凝膠聚合反應(yīng)原液制作工藝、智能仿生體模及其制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，包括制得N—異丙基丙烯酰胺溶液及N—異丙基丙烯酰胺混合溶液，制得偏重亞流酸鈉溶液，然后將N—異丙基丙烯酰胺混合溶液及偏重亞流酸鈉溶液，混合制得凝膠聚合反應(yīng)原液，制作過(guò)程中需單方向攪拌。還公開智能仿生體模以及其制作工藝，包括配置凝膠聚合反應(yīng)原液，向所得的凝膠聚合反應(yīng)原液中，加入催化劑，隔絕空氣，放置于20℃環(huán)境中進(jìn)行，使其進(jìn)行聚合及交聯(lián)反應(yīng)，制得智能仿生體模。本發(fā)明制作工藝制作出的智能仿生體模，具有良好的塑性、彈性和韌性，外觀上更為無(wú)色透明，原液變成凝膠狀僅需時(shí)間為三十秒左右，并且成品的韌性有所增加，可多次循環(huán)使用，減少使用過(guò)程中產(chǎn)生不可恢復(fù)的裂紋。
【專利說(shuō)明】凝膠聚合反應(yīng)原液制作工藝、智能仿生體模及其制作工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水凝膠領(lǐng)域，尤其涉及一種凝膠聚合反應(yīng)原液制作工藝，利用該凝膠聚合反應(yīng)原液的智能仿生體模及其制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲聚焦治療領(lǐng)域需要對(duì)超聲聚焦的焦點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與觀察，便于制定超聲聚焦治療的治療方案與計(jì)量，以此一種能實(shí)時(shí)反饋超聲聚焦性能的可視化載體對(duì)提供超聲聚焦計(jì)量研究有著重要的意義。傳統(tǒng)意義上對(duì)焦斑的大小研究更多的是基于離體組織上進(jìn)行，由于離體組織不具備可視化以及不能多次重復(fù)利用的功能，因此在大量數(shù)據(jù)輸出的平臺(tái)上，不能高效進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與觀察。實(shí)驗(yàn)研究需要一種既能實(shí)時(shí)觀察到超聲聚焦焦點(diǎn)大小形態(tài)以及位置的載體，同時(shí)這種載體要求能多次、重復(fù)使用，可視化程度高。同時(shí)制備工藝比較簡(jiǎn)便，而制備成型的凝膠時(shí)間不宜過(guò)程，特別是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的成型時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。
[0003]直接的觀測(cè)到聚焦超聲的聚焦熱效應(yīng)，是研究BFR的有效途徑。國(guó)內(nèi)外很多聚焦超聲領(lǐng)域的研究者采用各種透明或不透明的超聲體模，用于超聲聚焦焦域形態(tài)的呈現(xiàn)和評(píng)價(jià)。透明的體模有雞蛋清類蛋白質(zhì)體模，牛血清蛋白(BSA)類蛋白質(zhì)體模，甚至牛眼睛晶狀體，這一類的透明體?？梢酝ㄟ^(guò)肉眼實(shí)時(shí)觀測(cè)到HIFU焦域熱效應(yīng)的變化，并可通過(guò)圖片或錄像拍攝進(jìn)行記錄和精確測(cè)量。不透明的蛋白質(zhì)類體模不能實(shí)時(shí)觀測(cè)，如同牛肝的HIFU實(shí)驗(yàn)一樣，輻照后需切開并尋找到最大焦域切面。通過(guò)對(duì)透明超聲體模內(nèi)可視化焦域的觀測(cè)，確定聚焦超聲所形成的焦域形態(tài)及位置，從而對(duì)聚焦超聲的聚焦性能進(jìn)行評(píng)估的研究方法，在國(guó)內(nèi)外備受重視。
