一种智能型仿组织超声体模及其制作方法

专利名称：一种智能型仿组织超声体模及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿生物体组织模型，具体地说是关于一种智能型仿组 织超声体模及其制作方法。
背景技术：
体模，是仿生物体组织模型的简称。目前所使用的超声体模种类繁多， 但多数是用于超声诊断，也有用于微波热疗及HIFU研究的体模。但是，用 于超声治疗的体膜与超声诊断的体模在使用目的上完全不同。高强度聚焦超 声(High Intensity Focused Ultrasound ， HIFU)治疗肿瘤是使组织产生凝固 性坏死，诊断用超声体模虽然在声学特性方面接近软组织，但大多不透明， 不能产生经HIFU辐照后能产生肉眼可见的凝固性坏死灶。
HIFU，是近年来兴起的一种在超声或MRI(Magnetic Resonance Imaging 磁共振成像)引导下的无创性，适形热切除治疗肿瘤的新技术，临床应用 HIFU系统治疗时，必须对该HIFU系统的品质进行测试，即有效性、安全 性、可靠性测试，其中最为关键的测试是对HIFU治疗头(聚焦超声换能器) 的聚焦性能进行测试评价。HIFU在组织中的聚焦性能，直接关系到HIFU 临床应用的有效性、安全性和可靠性。然而，至今为止很难用非标准化的生 物组织对HIFU治疗头的聚焦性能进行测试评价，对不同HIFU治疗头的聚 焦性能进行比较。所以，建立一种标准化的，能重复使用的仿组织透明体模 就显得非常重要。
目前，国内外研究HIFU所使用的体模，都是采用聚丙烯酰胺和作为温 度敏感指示剂的蛋白质(牛血清或新鲜鸡蛋白)为主要原料混合而成的仿组 织透明体模，经HIFU辐照后，通过蛋白质受热变性，外观变浑浊或变白， 将聚焦超声的焦域展示出来(详见李发琪，马平，寇小琴，等. 一种用于 HIFU聚焦性能评价的仿组织透明体模.中国医学影像技术，2006， 22(8): 1261 1265，)。但这种蛋白质类体模，有诸多不足(1) 变浑浊区域不稳定，边界不清，性状更是与在生物组织中产生的BFR
(Biological focal region,生物学焦域。指在接受HIFU辐照的生物组织 中，在声学焦点位置所出现的，通过肉眼所见并经显微镜确定的凝固性 坏死区域。参考周永昌，郭万学.超声医学[M].第四版.北京:科学技术 文献出版社，2002.1780.)性状相去甚远，因此不适合做HIFU在组织中 的聚焦性能的研究。
(2) 其内如含有气泡，变白的区域形态将会变得不规则。
(3) 蛋白质作为温度敏感指示剂， 一旦受热变性，外观变白后，就不能恢复， 所以只能用一次,使用成本高。
(4) 虽然可以加入防腐剂，泡沫抑制剂等，但是由于蛋白质这种主要材料容 易变质，所以体模的稳定性和在配制过程中有效的消除气泡的影响都受 限制。
(5) 牛血清或新鲜鸡蛋白作为透明蛋白质的来源，不能确保品质的一致性， 因此体模的一致性也无法保证，不能从根本上实现体模的标准化。
(6) 受蛋白质本身性质等方面的限制，必须使温度达到7CTC的变性温度，才 能使其外观发生肉眼可见的变化，而这个温度要高于在真实生物体组织 内产生凝固性坏死的温度(一般在60 65。C)，而且，不同的生物体组 织，可能具有不同的凝固性坏死的温度。所以，蛋白质类体模的变性温 度是固定的，不能满足对不同变性温度的要求，因此相关的专业人员期 待有低于7(TC变性温度且可用于不同变性温度的体模。(参考Sam Howard, Jonathan Yuen， Paul Wegner ,et al. Characterization and FEA Simulation for a HIFU Phantom Material, 2003 IEEE International Ultrasonics Symposium,2003,
Vol.2:1270-1272)

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述问题，提供 一种智能型仿组织超声体模及其制作方法，使超声体模热变性温度可调、热 变浑浊区域明显，边界清楚，体模材料稳定、不易变质，能确保品质的一致 性，受热变性，外观变白，热能消失后恢复原状，能反复使用。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该智能型仿组织超声体模是一种具有以下(与生物组织基本相同的)声学及其他物理特性的温敏性高分 子凝胶
声速为1500 1550 m/s，声阻抗为(1.50 1.60) X 106Pa s/m，密度 为1.01 1.06g/cm3，有体积发生变化的较低临界溶解温度(Lower Critical Solution Temperature, LCST)或体积相变温度(Volume Phase Transition Temperature),即变性温度，变性温度点可以通过原料配比的改变在30 70'C的 范围内进行调节，在变性温度点上下，产生不透明相与透明相的可逆相变。用 聚焦超声进行辐照时，聚焦超声焦域内的仿组织超声体模因超声能量的积聚使 焦域内的温度达到变性温度时，外观上从无色透明转变为不透明的乳白色，清 晰显示聚焦超声的焦域形态；停止聚焦超声辐射，由于局部热量的散失，温度 低于变性温度时，白色的区域又逐渐恢复到无色透明的状态。
