复合结构粘合剂组合物和相关方法与流程

本公开大体上涉及粘合剂组合物，并且更具体地涉及用于高压聚焦超声应用的复合结构粘合剂。

背景技术：

1、聚焦超声(即，具有大于约20千赫兹的频率的声波)可用以对患者的体内组织进行成像或治疗。举例来说，超声波可以用于涉及肿瘤的消融的应用，进而不再需要有创手术、靶向药物递送、血脑屏障的控制、血块的裂解和其它手术程序。在肿瘤消融期间，超声换能器被放置在患者外部，但非常接近于要消融的组织(即，标靶)。超声换能器将电子驱动信号转换为机械振动，从而导致声波的发射。换能器可以在几何学上连同其它此类换能器一起成形和定位，使得它们发射的超声能量共同地在对应于靶组织区(或靶组织区内)的“焦点区域”形成聚焦波束。替代地或另外，单个换能器可以由多个受个别驱动的换能器元件形成，所述换能器元件的相位可各自独立地受控。此“相控阵列”换能器促进通过调整换能器之间的相对相位将焦点区域操纵到不同位置。如本文所使用，术语“元件”意味着阵列中的个别换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。在一些情况下，磁共振成像(mri)可用以使患者和标靶可视化，且进而引导超声波束。

2、常规的超声换能器是以堆叠配置层压在两个电极层之间以提供高功率递送效率的多层结构。可以基于期望的频率响应曲线来选择层的数量和顺序以及其厚度。通常，所述层中的至少一个层由可以由电信号驱动以产生超声能量的压电(例如，压电陶瓷)材料形成。其它介入层有助于机械稳定性和能量的高效递送。因为每个层可以具有不同的声学参数，所以层的组合可以生成具有合适带宽的期望的工作频率响应。但保持换能器结构的整体机械完整性，特别是防止各层随时间推移分层可能是具有挑战性的。

3、示例性换能器结构包括三个介入层：树脂浸渍石墨、压电的锆钛酸铅(pzt)和铜浸渍石墨。操作电压取决于必要的声功率递送。对于成像应用，超声换能器可以以数十伏驱动；对于需要递送高声功率水平以破坏或消融组织的治疗应用，换能器可以以数百伏驱动。一些治疗应用(如组织碎化术(histotripsy))可以以数千伏驱动换能器，以便实现非常高的瞬时功率水平并在内部解剖标靶处引起空化。

4、通常，用于粘合换能器元件的粘合剂应展现出良好的机械特性、高玻璃转变温度(tg)和对使用例如无电式铜电镀工艺涂覆的适应性。然而，对于高压聚焦超声应用，粘合剂还必须能够容忍所产生的应力，并且同时提供足够的电隔离以防止跨粘合元件产生电弧。许多满足基本性能标准的粘合剂均不符合后一种要求。因此，需要可以使用常规技术应用但仍提供高强度、耐久性和强电隔离的粘合剂组合物。

技术实现思路

1、本公开涉及用于高压聚焦超声应用的复合结构粘合剂。复合结构粘合剂包含环氧树脂和填料，所述填料包括无定形粉末和气相二氧化硅。它们在固化后展现出良好的机械特性、高玻璃转变温度和对使用常见技术涂覆的适应性。

2、在本公开的各种实施方案中，本文所描述的复合结构粘合剂(i)具有至少120℃的足够的热变形温度(hdt)；(ii)在换能器的制造和操作期间(例如，在>3000v下)具有结构稳定性；(iii)与铜(例如，通过电镀工艺，如无电式电镀工艺或电镀工艺)具有粘附性；(iv)具有高电阻；和/或(v)对压电材料的电阻抗和声阻抗的干扰为零或最小

3、在一些实施方案中，超声换能器包含多个片块，每个片块包含第一导电层、第二导电层、安置在(例如，夹在)第一导电层与第二导电层之间的多个换能器元件以及复合结构粘合剂。在一些实施方案中，复合结构粘合剂(a)安置在(例如，夹在)第一导电层与第二导电层之间，并且(b)安置在多个换能器元件中的相应相邻换能器元件之间。在一些实施方案中，复合结构粘合剂包括环氧树脂、气相二氧化硅和选自由以下组成的组的粉末：(i)微粉化云母，(ii)生物活性玻璃粉末，以及(iii)微粉化云母和生物活性玻璃粉末。

4、在一些实施方案中，复合结构粘合剂与第一导电层和第二导电层直接接触。在一些实施方案中，多个换能器元件形成换能器元件的弯曲阵列。在一些实施方案中，多个换能器元件中的相应换能器元件以第一间距分开。在一些实施方案中，第一间距不超过1mm。在一些实施方案中，第一间距不超过500μm。在一些实施方案中，第一间距不超过300μm。在一些实施方案中，粉末包含最大直径不超过第一间距的颗粒。在一些实施方案中，粉末包含平均直径不超过300μm的颗粒。在一些实施方案中，第一导电层和第二导电层中的每一个是通过电镀形成的。在一些实施方案中，第一导电层和第二导电层中的每一个是通过无电式电镀形成的。在一些实施方案中，第一导电层和第二导电层中的每一个包含铜层。

5、在本公开的各种实施方案中，复合结构粘合剂包含环氧树脂、气相二氧化硅和选自由以下组成的组的粉末：(i)微粉化云母，(ii)生物活性玻璃粉末，以及(iii)微粉化云母和生物活性玻璃粉末。在一些实施方案中，复合结构粘合剂用于聚焦超声应用。