[0004]超聲治療中，輻照劑量的確定也很重要。一個(gè)理想的聲波劑量計(jì)量方法應(yīng)該能滿足:(1)反映聲強(qiáng)和輻照持續(xù)時(shí)間(2)較好反映聲波輻照下的生物學(xué)效應(yīng)(3)便于文獻(xiàn)間相互比較。但目前還沒(méi)有較好的方法能滿足上述要求。近年來(lái)，智能型水凝膠因其獨(dú)特的性能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。聚(N—異丙基丙烯酰胺)凝膠作為典型的溫度敏感型智能水凝膠，從上世紀(jì)60年代研發(fā)出來(lái)后，不斷的受到國(guó)內(nèi)外的廣泛研究。為此，本課題采用一種基于PNIPA (制作出的PNIPA水凝膠，智能體模P (NIPA — CO — AA)水凝膠)的智能型超聲體模(以下簡(jiǎn)稱智能體模)，用于聚焦超聲焦域的顯示和觀測(cè)。PNIPA水凝膠的較低臨界溶解溫度為50°C。但作為以蛋白質(zhì)為主的生物軟組織的熱變性溫度為60°C，透明仿組織體模中，雞蛋清超聲體模的熱變性溫度為67+1V，BSA超聲體模為58，用異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺單體制作的共聚水凝膠，比PNIPA水凝膠有更高的LCST (低臨界溶解溫度)，更接近于生物軟組織熱變性溫度。因此更適合作為聚焦超聲智能體模，達(dá)到與生物軟組織及蛋白質(zhì)類體模相似的熱變性溫度(相變溫度)，將聚焦超聲焦域的熱效應(yīng)通過(guò)可視化的焦域表現(xiàn)出來(lái)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種凝膠聚合反應(yīng)原液制作工藝，還提供一種利用該原液制作成型速度快、透明度高的智能仿生體模及其制作工藝。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，包括如下步驟:
[0007]SI)將N—異丙基丙烯酰胺單體溶于脫氣去離子水，單方向攪拌至溶解，配置N—異丙基丙烯酰胺溶液；將偏重亞流酸鈉溶于脫氣去離子水，配置偏重亞流酸鈉溶液；
[0008]S2)向N—異丙基丙烯酰胺溶液中加入甲叉雙丙烯酰胺及丙烯酰胺，單方向攪拌至溶解，配置N—異丙基丙烯酰胺混合溶液；
[0009]S3)將偏重亞流酸鈉溶液加入N—異丙基丙烯酰胺混合溶液，加入N，N，N' ,N' —四甲基乙二胺和/或過(guò)硫酸銨，單方向攪拌，制得凝膠聚合反應(yīng)原液。
[0010]其中，步驟SI)中加入的所述N，N，N'，N' —四甲基乙二胺和/或過(guò)硫酸銨與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.02~0.03:1。
[0011]其中，步驟SI)中加入的所述偏重亞硫酸鈉與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.01~0.02:l。
[0012]其中，步驟S2)中加入的所述甲叉雙丙烯酰胺與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.02~0.03:l。
[0013]其中，步驟S2)中加入的所述丙烯酰胺與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為 0.15 ~0.25:l。
[0014]還提供一種智能仿生體模的制作工藝，包括如下步驟:
[0015]a)配置權(quán)利要求1一4任一項(xiàng)所述的凝膠聚合反應(yīng)原液；
[0016]b)將步驟a)所得的凝膠聚合反應(yīng)原液，置于20°C~25°C的溫度下、抽真空，制得智能仿生體模。
[0017]其中，將步驟b)所得智能仿生體模在室溫下水洗，用離子水浸泡、晾干，去除表面殘留單體。
[0018]還提供一種利用所述智能仿生體模制作工藝制作的智能仿生體模。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的，本發(fā)明制作工藝制作出的智能仿生體模，呈果凍狀，表面光滑，平整，具有良好的塑性、彈性和韌性；其內(nèi)部質(zhì)地均勻，無(wú)氣泡，與蛋白質(zhì)體模相比，外觀上更為無(wú)色透明。
[0020]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)工藝，仿生體模的成型時(shí)間一般為兩個(gè)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)，在臨床以及實(shí)驗(yàn)使用中帶來(lái)許多不便，同時(shí)傳統(tǒng)的制作方式使得仿生體模比較硬而且韌度不夠，容易在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋；本發(fā)明從快速成型的制備工藝上作了很大的改進(jìn)，先制作凝膠聚合反應(yīng)原液，該原液采用單向攪拌工藝制作而成，利用該原液制作智能仿生體模的制作工藝?yán)锚?dú)特的催化方式，即使用N，N，N'，N' —四甲基乙二胺作為催化劑，使得凝膠聚合反應(yīng)原液變成凝膠狀僅需時(shí)間為三十秒，并且成品的韌性有所增加,可多次循環(huán)使用，減少了使用過(guò)程中產(chǎn)生不可恢復(fù)的裂紋。