專利名稱：生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法及用該材料制備的模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物組織仿生材料的制備方法，具體涉及一種具有任意給定的光
學(xué)常數(shù)的生物組織仿生材料的制備方法。
背景技術(shù)：
研究用于癌癥早期診斷的近紅外光(600 1000nm)成像方法，是目前生物醫(yī)學(xué)光 學(xué)中的重要課題，這是因?yàn)橛媒t外光對(duì)生物組織進(jìn)行成像具有無(wú)損、活體、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。 要想用近紅外光成像，就要了解近紅外光與組織的相互作用規(guī)律，而這正是目前學(xué)術(shù)界研 究的一個(gè)重要領(lǐng)域。只有在了解了光與組織相互作用的基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能作進(jìn)一步 的成像研究。生物體本身是一個(gè)實(shí)時(shí)變化的生命體，任何外界環(huán)境的變化都會(huì)改變其原來(lái) 的狀態(tài)，即使外界環(huán)境不變，其自身每時(shí)每刻也在不斷變化。理論研究的結(jié)果需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn) 證，但是，這些變化的因素給實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)復(fù)雜性。 生物組織與近紅外光相互作用時(shí)表現(xiàn)為弱吸收和高度前向散射，這一規(guī)律可以用 兩個(gè)基本的，也是最重要的光學(xué)常數(shù)來(lái)描述，即吸收系數(shù)P a和散射系數(shù)P s。如果能夠制備 出一種仿生模型，其具有與生物組織相近的光學(xué)性質(zhì)，即相近的光學(xué)常數(shù)，并且性質(zhì)穩(wěn)定、 形狀可塑性強(qiáng)，又可以重復(fù)使用，這將有助于在實(shí)驗(yàn)中用來(lái)模擬生物組織，它將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn) 化，有利于基礎(chǔ)理論研究的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 目前，光學(xué)仿生模型概括說(shuō)來(lái)有兩種，一種是液體仿生模型，另一種是固體仿生模 型。在制備液體仿生模型時(shí)，大多選擇脂肪乳劑(Intralipid)作為散射體，其中的水是基 底，吸收體是墨水、血液、染料等。液體仿生模型制作靈活，可以實(shí)時(shí)制備和使用，直至今天 依然被采用。但是，其缺點(diǎn)也十分顯著。首先，穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)是易變質(zhì)。其次，不能重 復(fù)使用，這將影響實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和可靠性。固體仿生模型是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種模擬生 物組織光學(xué)性質(zhì)的模型，它所具備的性能穩(wěn)定、可重復(fù)使用等特點(diǎn)成為近年來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)。 固體仿生模型的基體可以是樹脂、硅膠、凝膠，散射體是聚苯乙烯球、氧化鈦、氧化鋁、硅顆 粒等，吸收體一般選用墨水、血液、染料等。它的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備也相對(duì)昂貴。而且 有關(guān)制備工藝在文獻(xiàn)上少有報(bào)道，基本屬于技術(shù)保密范疇。 因此，在癌癥診斷與治療的基礎(chǔ)研究中迫切需要一種工藝簡(jiǎn)單、制備方便的固體 生物組織仿生模型的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法。該方法所用設(shè) 備簡(jiǎn)單，易于操作和控制。 本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種用該方法得到的材料制備的固體生物組織光學(xué) 仿生模型，該模型光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以長(zhǎng)期保存和反復(fù)使用。 為此，本發(fā)明提供一種生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述生物組織光 學(xué)仿生材料具有0. 1 10cm—1范圍內(nèi)的吸收系數(shù)和1 1000cm—1范圍內(nèi)的散射系數(shù)，所述方法包括 A、提供基體樹脂，所述基體樹脂以1. 0mm厚的薄板在600 1000nm的近紅外光區(qū) 測(cè)量其透光率大于等于80% ; B、用所述基體樹脂和吸收劑混合制備吸收體，并確定式1中吸收常數(shù)Ka的值，其 中P a表示所述吸收體的吸收系數(shù)，Ca表示所述吸收體中所述吸收劑的濃度，