智能型高分子凝胶是一种对外界剌激具有敏感响应的新型功能材料，典型 的外界剌激一般为温度、PH、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等。温敏性 高分子凝胶是一种对温度刺激能产生敏感响应的智能型凝胶。
优选的是，所说的温敏性高分子凝胶为一种异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物 水凝胶或聚N—乙烯基己内酰胺(PNVCL)水凝胶或丙烯酸-p-羟基丙酯-N-肉桂
酰氧甲基丙烯酰胺(C丽細)共聚物水凝胶等。
进一步优选的的是用于智能型仿组织超声体模的异丙基丙烯酰胺(NIPA)
聚合物水凝胶，其组分包括异丙基丙烯酰胺、水，还包括引发还原剂、交联剂、 引发氧化剂，还可包括低临界溶解温度调节剂即变性温度调节剂，各组分的重 量百分比可为异丙基丙烯酰胺8 15%、变性温度调节剂0 4%、引发还原剂 0. 02 0. 05%、交联剂 0. 1 0. 15%、引发氧化剂 0. 03 0. 07%、水91. 85 80.73%，变性温度为3(TC 7(TC。变性温度调节剂为0时，本智能型仿组织超 声体模的低临界溶解温度即变性温度为3CTC，根据不同需要，改变调节剂的用 量，可调节变性温度从30 7(TC的范围内变化。
以上所述引发剂是指产生自由基聚合反应活性中心的物质，是一类含有弱 键的化合物，在分解活化能的作用下，共价键断裂可产生自由基。在一般自由 基聚合体系中，为了提供足够的活化能，聚合温度为40 100°C。本发明所用 的引发剂可由引发氧化剂和引发还原剂构成，它是在过氧类引发剂中加入还原 剂，通过氧化一还原反应产生自由基，这种体系就叫氧化一还原引发体系或称
7氧化一还原引发剂。利用氧化一还原引发剂可以降低分解活化能，从而使聚合 反应在较低的温度下(15 25°C)进行，有利于提高聚合物质量和降低对环境 的要求，方便操作。
以上所述的交联剂是一类具有非共轭多双键的化合物，其作用是将由自由 基引发所形成的异丙基丙烯酰胺线性交联结构转换成三维网状结构，从而给凝 胶塑形。
进一步优选的的是所用的水为去离子脱气水，交联剂为N， N'-亚甲基双 丙烯酰胺，引发氧化剂为过硫酸铵，引发还原剂采用偏重亚硫酸钠。 进一步优选的的是变性温度调节剂为丙烯酰胺。
在本发明中丙烯酰胺具有亲水性，而异丙基丙烯酰胺单体是疏水性的，在 异丙基丙烯酰胺聚合的凝胶中加入丙烯酰胺，可提高整个体系的亲水性，增加 体系中更多的氢键，由于凝胶受热相变的原因是体系中氢键的断裂所致，增加 了氢键，就使体系相变的温度提高了。因此变性温度调节剂可用来调节温敏凝 胶的低临界溶解温度(LCST)。
本申请人于2007年2月7日提出了"一种温敏型聚异丙基丙烯酰胺 的单体制备方法"的发明专利申请，申请号为200710003153.l，本发明
中所采用的异丙基丙烯酰胺可以为按照专利申请"一种温敏型聚异丙基丙烯 酰胺的单体合成方法"所制作出的聚异丙基丙烯酰胺的单体。
本发明智能型仿组织超声体模经测试，其声学物理特性与生物组织基本相 同，声速为声速为1500 1550 m/s，声阻抗为(1.50~1.60) X 106Pa.s/m， 密度为1.01 1.06g/cm3。体积发生变化的较低临界溶解温度(lower critical solution temperature , LCST)或体积相变温度(Volume Phase Transition Temperature),即变性温度，通过原料配比的改变，可在30 70°C的范围内调节。 用聚焦超声进行辐照时，聚焦超声焦域内的仿组织超声体模即异丙基丙烯酰胺 (NIPA)聚合物水凝胶因超声能量的积聚使焦域内的温度达到变性温度时，外观 上从无色透明转变为不透明的乳白色，清晰显示聚焦超声的焦域形态；停止聚 焦超声辐射，由于局部热量的散失，温度低于变性温度时，白色的区域又逐渐 恢复到无色透明的状态。
本发明智能型仿组织超声体模用于显示聚焦超声焦域的原理是.-(1)由于智能型仿组织超声体模是一种智能型高分子物质，其声学物理特性与生物组织基本相同。声速为1500 1550 m/s，声阻抗为(1.50 1.60) X 106Pa*s/m，密度为1.01 1.06g/cm3。
(2) 在聚焦超声的焦点处，由于超声波的机械效应，热效应和空化效应的 综合作用，尤其是热效应，对超声智能型体模产生了强烈的刺激，当 聚焦超声波能量达到一定的强度阈值，使焦点处温度达到变性温度点 时，超声智能型体模内部分子结构发生了空间排列(构相)上的改变，
从而导致外观上从无色透明转变为乳白色(一种乳浊体)不透明。(注 构相改变，就是相变，也叫相分离。)
(3) 伴随焦点处超声能量的沉积和扩散，体模空间构相变化的范围随之改
变，外观表现出白色区域(或不透明区域)的对应扩大。在一定超声 强度范围内，这种改变是可逆的。随着超声辐照的消失，热量的散失， 温度降低，原本改变的空间构相则吸水自行恢复，即白色(或不透明) 的区域又恢复到无色透明的状态，这也是称为智能型体模的原因。
(4) 这种超声智能型体模所设计的变性温度和生物组织的凝固性坏死温度 接近，所显示的乳白色(或不透明)区域相当于HIFU作用于生物组织 形成的生物学焦域。还可以通过配比的变化改变变性温度，适应不同 的研究目的。
一种制作用于智能型仿组织超声体模的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水 凝胶的方法，包括以下步骤