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式詳予說(shuō)明。[0022]本發(fā)明技術(shù)方案只需在攪拌方式和催化劑的使用上進(jìn)行改進(jìn)，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，其他可按照現(xiàn)有工藝進(jìn)行，實(shí)施例中所述的各原料配比關(guān)系、凝膠反應(yīng)過(guò)程還有后續(xù)加工過(guò)程只是為了詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程或給出了效果更佳的實(shí)施條件，不作為本發(fā)明的必要實(shí)施手段。
[0023]實(shí)施例1
[0024]取N—異丙基丙烯酰胺單體40g,充分溶解到350ml脫氣去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌，亦或是人工攪拌，按照單方向攪拌約lOmin，待N—異丙基丙烯酰胺單體完全溶解后，取甲叉雙丙烯酰胺1.2g、含有丙烯酰胺8g的溶液10ml，加入完全溶解的N—異丙基丙烯酰胺溶液中，攪拌約3min待充分溶解，制得N —異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液。配制含有偏重亞流酸鈉1.2g的溶液15ml,配制過(guò)硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過(guò)硫酸銨和偏重亞硫酸鈉溶液反應(yīng)原液加入N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應(yīng)原液。向凝膠聚合反應(yīng)原液中加入預(yù)先配置的溶解含2.4mlN，N，N'，N' —四甲基乙二胺的IOml溶液，添加適量的脫氣去離子水至400ml，注入透明塑料杯中，抽真空、隔絕空氣，置于20°C~25°C環(huán)境中進(jìn)行聚合及交聯(lián)反應(yīng)，約30S左右，形成所述智能仿生體模。
[0025]之后，凝膠表面在室溫下經(jīng)水洗，一般為5次，也可多于5次或少于5次，每次用離子水浸泡表面6小時(shí)，然后倒掉水晾干12小時(shí)，以去除表面殘留單體；最后在凝膠表面覆蓋保鮮膜，防止水份蒸發(fā)，置于室溫下保存。
[0026]實(shí)施例2
[0027]取N—異丙基丙烯酰胺單體35g，充分溶解到350ml脫氣去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌，亦或是人工攪拌，按照單方向攪拌約lOmin，待N—異丙基丙烯酰胺單體完全溶解后，取甲叉雙丙烯酰胺1.2g、含有丙烯酰胺12g的溶液10ml，加入完全溶解的N—異丙基丙烯酰胺溶液中，攪拌約3min待充分溶解，制得N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液。配制含有偏重亞流酸鈉1.2g的溶液15ml，配制過(guò)硫酸銨1.4g，制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過(guò)硫酸銨和偏重亞硫酸鈉溶液反應(yīng)原液加入N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應(yīng)原液。向凝膠聚合反應(yīng)原液中加入預(yù)先配置的溶解含2.4mlN，N，N'，N' —四甲基乙二胺的IOml溶液，添加適量的脫氣去離子水至400ml，注入透明塑料杯中，抽真空、隔絕空氣，置于20°C~25°C環(huán)境中進(jìn)行聚合及交聯(lián)反應(yīng)，約28S左右，形成所述智能仿生體模。
[0028]之后，凝膠表面在室溫下經(jīng)水洗，一般為5次，也可多于5次或少于5次，每次用離子水浸泡表面6小時(shí)，然后倒掉水晾干12小時(shí)，以去除表面殘留單體；最后在凝膠表面覆蓋保鮮膜，防止水份蒸發(fā)，置于室溫下保存。
[0029]實(shí)施例3
