线测定氧浓度。标定曲线是表示描述样品中的物种浓度和检测器的光谱输出之间关系的正比表达式的图。在本情况下，所述物种是样品中的氧。横轴X表示样品气体的氧浓度，纵轴Y表示检测器输出信号。准备具有已知氧浓度的标准样品，并且将其与金属卟啉接触，并且使用相应的检测器响应绘制标定曲线。随后将未知氧浓度的样品通过氧传感器并且记录检测器输出。随后使用这一检测器信号，使用标定曲线，测定氧浓度。

在另一个方面中，提供了一种用于检测样品中的氧气或溶解的氧气的含量的方法。在一些实施方案中，该方法包括：将样品在氧传感器中与金属卟啉接触，该氧传感器包括：室；光源；和检测器；用光源照射室和样品；并检测样品的光谱图形；其中金属卟啉包括微珠或微胶囊，或者被保留在笼形化合物中。因此，可以通过测量同样的样品和金属卟啉接触前和接触后光谱性质的变化，检测氧的存在，或者，氧的浓度可以通过参考将光谱性质与已知氧浓度的样品相关联的标定曲线确定。

包括室的氧传感器可以设计如上文所公开的那样。在一些实施方案中，可以将被测样品在处于脱氧状态的金属卟啉之后导入室中。在其它实施方案中，可以将处于脱氧状态的金属卟啉在被测样品之后导入室中。在将样品和金属卟啉在室中接触后，可以用来自传感器的光照射室。可以使用检测器检测样品的光谱图形。因此，可以通过测量同样的样品和金属卟啉接触前和接触后光谱性质的变化，检测氧的存在，或氧的浓度可以通过参考将光谱性质与已知氧浓度的样品相关联的标定曲线确定。

作为根据一个实施方案的装置的说明性实例，可以使用尺寸为10cm×5cm×2cm的玻璃室和基底。与此相配合的是使用卤钨灯光源的UV-VIS分光计。为了标定该装置，将脱氧的血红蛋白微胶囊加入室中，并测量在660nm和940nm的吸收。随后将样品(0.1ml)导入含有微胶囊的室中，并再次在660nm和940nm测量吸收。由在这两个波长的吸收的差别，可以确定样品中的氧的量。

可以通过在American Journal of Pathology 159(3)1079-1088(2001)中所述的方法准备该说明性实例的血红蛋白微胶囊。该说明性实例的样品可以是：当准备标定曲线时为具有已知浓度的溶液，或未知样品可以为来自任何来源的样品，如河水、湖水，或其他来源，或含有氧的溶剂。

本文示例性地描述的实施方案可以在缺少任何未在本文中具体公开的一个或多个要素、一个或多个限制的情况下适当地实践。因此，例如，术语“包含”“包括”“含有”等应当被广泛并且没有限制地阅读。此外，本文使用的术语和表达已经用作描述并且没有限制的术语，并且没有意图在这样的术语和表达的使用中除去任何所示和所述特征或它们的部分的等价物，而是应认识到，各种修改在被要求权利的技术的范围内是可能的。此外，短语“基本上由......组成”将被理解为包括那些具体提到的要素和那些不会从本质上影响被要求权利的技术的基本和新颖特征的附加要素。短语“由......组成”排除任何未指定的要素。

所有在本说明书中引用的出版物、专利申请、发布的专利和其它文献均通过引用结合在此，如同各单独的出版物、专利申请、发布的专利和其它文献具体地且独立地以其全部内容通过引用结合在此一样。在通过引用结合在此的文本中所含的定义被排除至它们抵触本公开内容中的定义的程度。

等效物

本公开内容不受在本申请中描述的具体实施方案限制。如本领域技术人员显而易见的，可以做出许多修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围。除了在本文中阐述的那些以外，本领域技术人员根据前面的描述会明白在本公开内容范围内的功能上等效的方法和装置。这样的修改和变化意图落入所附权利要求的范围内。本公开内容仅以所附权利要求以及这样的权利要求所具有的全部范围的等同替换进行限制。应当理解，本公开内容不限于具体的方法、试剂、化合物组合物或生物系统，它们当然可以变化。还应当理解，在本文中使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，而不用于限制。