1. 确定异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶组分，各组分的重量百分比可为 异丙基丙烯酰胺8 15%、低临界溶解温度(LCST)调节剂0 4%、引发还原剂 0. 02 0. 05%、交联剂 0. 1 0. 15%、引发氧化剂 0. 03 0. 07%、水91.85 80. 73%;
2. 将异丙基丙烯酰胺单体溶于部分水，可按单体与水质量比(0. 1 0.2) :1 的比例溶解；
3. 在步骤2溶液中加入交联剂，搅拌溶解；
4. 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，可按1 20%的浓度；
5. 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂的水溶液混匀于器皿中；
6. 用氮气置换器皿表面及周围的空气，时间可为1 3分钟；
7. 将引发氧化剂水溶液加入器皿中，充分混匀，并不断用氮气置换液体表面及周围的空气；
8. 注入完成后，器皿密闭在纯氮气环境中，其内的溶液反应3 24小时，温 度控制在15'C 25'C，得凝胶产品；
9. 所得凝胶产品在室温下经过多次水洗，每次去离子脱气水浸泡表面数小
时，然后倒掉水晾干数小时，多次重复，以除去表面未完全反应的残留单体和 引发剂的毒害性。
整个操作过程的温度控制在15°C 25°C，温度过高会引起在操作过程中就聚 合(爆聚)；温度过低则相反，很难聚合。
优选的是，在步骤1中，异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶组分中的变性温 度调节剂为丙烯酰胺，其在该聚合物凝胶中重量百分比含量为0 4%;在步骤2 制成的异丙基丙烯酰胺单体的水溶液中可以添加丙烯酰胺，改变LCST，以满足不 同使用目的的要求。控制异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺的比例，可以达到改变LCST 的目的。随着异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺摩尔比的降低，LCST不断升高。异丙基 丙烯酰胺与丙烯酰胺摩尔比为(100 70) : (0 30)之间调节变化时，可对LCST 的温度从3(TC 7(TC之间进行调节。具体而言，如果不加入丙烯酰胺，则维持聚 N —异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶本来的LCST，为30°C;异丙基丙烯酰胺与丙 烯酰胺摩尔比为95: 5时，LCST为40。C;异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺摩尔比为 80: 20时，LCST为60。C;异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺摩尔比为70: 30时，LCST 为70°C 。
优选的是所用的水为双蒸去离子水，去离子水适合于化学反应，但单纯的离 子水一般只经过了离子柱的渗透过滤，还不能完全去除水里的微生物。采用双蒸 去离子水，既适合化学反应，又没有微生物的污染。避免了凝胶体内部由于微生 物污染而导致的性状改变。进一步优选的是合成所用的水为脱气水。
优选的是在步骤2中，可适当加热帮助异丙基丙烯酰胺单体的溶解，但温度 不能超过40。C，且加热溶解后需冷却到25'C以下才能继续后续的操作。
优选的是根据使用要求，可通过改变交联剂的含量，使凝胶的弹性有所变化， 即可通过改变交联剂的含量，来改变凝胶的弹性。交联剂优选用N， N'-亚甲基双 丙烯酰胺；
优选的是引发氧化剂采用过硫酸铵，引发还原剂采用偏重亚硫酸钠。 优选的是步骤8中，密闭器皿反应是在通氮气的条件下使聚合反应隔离了空气中的氧气，保证了聚合的顺利进行和凝胶的质量。用生活中常用的密封性比较 好的塑料袋，将盛装己混匀好各种原料的器皿放入袋内，用氮气置换袋内的空气， 然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境。
器皿为玻璃烧杯或其他透明容器，氮气品质是普通工业用标准，压縮钢瓶减 压供给。
优选的是在步骤9中，将凝胶经过5次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面 12小时，然后倒掉水晾干12小时。次数过多，操作过于烦琐；过少，不能有效 的去除表面的残留单体。每次水浸泡12小时，晾干12小时，过短达不到效果，
过长会导致凝胶体积的明显膨胀。
优选的是还包括以下步骤
10.在步骤9凝胶水洗后，加入用蒸馏水配制的防腐剂溶液少量浸润凝胶表
面；所述的防腐剂可为卡松、甲醛、尼泊金酯系列，加入用蒸馏水配制的防腐剂
溶液浓度为卡松溶液浓度为40 100ug/ml，甲醛溶液浓度为0. 5 lmg/ml，尼 泊金酯溶液浓度为5 10mg/ml。
进一步优选的是加入用蒸馏水配制的卡松溶液少量浸润凝胶表面，可以起到 防腐的作用。防腐材料中使用甲醛会影响凝胶的透明性，而尼泊金酯不易溶于水， 影响防腐效果。
本发明智能型仿组织超声体模具有以下优点-
