一种外科手术封合剂胀破强度检测装置的制作方法

本发明属于材料性能检测设备领域，具体涉及一种外科手术封合剂胀破强度检测装置。

背景技术：

水凝胶作为一种生物相容性材料，是一类具有亲水基团的三维网络结构聚合物，由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用，水凝胶能被水溶胀但不溶于水且保持一定的形状。在医学上，水凝胶可用于创面敷料、手术后防粘连、手术中止血、组织填充、防止组织液渗漏或气体泄漏等。水凝胶用作组织液渗漏或气体泄漏机械性封堵时，也被称为外科手术封合剂。

手术封合剂具有很多潜在的医用应用，包括闭合伤口、在外科手术中辅助缝合线或缝合钉、作为防止术后粘连的阻隔物以及作为止血封合剂等。目前纤维蛋白胶常用作外科手术封合剂，它由人或动物纤维蛋白原、凝血酶和凝胶促进剂组成。作为一种双组份粘合剂，混合后迅速反应形成凝胶。所形成的凝胶可以粘附到组织上，止血、桥接组织创面等直至愈合为止。

双组份的水凝胶材料凝胶时间可以根据组成进行调节，如戊二醛/牛血清白蛋白凝胶凝胶时间大于30秒，Bard公司Progel（白蛋白/聚乙二醇凝胶）凝胶时间小于15秒，Baxter公司Coseal（双组份聚乙二醇凝胶）凝胶时间小于10秒。对于凝胶速度较快（如凝胶时间小于20秒的凝胶）的双组份凝胶难以通过流变仪检测凝胶的弹性模量。通过检测胀破强度可以对外科用手术封合剂的强度进行评价。

中国专利申请201610194316.8提供了一种外科手术封合剂胀破强度检测装置，可检测外科手术封合剂喷涂到材料表面后的封合强度。在临床实际使用过程中，外科手术封合剂喷涂后形成的凝胶，与体液接触后吸收水分将会发生溶胀，随着在体液中浸泡时间的延长，凝胶的封合强度将可能发生变化，研究凝胶强度随着浸泡时间的延长的变化对临床应用具有指导意义。

因此，需要发展一种水凝胶在液体浸泡条件下的胀破强度检测装置，可以对外科手术封合剂使用后的力学性能进行评价。

技术实现要素：

本发明提供一种操作简便的外科手术封合剂胀破强度检测装置，可对外科手术封合剂凝胶液体浸泡条件下的力学性能进行检测。

本发明所述的材料胀破强度检测装置，包括基质固定腔（1）、基质固定环（2）、活塞（3）、压力传感器（4）、记录仪（6）和 增压泵（7）；其中，基质固定环(2)固定在基质固定腔(1)上；基质固定腔(1)上端开口，内部设置活塞（3），底部通过三联管道(5)分别与压力传感器(4)和增压泵(7)连接，压力传感器(4)与记录仪(6)相连。

上述的强度检测装置中，基质固定腔由不锈钢、聚甲醛或聚醚醚酮等硬质材料制成。其形状可以为圆柱体、立方体或者其他任意形状，优选为圆柱体。优选的基质固定腔为外径20-80mm，内径18-78mm，高5-50mm的腔体。

上述的强度检测装置中，基质固定腔内部设活塞，可以自由移动，活塞内径为18-78mm，高度h为1-10mm。活塞的作用是将基质固定腔中的液体与底部隔离，防止液体从基质固定腔中流到三联管道中。

上述的强度检测装置中，基质固定环通过螺纹、螺丝或者卡件固定在基质固定腔上，优选通过螺纹固定。基质固定环的作用是将基质膜固定在基质腔上，基质膜为肠衣、猪皮或心包膜等未交联蛋白质膜材料，以利于模拟人体组织与外科用手术封合剂材料的接触状态。强度检测装置在使用时，先将基质膜覆盖在基质固定腔上，通过基质固定环将基质膜固定，基质膜中心用打孔器打孔，孔径范围优选为2-5mm。

