菁染料及其衍生物类氧敏感顺磁性生物医学传感器材料 技术领域
本发明涉及一种生物医学材料，特别是涉及一种氧敏感顺磁性生物医学传感器材料。
背景技术
EPR(Electronic Paramagnetic Resonance)生物影像技术是八十年代以来在美国迅速发展起来的生物医学检测技术。由于EPR(L-Band)与NMR(核磁共振技术)的使用频率相近，故可用于生物体的测量。它是利用检测生物体组织中的氧自由基，并转化为生物氧压，通过物理方法和计算机影像技术，来形成多维，图形(类似于核磁共振)；其二，该传感器可以直接注射至生物体的各种组织周围或内部，形成对组织的包覆，由组织氧压的变化来评判这些组织属正常或不正常(即阴性或阳性)；其三，该方法的使用成本仅为核磁共振检测的10％，因此具有很大的发展前景。目前美国已有检测人体局部部位的EPR生物影像仪在临床上使用，但局限性很大，其主要原因是受材料EPR信号敏感性的限制。
国外这一类材料的研究主要集中在美国的Dartouth Medical School(DMS)，University of Illinois和比利时的鲁汶大学，其中主要的一些材料均由DMS开发应用，如India ink和LiPc等；而Illinois主要开发碳系材料，如Charcoal；比利时鲁汶大学亦对Charcoal等材料进行研究过，但进展比较缓慢，本发明人有幸参加了鲁汶大学的研究工作，经过大量的试验，独立观察到Tattoo ink和碳黑均具有较好的性能，如较好的氧敏感性和EPR敏感性，但这些材料离实用仍有一定距离，如稳定性不理想，与传感器密切相关的问题仍未搞清楚，都需要进一步研究。
DMS曾于八十年代末期发展了数种既对氧敏感又对EPR信号敏感的材料，如哌啶，噁唑烷类化合物等，但这些化合物在体内极不稳定，而且EPR信号减弱很快，故亦无实用价值，随后他们回到了目前唯一正在临床使用的Charcoal材料研究，它被公认为敏感且毒性小，但在人体内的稳定性仍不好，而且受各种外界的影响较大，氧敏感性下降很快的原因至今仍未明了。为此，美国健康研究院(National Institute of Health，NIH)建立了专项研究课题(Grant No.GM51630)对相关的材料加以研究，希望发现新型的氧敏感顺磁材料。本发明人亦有幸参加了该项目的部分工作，并通过深入研究发现，课题研究主要受制于：1、缺少必要地材料和方法可供选择。2、缺少对该类材料的物理和化学及在生物应用领域的了解。3、缺少对材料的氧敏感性和EPR之间关系的了解，而这些信息对生物医学传感器来说非常重要。
美国专利5706805(Jan.13，1998)中公开了一种印度墨水作为生物系统中氧压的传感器材料，它在生物系统中EPR的波谱被用来测定氧气的浓度，可惜该种材料由于生物相容性和敏感性问题，亦只能用在生物体表层的测定。
总之，现有公开的氧敏感顺磁性材料，均受到稳定性、生物相容性和EPR信号敏感性等问题的限制，故至今人们还未找到一种理想的可用于生物体内EPR生物影像技术测定的生物医学传感器材料，因此研究选择新的材料就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧敏感顺磁性生物医学传感器材料，它不仅具有优良的氧敏感性和EPR敏感性，而且具有良好的生物相容性，可满足EPR生物影像技术测定的要求。
本发明的构想是这样的：
利用发明人所在团队具有精细化工的合成技术、生物技术、医学临床应用技术等多方面的综合优势，以及一定的工作经验，借鉴了现有技术但不囿于现有技术，独辟蹊径地去探索一类新的顺磁性材料。首先籍助精细化工合成技术、生物技术，将这类材料合成加工成粒度小于微米级的生物医学传感材料，然后籍助电子顺磁共振仪测定这些材料在生物系统中的EPR波谱与氧浓度的关系，取它们的半波值(Lw)与氧浓度关系作为筛选材料的氧敏感性与EPR敏感性的依据，如半波值与氧浓度之间存在线性关系则被优选考虑。此外，在选择材料时还必须优先考虑哪些已被实践证明具有生物相容性的材料，这样可以减少生物试验的周期。最后再通过动物试验和EPR技术监测，从而比较科学地评判所选材料的氧敏感性，EPR敏感性和生物相容性。
本发明亦是这样实现的：