1、 超声智能体模的透明度很高，用聚焦超声辐照时，在变性温度点发生相 变时，其内形成的焦域形态清晰，边界明显。即在变性温度点之上，产 生的不透明相能清晰显示聚焦超声的焦域形态。
2、 随着超声辐照的停止，温度降低后，已变性(外观变白)的区域可以恢 复透明(在温度低于变性温度点后根据所变化的体积不同，产生相变的 时间有所不同，最快的可在I秒内产生相变)，具有智能性，因此可以 反复使用。
3、 通过调整体模的原料配比比例或添加适当的调节剂，可以将体模变性温 度在30 70'C的范围内调节。相对于蛋白质类体模只有单一的，较高的 变性温度，超声智能体模的变性温度范围可以在30 7(TC的范围内调 节，根据不同生物组织有不同凝固性坏死温度的模拟需要，可制做与模 拟生物组织相同变性温度的体模，适应面更为广阔。4、 独特的配方技术，可以在常温下实现体模的合成，制作体模操作简单。
5、 采用去离子脱气水配制，其内几乎不含空气，尽量减小了在接受超声作 用时空化效应形成的空泡对焦域显示的影响。
6、 此种超声智能体模，无论是原料还是配制流程，均可以做到严格的统一
性，而且体模本身为高分子聚合物，不含蛋白质等生物活性物质，因此 有良好的稳定性。
7、 所有的原料品质及配方比例可以确保一致，因此可以确保超声智能体模 性质的一致性，实现体模的标准化。
具体实施例方式
以下是制作异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶作为本发明智能型仿 组织超声体模的非限定具体实施例。
实施例1:变性温度为30。C即LCST为30。C的智能型仿组织超声体模 原料配比
异丙基丙烯酰胺 100. 0g
引发还原剂偏重亚硫酸钠 0. 5g
交联剂N， N，-亚甲基双丙烯酰胺 lg 引发氧化剂过硫酸铵 0.5g 水(去离子脱气水) 898g 操作步骤
1) 将异丙基丙烯酰胺单体溶于部分水，按单体与水质量比0. 15:1的比例
溶解；
2) 在步骤l)溶液中加入交联剂，搅拌溶解；
3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按10%的浓度；
4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；
5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围 的空气4分钟；
6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后用氮气置换袋内的空气3分 钟，然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；
127) 密闭器皿反应5小时，温度控制在2(TC，得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用去离子脱气水浸泡表面12小时，然后倒掉 水晾干12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度为 60ug/ml)。经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声 体模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为3(TC，其声学物理特性，声速 为1528 m/s，声阻抗为1.56X 106Pa s/m，密度为1.02g/cm3，用JC型聚 焦超声肿瘤治疗系统(重庆海扶(HIFU)技术有限公司研制)进行聚焦超声进 行实验时，用聚焦超声对体模进行辐照，聚焦超声焦域内的仿组织超声体模即 异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶因超声能量的积聚使焦域内的温度超过 变性温度3(TC时，超声体模内部分子结构发生空间排列(构相)上的改变即相 变，导致外观上从无色透明转变为不透明的乳白色，伴随焦点处超声能量的沉 积和扩散，体模空间构相变化的范围随之改变，外观表现出白色区域的对应扩 大，形成的白色区域焦域形态清晰，边界明显。停止聚焦超声对体模进行的辐 照，随着超声辐照的消失，聚焦超声焦域内温度随之下降，在低于3(TC的变性 温度时，原本改变的空间构相又自行恢复，即白色的区域又恢复到无色透明的 状态。即本发明的智能型仿组织超声体模在一定超声强度范围内，在变性点温 度处，相变是可逆的。外观变白的区域可以恢复透明，具有智能性，因此可以 反复使用。与现有技术中一次性使用的蛋白质类体模相比，大大降低了使用成 本，节约资源，有利于环境。实施例2:变性温度为4(TC即LCST为4(TC的智能型仿组织超声体模原料配比-异丙基丙烯酰胺 100.0g变性温度调节剂丙烯酰胺 3.31g引发还原剂偏重亚硫酸钠 0. 34g交联剂N， N，-亚甲基双丙烯酰胺 lg引发氧化剂过硫酸铵 0. 5g水(去离子脱气水) 895g 操作步骤1)将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺溶于部分水，按单体与水质量比 0. 