ii a = KaCa [式1]; C、以所述基體樹脂和給定的散射劑制備一系列散射體，并確定式2中的散射常數(shù) Ks的值，其中P s表示所述散射體的散射系數(shù)，Cs表示所述散射體中所述散射劑的濃度，
PS = KSCS [式2]; D、根據(jù)所確定的Ka和Ks值，制備所述生物組織光學(xué)仿生材料。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，上述步驟B中所制備的吸收體的吸收系數(shù)a《1. 2cm一1 ;
且步驟C中所制備的散射體的散射系數(shù)P s《6cm—、 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述基體樹脂可以為可固化樹脂，并優(yōu)選固化時(shí)間 在15 30分鐘的范圍內(nèi)。所述可固化樹脂可為熱固性樹脂、UV固化樹脂、常溫固化樹脂 等。優(yōu)選采用常溫固化樹脂，其中以每克所述常溫固化樹脂中添加固化劑促進(jìn)劑為3 5 ii L : 5 10 ii L的量加入固化劑和促進(jìn)劑。 當(dāng)基體樹脂采用可固化樹脂時(shí)，上述步驟D包括在使所述可固化樹脂固化前均 勻分散加入所述可固化樹脂中的所述吸收劑和散射劑以得到混合物，并用真空設(shè)備除去所 述混合物中的氣泡。 根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述基體樹脂可以為熱塑性樹脂。 當(dāng)基體樹脂采用熱塑性樹脂時(shí)，上述步驟D包括在制備所述生物組織光學(xué)仿生模
型之前，用所述熱塑性樹脂制備吸收劑母料和散射劑母料；和在所述熱塑性樹脂中加入所
述吸收劑母料和所述散射劑母料，并通過(guò)熔融共混制備所述生物組織光學(xué)仿生材料。 本發(fā)明的光吸收劑的粒徑優(yōu)選在1 20ym的范圍內(nèi)；光散射劑的粒徑優(yōu)選在
1 lOiim的范圍內(nèi)。 本發(fā)明所提供的方法具有易操作、成本低的特點(diǎn)，對(duì)于同一種原材料(包括樹脂、 吸收劑、散射劑和其他添加劑)，只需測(cè)定一次Ka和Ks值，因而可以根據(jù)需要在短時(shí)間內(nèi)制 備出具有任意給定的光學(xué)常數(shù)的仿生模型，還適于進(jìn)行規(guī)?；纳a(chǎn)。所制備的仿生模型 的光學(xué)常數(shù)可變范圍寬，吸收系數(shù)的范圍可在O. 1 10cm—工之間，散射系數(shù)的范圍可在1 1000cm—1之間。而且制得的模型具有預(yù)期的光學(xué)常數(shù)，避免了多次試制的麻煩，且制備后不 需進(jìn)行光學(xué)測(cè)定，可以直接應(yīng)用。此外，所制備的光學(xué)模型的光學(xué)常數(shù)在600 1000nm波 長(zhǎng)范圍內(nèi)基本一致，且具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該方法以樹脂作為基體，所制備的仿生材料的形狀 可塑性強(qiáng)，可以后期加工成各種所需的形狀，而且可長(zhǎng)期存放并可重復(fù)使用，節(jié)約了時(shí)間和 成本。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備具有任意光學(xué)常數(shù)的光學(xué)仿生模型的示意性流 程圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備光學(xué)仿生模型方法中制備的一系列吸收體的吸
4收系數(shù)與作為吸收劑的石墨粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備光學(xué)仿生模型方法中制備的一系列散射體的散 射系數(shù)與作為散射劑的二氧化鈦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本
申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。 如前所述，目前固體生物組織光學(xué)仿生材料的制備工藝少有公開，而且國(guó)內(nèi)尚缺