发明人是在中国发明专利申请(申请号：02136723.X)的基础上，进一步进行研究和发展，提出本专利的申请。发明人也通过文献检索，如Analy.Biochem.，1995年第232期；Nucleic.Acids Res.，1985年第13期；以及Tetrahedron Letter，1998年第39期以及Cancer Research，1999年第59卷寻找相关材料，发现菁染料及其衍生物的吸光能力强，并能发出强的荧光，可作为荧光探针与生物分子或非生物物质生成共价键，使这些物质发出荧光，可在激光或荧光发射器下加以检测。而且，这些共轭络合物还可进一步用于标示其它物质。同时，某些菁染料如部花青(又称份菁)、氧醇类花青已作为光敏剂用于光动力疗法(PDT)，用于恶性肿瘤的治疗。因此该材料具有较好的生物相容性。
我们在实验室内参照上述文献进行了菁染料及其衍生物的合成，并根据EPR敏感性的需要加工成粒度小于微米级的材料，通过对常规的菁染料及其衍生物在不同含氧量下的电子顺磁共振波谱测试，判断材料的氧敏感性和EPR的敏感性，选择波谱中Lw(mT)与氧浓度具有线形关系的材料作为本发明的优选条件。再经动物试验，证明该类顺磁材料不仅具有优良的生物相容性和较好的稳定性，而且具有较高的对氧自由基的敏感性，其EPR的敏感性亦足可满足EPR生物影像技术的对传感材料的要求，是一类值得推广发展的新材料。使用电子顺磁共振仪(EPR仪)检测的部分结果如下表1～表3所示：
表1花青染料 O2％ 0 1 2 3 5 21 Lw(mT) 0.500 0.623 0.706 0.798 0.902 1.100
其中：氧浓度为0％表示全部为惰性气体N2，1％为含氧量1％，其余为惰性气体N2，余类推，下同。Lw(mT)：表示EPR仪测定所得的波谱中最高峰值的相对值，单位为mT，下同。
表2部花青染料1 O2％ 0 1 2 3 5 21 Lw(mT) 0.108 0.110 0.113 0.116 0.123 0.183
表3氧醇类花青染料 O2％ 0 1 2 3 5 21 Lw(mT) 0.723 0.736 0.745 0.757 0.769 0.752
所说的菁染料类化合物包括花青染料、部花青染料，氧醇类花青染料，其母体结构如下： 花青染料 部花青染料1 部花青染料2 氧醇类花青染料其中的功能性基团R1，R2，R3，R4分别为下列结构式中的一种：其中n＝1～6。
通过元素分拆、紫外可见光谱、红外光声光谱、核磁共振氢谱和摩尔电导等方法可表征它们的组成和结构。可选其中的任一种均可作为EPR传感器材料，但以花青染料和部花青染料为最佳，因为它的Lw(mT)值与氧浓度的线性关系最好，即氧敏感性和EPR敏感性更为优良，是十分理想的材料之一。
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
取粒度为微米级花青染料颗粒，利用超声波分散仪使它与纯水或生理盐水充分混合成稳定的悬浮液。采用聚四氟乙烯或聚乙烯毛细管，通过微型注射器取样，取出0.02ml的上述悬浮液入毛细管中，置入标准的EPR测试石英管内，然后放置到EPR测试仪上备用。分别通入含有0％ O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％ O2以及21％O2的不同组成的氧气(其余惰性气体为氮)，可以得如表1所示的结果；动物试验结果亦有相类似的氧敏感性和EPR敏感性。一般的正常组织(为专业人员所公认)氧含量在1％～2％之间，异常组织将超过2％，这是变异的细胞剧烈活动将耗用更多的氧的结果。
实施例2
将粒度为微米级的部花青染料1颗粒，于匀质机中使它与纯水或生理盐充分混合，分散成均匀的悬浮液。采用聚乙烯或聚四氟乙烯毛细管通过注射器取样，取出约0.02ml的上述均质悬浮液入毛细管中，置于标准的EPR测试石英管内，然后放置到EPR测试仪上备用。分别通入含有0％O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％O2以及21％O2的不同组成的氧气(其余为N2)进行EPR波谱测试，可以得出不同氧含量得实验结果，如表2所示。动物试验结果亦有实施例1相类似的结果。
实施例3
将粒度为微米级氧醇类花青染料颗粒，置于球磨机中，使它与纯水或生理盐水充分混合，分散成均匀的悬浮液。采用聚乙烯或聚四氟乙烯毛细管通过微型注射器取样，取出约0.02ml的上述均匀悬浮液入毛细管中，置于标准的EPR测试石英管中，然后放到EPR测试仪备用。分别入通入含有0％O2、1％O2、2％O2、3％O2、5％O2以及21％O2的不同组成的氧气(其余为N2)，进行EPR测试，可以得到不同氧含量的实验结果，如表3所示。动物试验亦有如实施例1相类似的呼应。
综上所述可见菁染料及其衍生物化合物具有较为理想的氧敏感性和EPR敏感性。以及良好的生物相容性，是至今为止发现的较好的一种氧敏感性顺磁性生物医学传感材料之一。