15:1的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交联剂，搅拌溶解；3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按1%的浓度；4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围 的空气5分钟；6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后，用氮气置换袋内的空气3 分钟，然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；7) 密闭器皿反应24小时，温度控制在15'C，得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用去离子脱气水浸泡表面12小时，然后倒掉水 晾干12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度 80ug/ml)。经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声 体模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为4(TC,其声学物理特性，声速 为1522 m/s，声阻抗为1.54X 106Pa s/m，密度为1,01g/cm3。其余与实施 例1相同。实施例3:变性温度为6(TC即LCST为6(TC的智能型仿组织超声体模原料配比异丙基丙烯酰胺 100. Og变性温度调节剂丙烯酰胺 15. 7g引发还原剂偏重亚硫酸钠 0.4g交联剂N， N'-亚甲基双丙烯酰胺 1.2g引发氧化剂过硫酸铵 0.6g水(去离子脱气水) 882g 操作步骤1) 将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺溶于部分水，按单体与水质量比0. 18:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交联剂，搅拌溶解；3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按20%的浓度；4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围 的空气3分钟；6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后，用氮气置换袋内的空气1 分钟，然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；7) 密闭器皿(I )反应IO小时，温度控制在18°C，得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面12小时，然后倒掉水 晾干12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度为 50ug/ml)。经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声 体模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为6(TC，其声学物理特性，声速 为1530 m/s，声阻抗为1.55X 106Pa s/m，密度为1.01g/cm3。其余与实施 例1相同。实施例4:变性温度为7(TC即LCST为7(TC的智能型仿组织超声体模原料配比异丙基丙烯酰胺 100.0g变性温度调节剂丙烯酰胺 27g引发还原剂偏重亚硫酸钠 0.4g交联剂N， N，-亚甲基双丙烯酰胺 1.2g引发氧化剂过硫酸铵 0.5g水(去离子脱气水) 871g 操作步骤-1) 将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺溶于部分水，按单体与水质量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交联剂，搅拌溶解；3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按15%的浓度；4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围的空气5分钟；6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后，用氮气置换袋内的空气3分钟， 然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；7) 密闭器皿反应20小时，温度控制在25'C，得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面12小时，然后倒掉水晾干 12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度为40— 100ug/ml)。经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声体 模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为7(TC，其声学物理特性，声速为 1549m/s，声阻抗为1.56X 106Pa s/m，密度为1.01g/cm3。其余与实施例1相 同。