少可穩(wěn)定生產(chǎn)這種材料的方法以及可商購(gòu)的生物組織仿生材料或模型。為此本發(fā)明提供一
種生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法。 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，生物組織的吸收系數(shù)范圍在O. 1 10cm—、散射系數(shù)范圍在1 1000cm—、本發(fā)明旨在提供一種能用于制備具有任何給定的在上述范圍內(nèi)光學(xué)常數(shù)的生物 組織光學(xué)仿生材料的方法以及用所述方法制備的生物組織光學(xué)仿生模型。所述方法包括下 述步驟首先，提供一種基體樹脂，所述基體樹脂具有以1. 0mm厚的薄板在600 1000nm的 近紅外光區(qū)測(cè)量時(shí)大于等于80%的透光率；其次，將所述基體樹脂和某種給定的吸收劑混 合制備出一系列具有較低吸收系數(shù)的吸收體，例如小于等于1. 2cm—1的吸收系數(shù)，并通過(guò)測(cè) 量各吸收體的吸收系數(shù)根據(jù)下式1確定吸收常數(shù)Ka的值，式1中y a表示吸收體的吸收系 數(shù)，Ca表示吸收體中吸收劑的濃度，
ii a = KaCa [式1]; 類似地，將所述基體樹脂和某種給定的散射劑混合制備出一系列具有較低散射系 數(shù)的散射體，例如小于等于6cm—1的散射系數(shù)，并通過(guò)測(cè)量各散射體的散射系數(shù)根據(jù)下式2 確定散射常數(shù)Ks的值，式2中y s表示散射體的散射系數(shù)，Cs表示散射體中散射劑的濃度，
ii s = KSCS [式2]; 最后根據(jù)所確定的Ka和Ks值，以及給定的吸收系數(shù)和散射系數(shù)計(jì)算出最終要制備 的生物組織光學(xué)仿生模型中散射劑和吸收劑的濃度，從而制備出所需的生物組織光學(xué)仿生 材料。 基本原理 已知吸收體的吸收系數(shù)和散射體的散射系數(shù)可通過(guò)測(cè)量它們的光密度，再由朗 伯-比爾定律計(jì)算得到，即 上式中，y a、 Aa、 da分別是吸收體的吸收系數(shù)、光密度和光程；P s、 As、 ds是散射體 的散射系數(shù)、光密度和光程。 對(duì)于低濃度的吸收體"溶液"來(lái)說(shuō)(在此，所說(shuō)的吸收體"溶液"是指均勻分散了 吸收劑的樹脂)，其中"溶質(zhì)"(即吸收劑)的濃度(例如質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、質(zhì)量/體 積濃度等)與吸收系數(shù)呈線性關(guān)系。也就是說(shuō)以測(cè)得的吸收系數(shù)i^相對(duì)吸收劑的濃度做 圖，可擬合得到一條直線，該直線的斜率僅與"溶質(zhì)"(即吸收劑)禾P"溶劑"(即基體樹脂) 本身的性質(zhì)有關(guān)。這種性質(zhì)可以用朗伯-比爾定律描述。對(duì)于散射體來(lái)說(shuō)，當(dāng)散射粒子的 濃度較低時(shí)，也符合該定律。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)(數(shù)據(jù)未示出)，通常當(dāng)吸收體的吸收系數(shù)Pa《1.2cm—、散射體的散射 系數(shù)y s《6cm—1時(shí)，測(cè)定的P a、 P s和Ca、 Cs之間分別具有良好的線性關(guān)系。
如果以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(f ，即每克基體樹脂中吸收劑或散射劑的含量)作為濃度單位， 用測(cè)量得到的i^和1^分別對(duì)吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)4和散射劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)&做圖，并進(jìn)行直線 擬和，可得到
,s 二k乂 式中ka、ks為擬合直線的斜率，是由實(shí)驗(yàn)得來(lái)的常數(shù)。 對(duì)于更高濃度的"溶液"來(lái)說(shuō)，可以從實(shí)驗(yàn)獲得的直線外推，從而當(dāng)準(zhǔn)備制備具有 給定的P a、 P s的仿生模型時(shí)，由上述式4可以確定對(duì)應(yīng)的fa、 fs。