[0030]取N—異丙基丙烯酰胺單體45g,充分溶解到350ml脫氣去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌，亦或是人工攪拌，按照單方向攪拌約lOmin，待N—異丙基丙烯酰胺單體完全溶解后，取甲叉雙丙烯酰胺1.5g、含有丙烯酰胺5g的溶液IOml,加入完全溶解的N—異丙基丙烯酰胺溶液中，攪拌約3min待充分溶解，制得N —異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液。配制含有偏重亞流酸鈉1.2g的溶液15ml,配制過(guò)硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過(guò)硫酸銨和偏重亞硫酸鈉溶液反應(yīng)原液加入N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應(yīng)原液。向凝膠聚合反應(yīng)原液中加入預(yù)先配置的溶解含2.4mlN，N，N'，N' —四甲基乙二胺的IOml溶液，添加適量的脫氣去離子水至400ml，注入透明塑料杯中，抽真空、隔絕空氣，置于20°C~25°C環(huán)境中進(jìn)行聚合及交聯(lián)反應(yīng)，約31S左右，形成所述智能仿生體模。
[0031]之后，凝膠表面在室溫下經(jīng)水洗，一般為5次，也可多于5次或少于5次，每次用離子水浸泡表面6小時(shí)，然后倒掉水晾干12小時(shí)，以去除表面殘留單體；最后在凝膠表面覆蓋保鮮膜，防止水份蒸發(fā)，置于室溫下保存。
[0032]實(shí)施例4
[0033]取N—異丙基丙烯酰胺單體40g，充分溶解到350ml脫氣去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌，亦或是人工攪拌，按照單方向攪拌約lOmin，待N—異丙基丙烯酰胺單體完全溶解后，取甲叉雙丙烯酰胺1.0g、含有丙烯酰胺12g的溶液10ml，加入完全溶解的N—異丙基丙烯酰胺溶液中，攪拌約3min待充分溶解，制得N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液。配制含有偏重亞流酸鈉1.2g的溶液15ml,配制過(guò)硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過(guò)硫酸銨和偏重亞硫酸鈉溶液反應(yīng)原液加入N—異丙基丙烯酰胺反應(yīng)原液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應(yīng)原液。向凝膠聚合反應(yīng)原液中加入預(yù)先配置的溶解含2.4mlN，N，N'，N' —四甲基乙二胺的IOml溶液，添加適量的脫氣去離子水至400ml，注入透明塑料杯中，抽真空、隔絕空氣，置于20°C~25°C環(huán)境中進(jìn)行聚合及交聯(lián)反應(yīng)，約30S左右，形成所述智能仿生體模。
[0034]之后，凝膠表面在室溫下經(jīng)水洗，一般為5次，也可多于5次或少于5次，每次用離子水浸泡表面6小時(shí)，然后倒掉水晾干12小時(shí)，以去除表面殘留單體；最后在凝膠表面覆蓋保鮮膜，防止水份蒸發(fā)，置于室溫下保存。
[0035]本發(fā)明中，N—異丙基丙烯酰胺與智能仿生體模的軟硬程度成正比例關(guān)系；甲叉雙丙烯酰胺與成型速度成正比例關(guān)系，但是與透明度成反比例關(guān)系，加入的甲叉雙丙烯酰胺與N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比控制在0.02~0.03:1，在此范圍內(nèi)制得透明度會(huì)有較好表現(xiàn)，而且智能仿生體模的成型速度相對(duì)也較快，該添加量兼顧透明度與成型速度，使其表現(xiàn)最優(yōu)；而偏重亞流酸鈉與智能仿生體模的顏色成反比例關(guān)系，超出合理范圍會(huì)使得智能仿生體模變成不透明的白色，而不是無(wú)色狀態(tài)，重亞硫酸鈉與N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比控制在0.01~0.02:1為最佳；過(guò)硫酸銨與成型體模成型速度成正比例關(guān)系及N，N，N'，N' —四甲基乙二胺與成型速度成正比例關(guān)系，同時(shí)也與智能仿生體模中出現(xiàn)的氣泡數(shù)量成正比例關(guān)系，N，N，N'，N' —四甲基乙二胺和/或過(guò)硫酸銨與N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比控制在0.02~0.03:1為最佳，該用量即可提高成型速度同時(shí)也使智能仿生體模中氣泡數(shù)量最少。