另外，在以马库什(Markush)组的方式描述本公开内容的特征或方面的情况下，本领域技术人员会认识到，本公开内容由此也依据马库什组的任何单个成员或多个成员的亚组描述。

本领域技术人员会理解，为了任何和所有的目的，诸如依据提供书面描述，在本文中公开的所有范围也包括它们的任何和所有的可能子范围和子范围的组合。任何列出的范围可以容易地视作足以描述和实现将同一范围分成至少相等的两份、三份、四份、五份、十份等。作为一个非限制性实例，在本文中讨论的每个范围可以容易地分成较低的三分之一、中间的三分之一、较高的三分之一等。如本领域技术人员还理解的，诸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等的所有表述包括叙述的数字，并且指随后可以分解成如上讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员理解的，一个范围包括各个单个的成员。

尽管在本文中已经公开了不同的方面和实施方案，但是其它的方面和实施方案对本领域技术人员将是显而易见的。在本文中公开的各个方面和实施方案是用于举例说明的目的而不用于限制，并且真实的范围和精神由所附权利要求指示。

在本文中引用的所有参考文献通过引用以其整体并入并用于所有目的，其程度如同将各个单个出版物、专利或专利申请明确地且单个地通过引用以其整体并入用于所有目的一样。

Claims

1.一种氧传感设备，所述氧传感设备包括：

基底，所述基底配置用于光谱分析，并且包括配置用于结合氧的金属卟啉的至少部分涂层；和

光源，所述光源配置用于照射所述基底；

检测器，所述检测器配置用于检测来自所述基底的发射光谱或吸收光谱；

其中：

所述金属卟啉被包封在磷脂双层膜中，或被保留在笼形化合物中；并且

所述金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或它们的任何两种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的氧传感设备，其中所述金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

3.根据权利要求1所述的氧传感设备，其中所述基底包含室、管或通道。

4.根据权利要求1所述的氧传感设备，其中所述基底包含石英、玻璃、塑料或盐。

5.根据权利要求1所述的氧传感设备，其中所述基底是包含CaF₂或MgF₂的盐。

6.根据权利要求1所述的氧传感设备，所述氧传感设备还包括气体透过性膜。

7.一种氧传感设备，所述氧传感设备包括：

室，所述室配置用于允许光谱分析；和

金属卟啉，所述金属卟啉配置用于结合氧并且被包封在磷脂双层膜中；和

光源，所述光源配置用于照射所述室；

检测器，所述检测器配置用于检测来自所述室的发射光谱或吸收光谱；

其中所述金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或它们的任何两种以上的混合物。

8.根据权利要求7所述的氧传感设备，其中所述金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

9.根据权利要求7所述的氧传感设备，其中所述室是包含CaF₂或MgF₂的盐。

10.一种用于检测在样品中的氧气或溶解的氧气的方法，所述方法包括：

将所述样品引入氧传感器，所述氧传感器包括：

室，所述室包括被金属卟啉至少部分包覆的基底，所述金属卟啉

配置用于结合氧；

光源；和

检测器；

使所述金属卟啉与所述样品接触；

用所述光源照射所述室和样品；和

在引入所述样品之前和之后检测发射光谱或吸收光谱；

其中：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。

12.一种用于检测样品的氧气或溶解的氧气含量的方法，所述方法包括：

在氧传感器中，使所述样品与金属卟啉接触，所述金属卟啉配置用于结合氧，所述氧传感器包括：

室；

光源；和

检测器；

用所述光源照射所述室和样品；和

在引入所述样品之前和之后检测所述样品的发射光谱或吸收光谱；

其中所述金属卟啉被包封在磷脂双层膜中，或被保留在笼形化合物中，并且

其中所述金属卟啉的卟啉包括血红蛋白、蚯蚓血红蛋白、血绿蛋白、缔合钒的蛋白、平那珠蛋白、肌红蛋白、无脊椎动物血红蛋白、神经珠蛋白、豆血红蛋白、细胞珠蛋白、红血球，或它们的任何两种以上的混合物中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属卟啉的金属是铁、钒、锰、钴、镍、铜、铬、铂、钯、银或金。