基體樹脂 本發(fā)明采用的基體樹脂是在600 lOOOnm的近紅外區(qū)基本無(wú)吸收、無(wú)散射的透明 樹脂。以所述基體樹脂制成的1. 0mm厚的薄板在上述近紅外光區(qū)測(cè)定時(shí)其透光率應(yīng)在80X 以上，優(yōu)選在85%以上，更優(yōu)選在90%以上，最好在95%以上?；w樹脂在所述近紅外區(qū)的 吸收和散射越小，對(duì)最終得到的生物組織仿生材料的光學(xué)常數(shù)的影響也越小。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述基體樹脂可以為可固化樹脂，并優(yōu)選固化時(shí)間 在15 30分鐘的范圍內(nèi)，最好是約20分鐘。最佳固化時(shí)間可根據(jù)添加的光吸收劑和散射 劑的性質(zhì)通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。在上述固化時(shí)間范圍內(nèi)，一方面可以有充足的時(shí)間進(jìn)行 攪拌等均勻分散的操作，另一方面可以防止吸收劑和/或散射劑的沉降，以獲得光學(xué)性質(zhì) 均勻的仿生材料。 所述可固化樹脂可為任何適宜的熱固性樹脂、UV固化樹脂、常溫固化樹脂等。 優(yōu)選采用常溫固化樹脂，其中每克所述常溫固化樹脂中優(yōu)選以固化劑促進(jìn)劑為3 5yL : 5 10i!L的量加入固化劑和促進(jìn)劑。添加固化劑和/或促進(jìn)劑的量隨不同的樹脂 而不同，只要能滿足上述固化時(shí)間即可。 適宜的可固化樹脂可舉出的例子有不飽和聚酯類樹脂、環(huán)氧樹脂等，但不限于此。
當(dāng)基體樹脂采用可固化樹脂時(shí)，最后制備所需的生物組織光學(xué)材料的步驟D包 括根據(jù)確定的Ka和Ks值計(jì)算出需加入的吸收劑和散射劑的量，在可固化樹脂中加入所述 吸收劑和散射劑并均勻分散以得到混合物，并用真空設(shè)備除去所述混合物中的氣泡，然后 使所述混合物固化。 采用可固化樹脂作為基體樹脂時(shí)，所需的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，而且可以很少 量地制備。 根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述基體樹脂可以為熱塑性樹脂。對(duì)熱塑性樹脂 沒(méi)有特別的限制。適用于本發(fā)明的熱塑性樹脂例如有聚碳酸酯類樹脂、丙烯酸類樹脂、聚烯 烴類樹脂(如聚苯乙烯類樹脂)等，但不限于此。 當(dāng)基體樹脂采用熱塑性樹脂時(shí)，在上述步驟D中可先用熱塑性樹脂制備吸收劑母 料和散射劑母料，然后根據(jù)所確定的Ka和Ks值，將所述吸收體母料和所述散射體母料加入 所述熱塑性樹脂中共混得的所需的生物組織光學(xué)仿生材料，并可進(jìn)一步模制形成所需的仿 生模型。采用這種方法可以獲得吸收劑和散射劑分散良好的仿生模型，而且預(yù)先制備出母料后，可以方便地進(jìn)行不同比例的混合以制備出各種光學(xué)性能的仿生模型。
當(dāng)然，也可以直接將吸收劑和散射劑添加到基體樹脂中進(jìn)行制備。 可采用任何適宜熱塑性樹脂的加工方法制備母料和仿生材料，例如擠出(如采用
雙螺桿擠出機(jī))、注塑等。 近紅外光吸收劑 本發(fā)明對(duì)所用的近紅外光吸收劑沒(méi)有特別的限制，只要不對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不良影 響的任何近紅外光吸收劑均可用于本發(fā)明。所述光吸收劑可為選自由碳黑、石墨粉、碳納 米管、黑色氧化鐵、黑色云母鐵礦及其組合所組成的組中的一種或多種。優(yōu)選采用高純度 (99.9%以上)的吸收劑。所述光吸收劑的粒徑優(yōu)選在l 20iim的范圍內(nèi)。粒子優(yōu)選球
形，粒子分布優(yōu)選單分散系。
散射劑 本發(fā)明對(duì)所用的散射劑沒(méi)有特別的限制，只要不對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不良影響的任何散 射劑均可用于本發(fā)明。所述散射劑可為諸如二氧化鈦、氧化鋁、二氧化硅、玻璃粉、氧化鋅、 氧化鋯等無(wú)機(jī)顆粒，優(yōu)選二氧化鈦顆粒；也可為聚苯乙烯微球、聚苯乙烯/聚硅氧烷核殼微 球等聚合物顆粒；或者為上述任意兩種或更多種顆粒的混合物。優(yōu)選采用高純度(99.9% 以上)的散射劑。所述光散射劑的粒徑優(yōu)選在l 10iim的范圍內(nèi)。粒子優(yōu)選球形，粒子 分布優(yōu)選單分散系。