上述的强度检测装置中，增压泵可为气体增压泵或液体增压泵。增压泵压力范围优选为0-50kPa。

上述的强度检测装置中，优选将一液晶显示记录仪与压力传感器连接，以利于记录强度变化。压力传感器优选范围在0-100kPa，精度范围±0.1％-0.5％。

作为一种优选的实施方案，本发明提供了一种强度检测装置，包括基质固定腔（1）、基质固定环（2）、活塞（3）、压力传感器（4）、记录仪（6）、增压泵（7）和活塞限位器（8）；其中，基质固定环(2)通过卡扣固定在基质固定腔(1)上；基质固定腔(1)上端开口，内部设置活塞（3）和活塞限位器（8），底部通过三联管道(5)分别与压力传感器(4)和增压泵(7)连接，压力传感器(4)与记录仪(6)相连。

上述的强度检测装置中，基质固定腔内部设活塞限位器。活塞限位器的作用是防止增压过程中，活塞移出基质固定腔。

本发明所述的材料胀破强度检测装置，结构简单，使用方便，可检测材料在液体浸泡条件下的胀破强度。本发明还示范了所述的检测装置在外科手术封合剂胀破强度检测中的应用。在使用时，先将活塞滑动到基质固定腔底部，将液体注入到基质固定腔中，注满液体后，将基质膜覆盖在基质固定腔上，通过基质固定环将基质膜固定在基质固定腔上。液体可以为生理盐水或等渗磷酸盐缓冲液，以利于模拟人体液。基质膜为肠衣、猪皮或心包膜等未交联蛋白质膜材料，以利于模拟人体组织与外科用手术封合剂材料的接触状态。固定好后，基质膜中心用打孔器打孔，孔径范围优选为2-5mm。然后将待检测的材料如外科用手术封合剂喷涂到基质表面，待外科手术封合剂凝胶后，在凝胶上层注入少量水，将凝胶浸没即可。浸泡一段时间后，打开增压泵，记录仪记录强度变化。外科手术封合剂凝胶破裂，或者封合剂与基质剥离，强度减小。强度达到的最大值即为外科手术封合剂胀破强度。适合检测的外科用手术封合剂如水凝胶材料，例如Bard公司的Progel封合剂(白蛋白/聚乙二醇凝胶)、Baxter公司的Coseal封合剂(双组份聚乙二醇凝胶)、Confluent Surgical公司DuraSeal封合剂、HyperBranch Medical Technology公司Adherus封合剂和Ocuseal封合剂、CryoLife公司BioGlue外科手术粘合剂等。此外，该装置也适用于组织粘合剂(如Ethicon的DERMABOND皮肤粘合剂)和止血剂(如冻干人血纤维蛋白胶)的封合强度检测。本发明所述的外科手术封合剂胀破强度检测装置，结构简单，使用方便。

外科手术封合剂胀破时记录仪记录的强度最大值为P_max，浸泡液体密度为ρ_液体，浸泡液体高度为H_液体，重力加速度为g，活塞密度为ρ_活塞，活塞高度为h_活塞，按下式计算外科手术封合剂胀破强度P：

P=P_max-ρ_液体×g×H_液体-ρ_活塞×g×h_活塞

本发明的所述的材料胀破强度检测装置，优选还可用于检测血清白蛋白凝胶的胀破强度，所述凝胶的具体制备工艺可以参考中国专利申请201510960917 .0，在此全部引入作为参考。所述的血清白蛋白凝胶可以通过如下优选的方法制备：

(1)、配制第一液体组分：将血清白蛋白溶于pH范围为6 .0-10 .0缓冲溶液中配制得到浓度为5％-45％(w/v)的血清白蛋白溶液；优选的，所述的血清白蛋白溶液可经辐射处理，辐照剂量范围为5kGy-45kGy之间；

(2)、配制第二液体组分：将含有亲电官能团的亲水性聚合物固体组分溶解于pH范围为6 .0-10 .0的缓冲溶液中，配制得到浓度为5％～45％(w/v)的含亲电官能团的亲水性聚合物组分溶液，其中所述的含亲电官能团的亲水性聚合物组分与第一液体组分中的血清白蛋白的质量比为0 .3-2；

