一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚焦超聲波治療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚焦超聲治療設(shè)備是新型的無創(chuàng)治療儀器，它能將超聲波能量聚焦到一定的區(qū)域，通過超聲波的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)使焦點(diǎn)處的組織產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的凝固性壞死，而不傷及超聲經(jīng)過的正常組織。由于聚焦超聲的頻率較高(一般在2MHZ以上)不能在空氣中傳播，必須通過耦合介質(zhì)才能輸出超聲波，所以超聲設(shè)備通常使用脫氣去離子水來充當(dāng)耦合介質(zhì)。為了保持聚焦超聲的良好的透聲效果還必須不斷循環(huán)和更換脫氣去離子水，脫氣去離子水使用起來麻煩，且設(shè)備復(fù)雜，成本偏高。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中也使用高分子凝膠類物質(zhì)為耦合介質(zhì)，通常選用聚丙烯酰胺水凝膠，充當(dāng)治療頭能量輸出的介質(zhì)，讓超聲波有效輸出。聚丙烯酰胺水凝膠通常使用水作為溶劑，但是溶劑水分易揮發(fā)，從而導(dǎo)致凝膠變硬，進(jìn)而透聲效果也會逐漸下降。且由于聚焦超聲的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)容易使聚丙烯酰胺水凝膠產(chǎn)生氣泡，阻礙聚焦超聲的輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料及其制備方法，該耦合介質(zhì)有良好的透聲性，在聚焦超聲的作用下性能穩(wěn)定、不液化、不變稀。
[0005]解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料，其配方包括:單體、交聯(lián)劑、引發(fā)反應(yīng)的還原劑、引發(fā)反應(yīng)的氧化劑、有機(jī)溶劑和水，其中，所述單體為甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯類衍生物中的任意一種。得到的治療用超聲耦合介質(zhì)材料為果凍狀的聚合物凝膠。配方中的引發(fā)反應(yīng)的還原劑、引發(fā)反應(yīng)的氧化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)后得到了生成物，該生成物會引發(fā)單體的鍵斷裂，同時單體在交聯(lián)劑的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最終制得治療用超聲耦合介質(zhì)材料。
[0006]優(yōu)選的是，所述的治療用超聲耦合介質(zhì)材料配方組成包括:所述單體的質(zhì)量百分比為5?60%，所述交聯(lián)劑的質(zhì)量百分比為0.03?0.3%，所述引發(fā)反應(yīng)的還原劑的質(zhì)量百分比為0.02?0.1%，所述引發(fā)反應(yīng)的氧化劑的質(zhì)量百分比為0.03?0.15%，所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為30?90%，所述水的質(zhì)量百分比為3?25%。
[0007]通過控制交聯(lián)劑和單體的用量，調(diào)節(jié)最終得到的產(chǎn)物硬度。
[0008]通過控制引發(fā)反應(yīng)的氧化劑和還原劑的用量，調(diào)節(jié)聚合反應(yīng)的快慢。
[0009]優(yōu)選的是，所述丙烯酸酯類衍生物為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯中的任意一種。
[0010]優(yōu)選的是，所述有機(jī)溶劑為乙二醇或丙三醇。
[0011]優(yōu)選的是，所述交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺。此交聯(lián)劑的作用是使得丙烯酰胺發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使反應(yīng)后的產(chǎn)物不流動且保持一定形狀。
[0012]優(yōu)選的是，所述引發(fā)反應(yīng)的還原劑為偏重亞硫酸鹽和/或亞硫酸鹽。