其他助劑 本發(fā)明的光學(xué)仿生模型中還可進(jìn)一步包括其他必要的添加劑，例如UV吸收劑、增 塑劑、脫模劑、抗氧化劑、偶聯(lián)劑等，但不限于此。只要添加劑的加入不干擾本發(fā)明光學(xué)仿生 模型的光學(xué)性能即可。這些添加劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟悉的，可根據(jù)具體情況進(jìn)行選 擇。在此不再詳述。 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式如圖1所示。圖1為根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的 制備具有任意光學(xué)常數(shù)的生物組織光學(xué)仿生模型的示意性流程圖。 如圖l所示，在本實(shí)施方式中采用了可固化樹脂。首先要確定吸收系數(shù)和吸收劑 濃度，以及散射系數(shù)和散射劑濃度的關(guān)系。在此，為計(jì)算方便，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(f)來(lái)表示所述 濃度。當(dāng)然也可采其他濃度單位，例如用單位體積的樹脂中加入添加劑的重量(即質(zhì)量/ 單位體積)作為濃度單位。為此，制備兩組樣品，其中一組為僅添加吸收劑的吸收體樣品， 另一組為僅添加散射劑的散射體樣品。選取適當(dāng)?shù)奈談┖蜕⑸鋭┑奶砑恿浚刮阵w樣 品組中最大的吸收系數(shù)不超過(guò)1. 2cm—、散射體樣品組中最大的散射系數(shù)不超過(guò)6. Ocm—、攪 拌使吸收劑和散射劑在樹脂中均勻分散。如果最終仿生模型中需加入其他助劑，此時(shí)也以 相同的添加量加入。靜置幾分鐘后加入促進(jìn)劑和固化劑并混合均勻。促進(jìn)劑和固化劑的加 入量?jī)?yōu)選為使所述樹脂在15 30分鐘內(nèi)固化。靜置幾分鐘，利用減壓法除去樹脂中的氣 泡。 隨后立即將樹脂倒入適當(dāng)?shù)娜萜骰蚰Ｗ又胁㈧o置固化，從而制成可供檢測(cè)的薄 片。用分光光度計(jì)測(cè)量各吸收體樣品的吸收系數(shù)i^和各散射體樣品的散射系數(shù)Ps。然 后，用所測(cè)得的吸收系數(shù)i^對(duì)吸收劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)fa做圖，并進(jìn)行直線擬合；同樣地用所測(cè) 得的散射系數(shù)i^對(duì)散射劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)fs做圖，并進(jìn)行直線擬合。從而分別得到上述式4
中的常數(shù)、和ks。
接著，根據(jù)欲制備的生物組織仿生模型的光學(xué)常數(shù)Pa'、 y/，由式4確定相應(yīng)的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)fa' 、fs'。假設(shè)欲制備基體樹脂的質(zhì)量為M的仿生模型材料，則所需添加吸收劑的 質(zhì)量為fa' M，散射劑的質(zhì)量為fs' M。 然后，向質(zhì)量為M的所述可固化樹脂中加入質(zhì)量為fa' M的吸收劑和質(zhì)量為fs' M 的散射劑。然后按前面記載的同樣的步驟添加固化劑和促進(jìn)劑(以及其他助劑，如果需要 的話)，除去氣泡并靜置固化。 最后將固化得到的材料加工成所需的形狀從而制得光學(xué)常數(shù)為P a' 、 P s'的生物 組織仿生模型。 本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式是以熱塑性樹脂作為基體樹脂。與可固化樹脂類 似，首先要確定吸收系數(shù)和吸收劑濃度，以及散射系數(shù)和散射劑濃度的關(guān)系。將基體樹脂分 別與一定濃度的吸收劑和一定濃度的散射劑共混(如利用雙螺桿擠出機(jī))，制備一系列吸 收體和一系列散射體，并模制成可供測(cè)量的樣品。按照上述同樣的方法測(cè)定出各吸收體樣
品的吸收系數(shù)Pa和各散射體樣品的散射系數(shù)Ps。然后，分別用所測(cè)得的i^和i^對(duì)c; 和Cs做圖，并進(jìn)行直線擬合，得到常數(shù)Ka和Ks。 接著按相同的方法可確定對(duì)某種具體光學(xué)仿生模型來(lái)說(shuō)所需添加的吸收劑和散
射劑的量，然后通過(guò)熔融共混的方法制備出該仿生模型的材料，并模制成型。 對(duì)于熱塑性樹脂的情況，還可以預(yù)先制備出吸收劑母料和/或散射劑母料。例如
可制備吸收劑濃度為5 50wt^，優(yōu)選10 30wt^，更優(yōu)選約20wt^的吸收劑母料；以及
散射劑濃度為20 80wt% ，優(yōu)選30 70wt% ，更優(yōu)選40 60wt%的散射劑母料。最后制
備光學(xué)仿生模型時(shí)，用所述母料代替吸收劑和散射劑加入基體樹脂中。這樣可獲得更好的
分散性。