(3)、将第一液体组分与第二液体组分混合，交联形成血清白蛋白凝胶。

含有亲电官能团的亲水性聚合物可以选自双琥珀酰亚胺丙酸酯基聚乙二醇、双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇、双琥珀酰亚胺戊二酸酯基聚乙二醇、双琥珀酰亚胺癸二酸酯基聚乙二醇、季戊四醇聚乙二醇醚四琥珀酰亚胺戊二酸、季戊四醇聚乙二醇醚四琥珀酰亚胺丁二酸、季戊四醇聚乙二醇醚四琥珀酰亚胺癸二酸中的一种或多种，分子量为1000-100000，优选为2000-50000，更优选3000-20000。优选双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇，分子量为1000-100000，优选为2000-50000，更优选3000-20000。

所述的血清白蛋白凝胶可用于人体各种外科手术中创口的粘合、止血、防渗漏或防粘连中的应用，例如在医学上可用于心血管、普外科、整形科、神经外科、眼科、骨科手术或肺部手术过程中封合缺损组织。

本发明所述胀破强度检测装置尤其适用于与组织接触的外科手术封合剂或者组织粘合剂在液体浸泡条件下的封合强度检测。该装置经济实用，方便、高性价比，检测轻便且灵活，方便使用人员的操作，具有更安全、可靠、环保、方便等特点。

附图说明

图1为本发明所述材料胀破强度检测装置示意图。图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵。

图2为本发明所述材料胀破强度检测装置示意图。图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵，8为活塞限位器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确。

实施例1

如图1所示，图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵。

基质固定腔为外径35mm，内径30mm，高50mm的腔体，由铝合金制成。活塞直径30mm，高度h为10mm，由铝合金制成，密度为2.7g/cm³。先将活塞滑动到基质固定腔底部，将生理盐水注入到基质固定腔中，腔体注满生理盐水。基质材料为肠衣膜材料，直径为80mm，中心用打孔器打孔，孔径3mm。将基质材料通过基质固定环固定在基质固定腔上，基质固定环和基质固定腔通过卡件或螺丝固定。

取明胶0 .4克(20％，w/v)溶解在由去离子水配制的2mL磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 7 .4)。37℃间断搅拌1小时，使其溶解，待明胶彻底溶解成为透明状液体后，用真空泵抽气30分钟使得溶液中气泡快速消除。

称取分子量为5000的双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇0 .2g，溶解在由去离子水配制的2ml磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 8.6)，涡旋使其溶解成为透明状液体。

室温条件下，将明胶溶液与双琥珀酰亚胺琥珀酸酯聚乙二醇溶液等体积混合均匀后，喷涂到基质表面，待凝胶后，打开增压泵，记录仪记录强度变化。明胶/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇外科手术封合剂凝胶破裂，记录的强度达到的最大值P_max为15.9kPa，明胶/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇科手术封合剂即刻胀破强度为9.2kPa（P=P_max-ρ_液体×g×H_液体-ρ_铝合金×g×h_铝合金= 15.9×10³Pa -1×10³×10×0.4Pa-2.7×10³×10×0.1Pa=9.2 ×10³Pa）。

实施例2

如图1所示，图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵。

基质固定腔为外径35mm，内径30mm，高50mm的腔体，由铝合金制成。活塞直径30mm，高度h为10mm，由铝合金制成，密度为2.71g/cm³。先将活塞滑动到基质固定腔底部，将生理盐水注入到基质固定腔中，腔体注满生理盐水。基质材料为肠衣膜材料，直径为80mm，中心用打孔器打孔，孔径3mm。将基质材料通过基质固定环固定在基质固定腔上，基质固定环和基质固定腔通过卡件或螺丝固定。

取明胶0 .4克(20％，w/v)溶解在由去离子水配制的2mL磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 7 .4)。37℃间断搅拌1小时，使其溶解，待明胶彻底溶解成为透明状液体后，用真空泵抽气30分钟使得溶液中气泡快速消除。

称取分子量为5000的双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇0 .2g，溶解在由去离子水配制的2ml磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 8.6)，涡旋使其溶解成为透明状液体。

室温条件下，将明胶溶液与双琥珀酰亚胺琥珀酸酯聚乙二醇溶液等体积混合均匀后，喷涂到基质表面，待凝胶后，在凝胶上层注入少量生理盐水，将凝胶浸没。浸泡1小时后，打开增压泵，记录仪记录强度变化。明胶/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇外科手术封合剂凝胶破裂，记录的强度达到的最大值P_max为12.4kPa，明胶/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇外科手术封合剂生理盐水浸泡30分钟后胀破强度为5.7kPa（P=P_max-ρ_液体×g×H_液体-ρ_铝合金×g×h_铝合金= 12.4×10³Pa -1×10³×10×0.4 Pa -2.7×10³×10×0.1 Pa =5.7×10³Pa）。