[0013]優(yōu)選的是，所述偏重亞硫酸鹽為偏重亞硫酸鈉和/或偏重亞硫酸鉀，所述亞硫酸鹽為亞硫酸氫鈉和/或亞硫酸氫鉀。
[0014]優(yōu)選的是，所述引發(fā)反應(yīng)的氧化劑為過硫酸鹽和/或過氧化苯甲酰。
[0015]優(yōu)選的是，所述過硫酸鹽為過硫酸銨和/或過硫酸鉀。
[0016]優(yōu)選的是，在20?40°C時，聚焦超聲治療設(shè)備的超聲波在該治療用超聲耦合介質(zhì)材料中傳播時，聲速為1480?1680m/s，聲阻抗率為1.2X106?2.0X106Pa.s/m，聲衰減系數(shù)為 0.05 ?1.0dB/cm.MHz。
[0017]本發(fā)明還提供一種以上所述的治療用超聲耦合介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018](1)將單體溶于有機(jī)溶劑中，再加入使所述單體交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑，待完全溶解后進(jìn)行脫氣處理，其中，所述單體為甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯類衍生物中的任意一種；
[0019]在上述單體、有機(jī)溶劑、交聯(lián)劑的混合過程中會產(chǎn)生大量微氣泡，如不進(jìn)行脫氣處理，那么當(dāng)單體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)凝固后這些微氣泡凝固在透明凝膠中會阻礙聚焦超聲治療設(shè)備的超聲波的傳導(dǎo)，影響治療效果，且會因?yàn)槌暡ǖ膫鲗?dǎo)不暢，而發(fā)熱發(fā)燙，影響設(shè)備的使用壽命，所以需要進(jìn)行脫氣處理。
[0020](2)將引發(fā)反應(yīng)的還原劑和引發(fā)反應(yīng)的氧化劑溶于水中，然后進(jìn)行脫氣處理；
[0021]在上述引發(fā)反應(yīng)的還原劑、引發(fā)反應(yīng)的氧化劑的混合過程中會產(chǎn)生大量微氣泡，如不進(jìn)行脫氣處理，那么當(dāng)單體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)凝固后這些微氣泡會阻礙聚焦超聲治療設(shè)備的超聲波的傳導(dǎo)，影響治療效果，且會因?yàn)槌暡ǖ膫鲗?dǎo)不暢，而發(fā)熱發(fā)燙，影響設(shè)備的使用壽命，所以需要進(jìn)行脫氣處理。
[0022](3)將步驟(1)和步驟(2)得到的溶液進(jìn)行混合，得到用作為治療用超聲耦合介質(zhì)材料的果凍狀的聚合物凝膠。
[0023]本發(fā)明由引發(fā)還原劑和引發(fā)氧化劑反應(yīng)產(chǎn)生自由基，自由基引發(fā)單體斷鍵，再與交聯(lián)劑發(fā)生連鎖式的聚合反應(yīng)，最終形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透明凝膠。由于本發(fā)明采用的是氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生自由基，不需加熱(50°C以上)提供活化斷鍵所需的能量，所以在較低溫度(5?30°C)即可發(fā)生反應(yīng)。這樣既方便治療用超聲耦合介質(zhì)材料的合成，也保護(hù)了聚焦超聲治療設(shè)備的發(fā)射單元不受高溫的損害。
[0024]優(yōu)選的是，所述步驟(1)中的脫氣處理的真空度為-0.095?-0.08Mpa ；
[0025]所述步驟(2)中的脫氣處理的真空度為-0.095?_0.08Mpa。
[0026]本發(fā)明中的治療用超聲耦合介質(zhì)材料主要用于聚焦超聲治療設(shè)備的超聲發(fā)射單元和透聲窗之間的輸出耦合，其特點(diǎn)為透聲效果好、性能穩(wěn)定。解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用去離子脫氣水的繁瑣，擴(kuò)大了使用范圍，降低設(shè)備復(fù)雜程度，減小設(shè)備成本。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例1
[0029]本實(shí)施例提供一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料制備的原料配方包括:丙烯酰胺、使所述丙烯酰胺交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑、引發(fā)反應(yīng)的還原劑、引發(fā)反應(yīng)的氧化劑、有機(jī)溶劑和水。