實(shí)施例 實(shí)施例1制備吸收系數(shù)y a = 5. Ocm—^散射系數(shù)y s = 20cm—1的光學(xué)仿生模型基 體樹脂 采用常州市華潤(rùn)復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的HR-8142型水晶樹脂作為仿生模型 的基體材料，其主要成分是重量比為7 : 3的不飽和聚酯和苯乙烯，動(dòng)力粘度為0.31 0. 52Pa s(25。C )，凝膠時(shí)間為5. 0 9. Omin (25°C )，熱變形溫度^ 55°C。
促進(jìn)劑 采用常州市華潤(rùn)復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的HR-E5型促進(jìn)劑，其主要成分是重量比 為1 : 9的異辛酸鈷苯乙烯和苯乙烯，凝膠時(shí)間為7. 0 13. 0min(25C。)。
固化劑 采用常州市華潤(rùn)復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的HR-M型固化劑，其主要成分是重量比 為l : 9或2 : 8的過(guò)氧化甲乙酮和苯乙烯，凝膠時(shí)間為12.0 22.0min(25°C )，活性氧 含量為9. 0 11. 0%。
吸收劑 采用福建省邵武科踏高純石墨廠生產(chǎn)的高純石墨粉，其純度大于99. 9%，平均粒 徑為13. 78iim。
散射劑
采用北京有色金屬研究總院生產(chǎn)的Ti02粉，其純度大于99. 9 %，平均粒徑為 1. 58 li m。 制備用于測(cè)定Ka和Ks值的吸收體樣品和散射體樣品 準(zhǔn)備配制6種吸收體，其中石墨粉的質(zhì)量濃度分別每克基體樹脂中0. lmg、0. 2mg、 0. 3mg、0. 4mg、0. 5mg和0. 8mg的石墨粉；和7種散射體，其中二氧化鈦粉的質(zhì)量濃度分別每 克基體樹脂中0. lmg、0. 2mg、0. 3mg、0. 5mg/g、0. 6mg、0. 8mg和lmg的二氧化鈦粉。
為此，首先將一定量的樹脂注入到燒杯中，樹脂的注入量最好不超過(guò)燒杯容積的 50%。分別加入上述量的石墨粉和二氧化鈦粉。用攪拌機(jī)以60轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌約10 分鐘，然后再靜置約3分鐘。接著按照每克樹脂中固化劑促進(jìn)劑=3 5yL/g : 5 10yL/g(例如4iiL/g : 8iiL/g)的量分別向燒杯中加入固化劑和促進(jìn)劑，然后以10轉(zhuǎn)/ 分鐘的速度攪拌約1分鐘，靜置約2分鐘。 利用常規(guī)的真空裝置去除樹脂中的氣泡。對(duì)真空室抽氣，產(chǎn)生約103Pa的氣壓，抽 氣時(shí)間為大約20 40秒，利用減壓法將樹脂中的氣泡去除。抽氣完成后，靜置約2分鐘。 此時(shí)樹脂呈液態(tài)。將一個(gè)80mmX20mmX0.8mm(長(zhǎng)X寬X厚)的載玻片大致切割成為相同的兩片， 然后在其中一片的兩端分別粘貼上20mmX4mmX1.6mm(長(zhǎng)X寬X厚)的條形玻璃，再將 去除氣泡后的燒杯中的樹脂倒入這個(gè)載玻片上，最后將另外一片玻璃蓋于其上，形成載玻 片盒。靜置約20分鐘后樹脂固化。
測(cè)定ka和ks值 采用分光光度計(jì)(日本島津公司UV-3600)測(cè)量所制備的吸收體和散射體樣品的 光密度，再根據(jù)前面提到的式4計(jì)算得到吸收體樣品的吸收系數(shù)P a和散射體樣品的散射 系數(shù)Ps。用i^和1^分別對(duì)吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)4和散射劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)&做圖，并進(jìn)行線性擬 合得到如下兩條直線(見圖2和3):
ii a = 1. 350fa [式5] y s = 5. 759fs [式6] 制備吸收系數(shù)y a = 5. Ocm—^散射系數(shù)y s = 20cm—1的光學(xué)仿生模型 由上面兩個(gè)公式求出對(duì)應(yīng)y a = 5. Ocm—1的石墨粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為fa = 3. 704mg/ (g
樹脂)，對(duì)應(yīng)s = 20cm—1的二氧化鈦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為fs = 3. 473mg/ (g樹脂)。 將500g樹脂加入容器中，添加1. 852g石墨粉和1. 737g 二氧化鈦粉。以60轉(zhuǎn)/
分鐘的速度充分?jǐn)嚢杓s10分鐘，然后再靜置約3分鐘。 加入固化劑400 ii L和促進(jìn)劑800 ii L。再次攪拌，并在103Pa下減壓約40秒除去 氣泡后得到液態(tài)混合體。 將該液態(tài)混合體置于適當(dāng)?shù)娜萜骰蚰＞咧徐o置約20分鐘，即可得到上述吸收系 數(shù)a = 5. Ocm—^散射系數(shù)s = 20cm—1的光學(xué)仿生模型。