实施例5:变性温度为57'C即LCST为57'C的智能型仿组织超声体模原料配比异丙基丙烯酰胺 85. Og变性温度调节剂丙烯酰胺 9.5g引发还原剂偏重亚硫酸钠 0.2g交联剂N， N'-亚甲基双丙烯酰胺 1 g引发氧化剂过硫酸铵 0.3g水(去离子脱气水) 898g 操作步骤1) 将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺溶于部分水，按单体与水质量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交联剂，搅拌溶解；3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按10%的浓度；4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围的空 气3—5分钟；6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后，用氮气置换袋内的空气2分钟， 然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；167) 密闭器皿反应15小时，温度控制在18'C，得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面12小时，然后倒掉水晾干 12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度为90ug/ml)。经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声体 模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为57'C，其声学物理特性，声速为 1541m/s，声阻抗为1.57X 106Pa s/m，密度为1.02g/cm3。其余与实施例1相 同。实施例6:变性温度为52'C即LCST为52'C的智能型仿组织超声体模原料配比异丙基丙烯酰胺 140. Og变性温度调节剂丙烯酰胺 10g引发还原剂偏重亚硫酸钠 0. 5g交联剂N， N，-亚甲基双丙烯酰胺 1.5g引发氧化剂过硫酸铵 0.7g水(去离子脱气水) 848g 操作步骤1) 将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺溶于部分水，按单体与水质量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交联剂，搅拌溶解；3) 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，都按15%的浓度；4) 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂水溶液混匀于器皿中；5) 将器皿放入密封性比较好的保鲜塑料袋内，用氮气置换器皿表面及周围的空 气5分钟；6) 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后，用氮气置换袋内的空气3分钟， 然后扎紧袋口，保持其内的纯氮气环境；7) 密闭器皿反应15小时，温度控制在25'C,得凝胶产品；8) 凝胶经过5次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面12小时，然后倒掉水晾千 12小时后，可以在表面浸润少许用蒸馏水配制的卡松溶液(浓度为40 100ug/ml)。17经测试所制得的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶智能型仿组织超声体 模的变性温度即较低临界溶解温度(LCST)为52'C,其声学物理特性，声速为 1536m/s，声阻抗为1.58X 106Pa s/m，密度为1.03g/cm3。其余与实施例1相 同。
权利要求
1.一种智能型仿组织超声体模，其特征在于是一种具有以下的声学及其他物理特性的温敏性高分子凝胶声速为1500～1550m/s，声阻抗为(1.50～1.60)×106Pa·s/m，密度为1.01～1.06g/cm3，有体积发生变化的较低临界溶解温度(LCST)或体积相变温度，即变性温度，变性温度点能通过原料配比的改变，进行调节，在变性温度点上下，产生不透明相与透明相的可逆相变。
2. 根据权利要求1所述的智能型仿组织超声体模，其特征在于所说 的温敏性高分子凝胶为异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶或聚N—乙烯基己内酰 胺水凝胶或丙烯酸-p-羟基丙酯-N-肉桂酰氧甲基丙烯酰胺共聚物水凝胶。
3. 根据权利要求2所述的智能型仿组织超声体模，其特征在于用于 智能型仿组织超声体模的异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶其组分包括异丙基 丙烯酰胺、水，还包括引发还原剂、交联剂、引发氧化剂，还包括变性温度 调节剂，各组分的重量百分比可为异丙基丙烯酰胺单体8 15%、变性温度 调节剂0 4%、引发还原剂 0. 02 0. 05%、交联剂 0. 1 0. 15%、引发氧化 剂 0.03 0.07%、水91.85 80. 73%，变性温度为30°C 70°C 。