6、在一些实施方案中，粉末由微粉化云母组成。在一些实施方案中，粉末由生物活性玻璃粉末组成。在一些实施方案中，粉末由微粉化云母和生物活性玻璃粉末组成。在一些实施方案中，粉末包含平均直径不超过300μm的颗粒。在一些实施方案中，环氧树脂是双酚a二缩水甘油醚环氧树脂。在一些实施方案中，环氧树脂在热固化后的玻璃转变温度(tg)为90℃。在一些实施方案中，环氧树脂是产生90℃的阈值tg的硬化剂和树脂的组合。在一些实施方案中，在固化之后，粘合剂展现出至少120℃的热变形(例如，热变形温度)。

7、在本公开的各种实施方案中，一种制造超声换能器片块的方法包含将环氧树脂混合物浇铸在压电陶瓷片块上以形成浇铸组件。环氧混合物包含环氧树脂、气相二氧化硅和粉末。粉末基本上由以下组成：(i)微粉化云母，(ii)生物活性玻璃粉末，或(iii)微粉化云母和生物活性玻璃粉末。所述方法包含使浇铸组件固化以形成固化组件。所述方法包含在固化组件上方电镀铜层。

8、在一些实施方案中，所述方法进一步包含在固化浇铸组件的同时，将所述浇铸组件压制成弯曲形状。在一些实施方案中，所述方法进一步包含在固化组件上方电镀铜层之后，在3000v的操作电压下操作超声换能器片块。在一些实施方案中，所述方法进一步包含在固化组件上方电镀铜层之后，将超声换能器片块组装成包含多个超声换能器片块的单个多片块换能器阵列。

9、因此，提供了用于高压聚焦超声应用的复合结构粘合剂。

10、注意，上文所描述的各种实施方案可以与本文所描述的任何其它实施方案组合。本说明书中描述的特征和优点并非全部包括性的，并且具体地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多另外的特征和优点对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性目的而选择的，并且可能没有被选择来划定或限制本发明的主题。

技术特征：

1.一种超声换能器，其包含多个片块，每个片块包括：

2.根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述复合结构粘合剂与所述第一导电层和所述第二导电层直接接触。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的超声换能器，其中所述多个换能器元件形成换能器元件的弯曲阵列。

4.根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述多个换能器元件中的所述相应换能器元件以第一间距分开。

5.根据权利要求4所述的超声换能器，其中所述第一间距不超过1mm。

6.根据权利要求4所述的超声换能器，其中所述第一间距不超过500μm。

7.根据权利要求4所述的超声换能器，其中所述第一间距不超过300μm。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的超声换能器，其中所述粉末包含最大直径不超过所述第一间距的颗粒。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声换能器，其中所述粉末包含平均直径不超过300μm的颗粒。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的超声换能器，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的每一个是通过电镀形成的。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的超声换能器，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的每一个是通过无电式电镀形成的。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的超声换能器，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的每一个包含铜层。

13.一种复合结构粘合剂，其包含：

14.根据权利要求13所述的粘合剂，其中所述粉末由微粉化云母组成。

15.根据权利要求13所述的粘合剂，其中所述粉末由生物活性玻璃粉末组成。

16.根据权利要求13所述的粘合剂，其中所述粉末由微粉化云母和生物活性玻璃粉末组成。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的粘合剂，其中所述粉末包含平均直径不超过300μm的颗粒。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的粘合剂，其中所述环氧树脂是双酚a二缩水甘油醚环氧树脂。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的粘合剂，其中所述环氧树脂在热固化后的玻璃转变温度(tg)为90℃。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的粘合剂，其中所述环氧树脂是产生90℃的阈值tg的硬化剂和树脂的组合。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的粘合剂，其中在固化之后，所述粘合剂展现出至少120℃的热变形温度。

22.一种制造超声换能器片块的方法，所述方法包含：

23.根据权利要求所述的方法，其进一步包含在固化所述浇铸组件的同时，将所述浇铸组件压制成弯曲形状。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其进一步包含：

25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其进一步包含：

26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述粉末由微粉化云母组成。

27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其中所述粉末由生物活性玻璃粉末组成。

28.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，其中所述粉末由微粉化云母和生物活性玻璃粉末组成。

29.根据权利要求22至28中任一项所述的方法，其中所述粉末包含平均直径不超过300μm的颗粒。

30.根据权利要求22至29中任一项所述的方法，其中所述环氧树脂是双酚a二缩水甘油醚环氧树脂。

技术总结
本文所描述的各个实施方案包括用于高压聚焦超声应用的粘合剂组合物。在一个方面，一种超声换能器包含多个片块。每个片块包括第一导电层、第二导电层、安置在所述第一导电层与所述第二导电层之间的多个换能器元件以及复合结构粘合剂，所述复合结构粘合剂(a)安置在所述第一导电层与所述第二导电层之间并且(b)安置在所述多个换能器元件中的相应相邻换能器元件之间。所述复合结构粘合剂包括环氧树脂、气相二氧化硅和选自由以下组成的组的粉末：(i)微粉化云母，(ii)生物活性玻璃粉末，以及(iii)微粉化云母和生物活性玻璃粉末。

技术研发人员：约纳坦·沙查夫,奥列格·普鲁斯,弗拉季斯拉夫·德门斯基,阿迪·格林伯格
受保护的技术使用者：医视特有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/12