所制備的光學(xué)仿生模型的光學(xué)常數(shù)測(cè)定 得到上述液態(tài)混合體后立即抽取5g，用樹脂將其稀釋至20g，即稀釋4倍。
用上述載玻片盒制樣，用日本島津公司的紫外可見分光光度計(jì)UV-3600,利用偏 振光原理進(jìn)行測(cè)量，得到稀釋后的仿生模型的吸收系數(shù)為1.278±0. 001cm—、散射系數(shù)為 4. 969±0. 001cm—、也就是說(shuō)所制備的仿生模型P a為約5. lcm—\ y s為約19. 9cm—、考慮到稀釋中的誤差，最終獲得的仿生模型與預(yù)計(jì)要獲得的仿生模型的光學(xué)常數(shù)基本一致，可 實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。 實(shí)施例2制備吸收系數(shù)y a = 3. 0cm—^散射系數(shù)y s = 250cm—1的光學(xué)仿生模型
采用實(shí)施例1中所用的樹脂、吸收劑和散射劑。因此，ka和ks值與實(shí)施例1中相 同。由公式5和6求出對(duì)應(yīng)a = 3. 0cm—1的石墨粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為fa = 2. 222mg/ (g樹脂)， 對(duì)應(yīng)y s = 250cm—1的二氧化鈦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為fs = 43. 410mg/(g樹脂)。對(duì)于500g樹脂 來(lái)說(shuō)，需添加1. lllg石墨粉和21. 705g 二氧化鈦粉。 按照實(shí)施例1中相同的步驟制備吸收系數(shù)y a = 3. 0cm—^散射系數(shù)y s = 250cm—1 的光學(xué)仿生模型。 所制備的光學(xué)仿生模型的光學(xué)常數(shù)測(cè)定 按照實(shí)施例1中相似的方法制備供測(cè)試的樣品，其中為了測(cè)定吸收系數(shù)，取出未 固化的液態(tài)混合體5g并用樹脂稀釋到15g，即稀釋3倍；另外取出未固化的液態(tài)混合體5g 并用樹脂稀釋到50g，再?gòu)脑撓♂尯蟮幕旌衔镏腥〕?g進(jìn)一步用樹脂稀釋到25g，即最終稀 釋50倍。 測(cè)得到稀釋后的樣品的吸收系數(shù)為1. 028±0. 001cm—、散射系數(shù)為 4. 959±0. 001cm—、也就是說(shuō)所制備的仿生模型P a為約3. lcm—\ y s為約248cm—、達(dá)到預(yù) 期值。 總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明關(guān)注的是制備光學(xué)仿生模型的便捷性，以及所制備的模型在光 學(xué)性質(zhì)上與生物組織的相似性。相對(duì)目前的技術(shù)而言，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)
1.對(duì)于同一種原材料(包括樹脂、吸收劑、散射劑和其他添加劑)，只需測(cè)定一次 Ka和Ks值； 2.用本發(fā)明的方法可制備寬范圍的吸收系數(shù)(0. 1 10cm—1)和散射系數(shù)(1 1000cm—1)的光學(xué)仿生模型，而且制得的模型具有預(yù)期的光學(xué)常數(shù)，避免了多次試制的麻煩， 且制備后不需進(jìn)行光學(xué)測(cè)定，可以直接應(yīng)用； 3.因采用了樹脂作為基體，因此得到光學(xué)性質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可反復(fù)使用的固體仿生 模型； 4、制備所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，方法易操作，有批量生產(chǎn)的推廣價(jià)值。 以上通過(guò)兩個(gè)具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明。然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理
解，本發(fā)明并不僅限于該具體的實(shí)施例，在不背離本發(fā)明主旨和在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可根
據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行任何改變、修改和替換。例如可采用其他樹脂、吸收劑、散射劑，還可加入必 要的助劑。
權(quán)利要求