实施例3

如图2所示，图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵，8为活塞限位器。

基质固定腔为外径35mm，内径30mm，高50mm的腔体，由铝合金制成。活塞直径30mm，高度h为5mm，由铝合金制成，密度为2.71g/cm³。先将活塞滑动到基质固定腔底部，将生理盐水注入到基质固定腔中，腔体注满生理盐水。基质材料为肠衣膜材料，直径为80mm，中心用打孔器打孔，孔径3mm。将基质材料通过基质固定环固定在基质固定腔上，基质固定环和基质固定腔通过卡件固定。

取血浆来源的人血清白蛋白0 .4克(20％，w/v)，溶解在由去离子水配制的2mL磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 7 .4)。37℃间断搅拌1小时，使其溶解，待蛋白彻底溶解成为透明状液体后，用真空泵抽气30分钟使得溶液中气泡快速消除。将血浆来源的人血清白蛋白溶液经电子束辐照，辐照剂量为20kGy。

称取分子量为5000的双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇0 .3g，溶解在由去离子水配制的2ml磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 8.4)，涡旋使其溶解成为透明状液体。

室温条件下，将血浆来源的人血清白蛋白溶液与双琥珀酰亚胺琥珀酸酯聚乙二醇溶液等体积混合均匀后，喷涂到基质材料表面交联形成血清白蛋白凝胶。打开增压泵，记录仪记录强度变化。人血清白蛋白/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇外科手术封合剂凝胶破裂，记录的强度达到的最大值P_max为21.6kPa，人血清白蛋白/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇科手术封合剂即刻胀破强度为15.8kPa（P=P_max-ρ_液体×g×H_液体-ρ_铝合金×g×h_铝合金= 21.6×10³ Pa -1×10³×10×0.45 Pa -2.7×10³×10×0.05 Pa =15.8×10³ Pa）。

实施例4

如图2所示，图中1为基质固定腔，2为基质固定环，3为活塞，4为压力传感器，5为三联管道，6为液晶显示记录仪，7为增压泵，8为活塞限位器。

基质固定腔为外径35mm，内径30mm，高50mm的腔体，由铝合金制成。活塞直径30mm，高度h为5mm，由铝合金制成，密度为2.71g/cm³。先将活塞滑动到基质固定腔底部，将生理盐水注入到基质固定腔中，腔体注满生理盐水。基质材料为肠衣膜材料，直径为80mm，中心用打孔器打孔，孔径3mm。将基质材料通过基质固定环固定在基质固定腔上，基质固定环和基质固定腔通过卡件固定。

取血浆来源的人血清白蛋白0 .4克(20％，w/v)，溶解在由去离子水配制的2mL磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 7 .4)。37℃间断搅拌1小时，使其溶解，待蛋白彻底溶解成为透明状液体后，用真空泵抽气30分钟使得溶液中气泡快速消除。将血浆来源的人血清白蛋白溶液经电子束辐照，辐照剂量为20kGy。

称取分子量为5000的双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇0 .3g，溶解在由去离子水配制的2ml磷酸盐缓冲液(10mM ,pH 8.4)，涡旋使其溶解成为透明状液体。

室温条件下，将血浆来源的人血清白蛋白溶液与双琥珀酰亚胺琥珀酸酯聚乙二醇溶液等体积混合均匀后，喷涂到基质材料表面交联形成血清白蛋白凝胶。待凝胶后，在凝胶上层注入少量生理盐水，将凝胶浸没。浸泡4小时后，打开增压泵，记录仪记录强度变化。人血清白蛋白/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇外科手术封合剂凝胶破裂，记录的强度达到的最大值P_max为18.5kPa，人血清白蛋白/双琥珀酰亚胺琥珀酸酯基聚乙二醇科手术封合剂浸泡4小时后胀破强度为12.7kPa（P=P_max-ρ_液体×g×H_液体-ρ_铝合金×g×h_铝合金= 18.5×10³ Pa -1×10³×10×0.45 Pa -2.7×10³×10×0.05 Pa =12.7×10³ kPa）。