[0036]本制作工藝制作出的智能仿生體模，呈果凍狀，無(wú)色透明，表面光滑，平整，具有良好的塑性、彈性和韌性；其內(nèi)部質(zhì)地均勻，無(wú)氣泡，與蛋白質(zhì)體模相比，外觀上更為無(wú)色透明。
[0037]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)工藝，仿生體模的成型時(shí)間一般為兩個(gè)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)，在臨床以及實(shí)驗(yàn)使用中帶來(lái)許多不便，同時(shí)傳統(tǒng)的制作方式使得仿生體模比較硬而且韌度不夠，容易在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，本發(fā)明從快速成型的制備工藝上作了很大的改進(jìn)，該本發(fā)明采用速單向攪拌工藝以及獨(dú)特的催化方式，即使用N，N，N'，N' —四甲基乙二胺作為催化劑，使得溶液變成凝膠狀僅需時(shí)間為三十秒，并且成品的韌性有所增加，可多次循環(huán)使用，減少使用過(guò)程中產(chǎn)生不可恢復(fù)的裂紋。[0038]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，其特征在于，包括如下步驟: 51)將N—異丙基丙烯酰胺單體溶于脫氣去離子水，單方向攪拌至溶解，配置N—異丙基丙烯酰胺溶液；將偏重亞流酸鈉溶于脫氣去離子水，配置偏重亞流酸鈉溶液； 52)向N—異丙基丙烯酰胺溶液中加入甲叉雙丙烯酰胺及丙烯酰胺，單方向攪拌至溶解，配置N—異丙基丙烯酰胺混合溶液； 53)將偏重亞流酸鈉溶液加入N—異丙基丙烯酰胺混合溶液，加入N，N，N'，N'—四甲基乙二胺和/或過(guò)硫酸銨，單方向攪拌，制得凝膠聚合反應(yīng)原液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，其特征在于:步驟SI)中加入的所述N，N，N'，N' —四甲基乙二胺和/或過(guò)硫酸銨與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.02~0.03:l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，其特征在于:步驟SI)中加入的所述偏重亞硫酸鈉與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.01~0.02:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，其特征在于:步驟S2)中加入的所述甲叉雙丙烯酰胺與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.02~0.03:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合反應(yīng)原液的制作工藝，其特征在于:步驟S2)中加入的所述丙烯酰胺與所述N—異丙基丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為0.15~0.25:1。
6.一種智能仿生體模的制作工藝，其特征在于，包括如下步驟: a)配置權(quán)利要求1一5任一項(xiàng)所述的凝膠聚合反應(yīng)原液； b)將步驟a)所得的凝膠聚合反應(yīng)原液，置于20°C~25°C的溫度下、抽真空，制得智能仿生體模。
7.根據(jù)權(quán)利要求5述的智能仿生體模的制作工藝，其特征在于:將步驟b)所得智能仿生體模在室溫下水洗，用離子水浸泡、晾干，去除表面殘留單體。
8.一種利用權(quán)利要求6或7所述智能仿生體模的制作工藝制作的智能仿生體模。
【文檔編號(hào)】C08F220/56GK103524758SQ201310430141
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】黃漢年, 江劍暉 申請(qǐng)人:深圳市普羅惠仁醫(yī)學(xué)科技有限公司