4. 根据权利要求3所述的智能型仿组织超声体模，其特征在于所用 的水为去离子脱气水，交联剂为N， N'-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，引发氧 化剂为过硫酸铵(APS)，引发还原剂采用偏重亚硫酸钠。
5. 根据权利要求3所述的智能型仿组织超声体模，其特征在于变性 温度调节剂为丙烯酰胺。
6. —种制作用于智能型仿组织超声体模的异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶 的方法，包括以下步骤 (1).确定异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶组分，各组分的重量百分比为异丙基丙烯酰胺8 15%、低临界溶解温度即变性温度调节剂0 4%、引发还原剂 0. 02 0. 05%、交联剂 0. 1 0. 15%、引发氧化剂 0. 03 0. 07%、水91.85 80. 73%;(2) .将异丙基丙烯酰胺单体溶于部分水；(3) .在步骤(2)溶液中加入交联剂，搅拌溶解；(4) .引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水；(5) .异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂的水溶液混匀于器皿中；(6) .用氮气置换器皿表面及周围的空气；(7) .将引发氧化剂水溶液加入器皿中，充分混匀，并不断用氮气置换液体 表面及周围的空气；(8) .注入完成后，器皿密闭在纯氮气环境中，其内的溶液反应3 24小时， 温度控制在15°C 25°C，得凝胶产品；
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括以下步骤(9) .所得凝胶产品在室温下经过多次水洗，每次去离子脱气水浸泡表面数 小时，然后倒掉水晾干数小时，多次重复，以除去表面未完全反应的残留单体 和引发剂，避免其导致的毒害性；(10) .在步骤(9)凝胶水洗后，加入用蒸馏水配制的防腐剂溶液浸润凝 胶表面。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(1)中变性温度调节剂 为丙烯酰胺，在步骤(2)制成的异丙基丙烯酰胺单体的水溶液中添加丙烯酰胺。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺摩 尔比为(100 70) : (0 30)之间调节变化时，可对变性温度从30°C 70°C 之间进行调节。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于在步骤(2)中，可适当加热 帮助异丙基丙烯酰胺单体的溶解，但温度不能超过4(TC，且加热溶解后需冷却到25'C以下才能继续后续的操作。
11. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(1)中所用的水为去离 子脱气水。
12. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于根据使用要求，可通过改变 交联剂的含量，来改变凝胶的弹性，交联剂可采用N, N'-亚甲基双丙烯酰胺。
13. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于引发氧化剂采用过硫酸铵， 引发还原剂采用偏重亚硫酸钠。
14. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(8)中，密闭器皿反应 是在氮气的条件下使聚合反应隔离空气中的氧气，保证聚合的顺利进行和凝胶 的质量。
15. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于在步骤IO中所述的防腐剂为 卡松、甲醛或尼泊金酯系列，加入用蒸馏水配制的防腐剂溶液浓度为卡松溶 液浓度为40 100ug/ml，甲醛溶液浓度为0. 5 lmg/ml，尼泊金酯溶液浓度为5 10mg/ml。
全文摘要
一种智能型仿组织超声体模，是一种具有以下所述的声学及其他物理特性的温敏性高分子凝胶声速为1500～1550m/s，声阻抗为(1.50～1.60)×10⁶Pa·s/m，密度为1.01～1.06g/cm³，有体积发生变化的较低临界溶解温度(LCST)或体积相变温度(Volume Phase Transition Temperature)，即变性温度。变性温度点能通过原料配比的改变，进行调节，在变性温度点上下，产生不透明相与透明相的可逆相变。所说的温敏性高分子凝胶可为一种异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物。本发明超声体模外观透明，热变性温度可调、热变浑浊区域稳定，边界清楚，体模材料稳定、不易变质，能确保品质的一致性，受热变性，外观变白，热能消失后恢复原状，能反复使用。
文档编号A61N7/00GK101513554SQ200810007970
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者叶方伟, 田耘博 申请人:重庆海扶(Hifu)技术有限公司