一種生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述生物組織光學(xué)仿生材料具有0.1～10cm-1范圍內(nèi)的吸收系數(shù)和1～1000cm-1范圍內(nèi)的散射系數(shù)，所述方法包括A、提供基體樹脂，所述基體樹脂以1.0mm厚的薄板在600～1000nm的近紅外光區(qū)測(cè)量其透光率大于等于80％；B、用所述基體樹脂和吸收劑混合制備吸收體，并確定式1中吸收常數(shù)Ka的值，其中μa表示所述吸收體的吸收系數(shù)，Ca表示所述吸收體中所述吸收劑的濃度，μa＝KaCa [式1]；C、用所述基體樹脂和散射劑混合制備散射體，并確定式2中散射常數(shù)Ks的值，其中μs表示所述散射體的散射系數(shù)，Cs表示所述散射體中所述散射劑的濃度，μs＝KsCs [式2]；D、根據(jù)所確定的Ka和Ks值，制備所述生物組織光學(xué)仿生材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中步驟B中所制備的吸 收體的吸收系數(shù)P a《1. 2cm—1 ;且步驟C中所制備的散射體的散射系數(shù)P s《6cm—、
3. 如權(quán)利要求1或2所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述基體樹脂為 可固化樹脂。
4. 如權(quán)利要求3所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述可固化樹脂為常 溫固化樹脂。
5. 如權(quán)利要求3所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述可固化樹脂的固 化時(shí)間在15 30分鐘的范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求3所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中步驟D包括 在使所述可固化樹脂固化前均勻分散加入所述可固化樹脂中的所述吸收劑和散射劑以得到混合物，并用真空設(shè)備除去所述混合物中的氣泡。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述基體樹脂為 熱塑性樹脂。
8. 如權(quán)利要求7所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中步驟D包括 在制備所述生物組織光學(xué)仿生模型之前，用所述熱塑性樹脂制備吸收劑母料和散射劑母料；和在所述熱塑性樹脂中加入所述吸收劑母料和所述散射劑母料，并通過(guò)熔融共混制備所 述生物組織光學(xué)仿生材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法，其中所述光吸收劑的粒徑 在1 20 m的范圍內(nèi)，且所述光散射劑的粒徑在1 10 m的范圍內(nèi)。
10. —種生物組織光學(xué)仿生模型，其中所述生物組織光學(xué)仿生模型具有O. l 10cm—工范 圍內(nèi)的吸收系數(shù)和1 1000cm—1范圍內(nèi)的散射系數(shù)，并用根據(jù)權(quán)利要求1 9中任意一項(xiàng) 所述的方法制得的生物組織光學(xué)仿生材料制備。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種生物組織光學(xué)仿生材料的制備方法及用該材料制備的模型。其中所述材料具有0.1～10cm-1范圍內(nèi)的吸收系數(shù)和1～1000cm-1范圍內(nèi)的散射系數(shù)，所述方法包括A、提供基體樹脂，所述基體樹脂以1.0mm厚的薄板在600～1000nm的近紅外光區(qū)測(cè)量其透光率大于等于80％；B、用所述基體樹脂和吸收劑混合制備吸收體，并確定吸收常數(shù)Ka的值；C、用所述基體樹脂和散射劑混合制備散射體，并確定散射常數(shù)Ks的值；和D、根據(jù)所確定的Ka和Ks值，制備所述生物組織光學(xué)仿生材料。該方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，而且制得的模型光學(xué)性質(zhì)均勻穩(wěn)定，易于加工成各種形狀，并可重復(fù)使用。
文檔編號(hào)C08K3/22GK101724288SQ20091023719
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者丁嘉琪, 劉劍, 孫萍, 張付強(qiáng), 楊潤(rùn)秋, 謝風(fēng)華 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)