[0030]本實(shí)施例提供一種上述治療用超聲耦合介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0031](1)將丙烯酰胺溶于有機(jī)溶劑中，再加入使所述丙烯酰胺交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑，然后進(jìn)行脫氣處理；
[0032](2)將引發(fā)反應(yīng)的還原劑和引發(fā)反應(yīng)的氧化劑溶于水中，然后進(jìn)行脫氣處理；
[0033](3)將所述步驟(1)和所述步驟(2)得到溶液混合，得到治療用超聲耦合介質(zhì)材料。
[0034]在20°C時，聚焦超聲治療設(shè)備的超聲波在該治療用超聲耦合介質(zhì)材料中傳播時，聲速為1520m/s，聲阻抗率為1.7父10%1*8/111，聲衰減系數(shù)為0.5(^/011^取。該治療用超聲耦合介質(zhì)材料達(dá)到醫(yī)用超聲耦合劑的國家標(biāo)準(zhǔn)。
[0035]實(shí)施例2
[0036]本實(shí)施例提供一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料制備的原料配方的組成為:甲基丙烯酰胺的質(zhì)量百分比為5%，使甲基丙烯酰胺交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑的質(zhì)量百分比為0.03%,-51發(fā)反應(yīng)的還原劑偏重亞硫酸鈉的質(zhì)量百分比為0.05%，引發(fā)反應(yīng)的氧化劑過氧化苯甲酰的質(zhì)量百分比為0.05 %，有機(jī)溶劑乙二醇的質(zhì)量百分比為90 %，水的質(zhì)量百分比為4.87 %。
[0037]本實(shí)施例提供一種上述治療用超聲耦合介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0038](1)將甲基丙烯酰胺溶于有機(jī)溶劑乙二醇中，再加入使甲基丙烯酰胺交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑，然后進(jìn)行脫氣處理，其中，脫氣處理的真空度為-0.0095Mpa，脫氣處理的時間為20分鐘?2小時；
[0039](2)將引發(fā)反應(yīng)的還原劑偏重亞硫酸鈉和引發(fā)反應(yīng)的氧化劑過氧化苯甲酰溶于水中，然后進(jìn)行脫氣處理，其中，脫氣處理的真空度為-0.0095Mpa，脫氣處理的時間為20分鐘?2小時；
[0040](3)將步驟⑴和步驟⑵得到溶液混合，得到治療用超聲耦合介質(zhì)材料。
[0041]在30°C時，聚焦超聲治療設(shè)備的超聲波在該治療用超聲耦合介質(zhì)材料中傳播時，聲速為1480m/s，聲阻抗率為1.6X106Pa*s/m，聲衰減系數(shù)為1.0dB/cm.MHz。該治療用超聲耦合介質(zhì)材料達(dá)到醫(yī)用超聲耦合劑的國家標(biāo)準(zhǔn)。
[0042]實(shí)施例3
[0043]本實(shí)施例提供一種治療用超聲耦合介質(zhì)材料制備的原料配方的組成為:丙烯酸的質(zhì)量百分比為40%，使丙烯酸交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑N，N'-亞甲基雙丙烯酸的質(zhì)量百分比為0.08%，引發(fā)反應(yīng)的還原劑亞硫酸氫鉀的質(zhì)量百分比為0.02%，引發(fā)反應(yīng)的氧化劑過硫酸銨的質(zhì)量百分比為0.03%，有機(jī)溶劑丙三醇的質(zhì)量百分比為50%，水的質(zhì)量百分比為9.87%。
[0044]本實(shí)施例提供一種上述治療用超聲耦合介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0045](1)將丙烯酸溶于有機(jī)溶劑丙三醇中，再加入使丙烯酸交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑N，N'-亞甲基雙丙烯酸，然后進(jìn)行脫氣處理，其中，脫氣處理的真空度為_0.085Mpa，脫氣處理的時間為20分鐘?2小時；
[0046](2)將引發(fā)反應(yīng)的還原劑亞硫酸氫鉀和引發(fā)反應(yīng)的氧化劑過硫酸銨溶于水中，然后進(jìn)行脫氣處理