一种自愈性超声体模材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种自愈性超声体模材料及其制备方法与应用。该体模材料为包括热塑性弹性体、油溶剂、散射体和相容剂组分的油凝胶。其中，散射体和相容剂之间存在氢键，热塑性弹性体、油溶剂和相容剂之间存在疏水相互作用，热塑性弹性体存在微晶结构，使超声体模材料具有自修复性能；而散射体提高了超声体模材料的声速，使其具有优良的超声显影效果，并达到与人体组织相近的程度。将热塑性弹性体、油溶剂、散射体和相容剂溶解脱气泡冷却后即可得到超声体模，制备方法简单。该超声体模具有与人体相近的超声成像性能，自修复性能好，耐穿刺，可以用于医护人员超声穿刺和活检培训体模。用于医护人员超声穿刺和活检培训体模。

【技术实现步骤摘要】
一种自愈性超声体模材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于医用材料领域，尤其涉及超声显影材料领域，具体地，涉及一种自愈性超声体模材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]医用超声影像可为肌体损伤或疾病的诊断、孕情检查、穿刺或手术监视导航等提供依据、参考和辅助，超声体模则是培训超声成像系统技术(例如穿刺活检等)操作人员，如医生、技师等无可替代的工具。近年来，超声体模在超声穿刺活检培训方面的应用逐渐被重视和扩大。由于超声穿刺活检是有创操作，具有自修复性能(或自愈性)的超声体模可以显著提高超声体模的利用率。目前具有自修复性能的超声体模多为水凝胶材料，水凝胶中含有的大量水分随时间会慢慢挥发，体模易受到细菌侵蚀，从而使体模的性能发生变化。油凝胶则无此类问题，其中的高沸点油溶剂常温下不挥发，也不会滋生细菌，因此性能稳定。油凝胶自修复超声体模材料具有十分广阔的应用前景。
[0003]目前，油凝胶超声体模材料不具备自修复性能，因此研究者往往采用水/油复合凝胶，赋予超声体模自修复性能的同时，减少水的不利影响，减缓水分挥发速度，但水的加入仍不可避免地会使这种凝胶的时间稳定性下降(Extreme Mechanics Letters,2017,62-70)。
[0004]专利US5196343A公开了一种聚丙烯酰胺/乙二醇油凝胶超声体模材料，这种油凝胶中含有10％至20％重量份数的聚丙烯酰胺。由于乙二醇的挥发性很低，因此油凝胶的时间稳定性良好。然而这种油凝胶的声速高于1700(m/s)，声衰减低于0.15(dB/cm MH)，因此超声性能远不足以满足使用要求。此油凝胶超声体模且并无自修复性能，难以用于超声穿刺活检培训。
[0005]专利CN101316556A公开了一种聚氨酯油凝胶超声体模用凝胶，其主要成分为具有环氧烷链段的嵌段聚氨基甲酸酯凝胶和碳酸丙烯酯、四乙二醇二甲醚等非挥发性的有机凝胶溶胀性基质，并通过聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯微珠等调节超声衰减速率。环氧烷链段在常温下大部分或全部为液体，被碳酸丙烯酯、四乙二醇二甲醚等非挥发性的有机凝胶溶胀性基质所溶胀。由于该凝胶的溶胀性基质含量并不随时间变化，因此其超声特性具有良好的长期稳定性。又因为此溶胀性基质为有机溶剂，所以细菌无法在凝胶中繁殖、腐坏等。然而，这种凝胶的超声衰减系数为0.13-1.15(dB/cm MH)，声速为1,468-1506(m/s)，与人体的声速(1,540
±
15(m/s))有一定差距，其超声性能并不能达到理想预期，凝胶未见自修复性能描述。
[0006]专利US 20040067591 A1公开了一种琼脂/明胶/红花油油凝胶。通过将红花油和玻璃珠等其他助剂加入琼脂/明胶水溶液中剧烈搅拌，再进一步加热，交联，烘干，得到油基的明胶/琼脂凝胶。这种油凝胶的时间稳定性良好，超声性能也符合要求。其声速可以在1490-1540(m/s)内调节；声衰减系数可以在0.15-0.75(dB/cm MH)内调节，满足使用要求。然而其制备工艺复杂，且未有自修复性能，难以承受医护人员超声穿刺活检培训时的反复
穿刺。
[0007]专利US 9275557 B2公开了一种可用于穿刺活检培训的聚硅氧烷油凝胶体模材料。这种油凝胶由聚硅氧烷和硅油组成，由于聚硅氧烷具有良好的自密封特性，因此凝胶可以耐受重复多次的针扎穿刺。该凝胶可用于制备乳房超声体模的皮层组织等，鉴于其自密封特性，在针扎过程中皮层之下的病理液不会发生泄漏。但是这种自密封特性并不等同于自修复性能，针扎后凝胶的超声图像中仍有可能残留气痕，因此应用有限。
[0008]专利US 2019/0175151 A1公开了一种含有聚丙烯酰胺、水、甘油等烷基醇、合成锂蒙脱石等矿物盐和二氧化硅等成分的超声体模用凝胶。这种凝胶具有一定的自修复性能，耐重复针刺，可用于超声穿刺活检训练。其自修复性能主要来源于层状矿物盐/聚合物网络在水中的相互作用，这种网络可在受外力破坏时发生自修复，从而使凝胶具有自修复性能。超声影像性能的提升则主要由金属氧化物颗粒实现。为尽量降低水分挥发的影响，凝胶中加入了大量吸湿性的有机溶剂如甘油等。由于包含水分，稳定性和耐霉变性无法保证。
[0009]专利WO 2019/034791 Al公开了一种含有有机硅乳液的凝胶，这种凝胶由具有良好的触变性，基于触变性凝胶具有良好的自修复能力，当超声体模被活检针刺穿时，针产生的针迹或条纹通过触变行为逐渐消去。此外有机硅乳液的加入可以在增强声衰减的同时避免对亮度产生不利影响。凝胶声速可以在1500-1550(m/s)范围内调节,与人体各组织声速相近；声衰减系数可以在1-2(dB/cm MH)内调节，与人体声衰减系数(0.5
±
0.05(dB/cm MH))有一定差距。这种可作为超声体模材料的凝胶仍含有70％以上的水分，因此仍存在水分挥发影响性能的可能。
[0010]综上，现有的油凝胶超声体模材料的超声性能与人体存在一定差别，或不能提供良好的自修复性能，或材料长期稳定性不理想。因此，亟需一种超声性能接近人体组织、具有自修复性能、加工工艺简单、成本低的油凝胶超声体模材料，以此满足耐穿刺超声体模的制造和使用需求。

技术实现思路

[0011]为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：热塑性弹性体、油溶剂、散射体和相容剂加热溶解、冷却后，热塑性弹性体和油溶剂通过微晶物理交联形成热塑性弹性体凝胶，可形成氢键同时又具备疏水作用的散射体和相容剂形成另一凝胶相；两种凝胶因常温不互溶而发生相分离，形成双相态互穿交联凝胶。相容剂与散射体形成的凝胶相具有基于氢键的自修复性能，并与热塑性弹性体因疏水作用而产生自修复性能；热塑性弹性体中的微晶受力消解、解除应力后重新产生微晶的特性也提高了材料的自修复性能。并且，双相态互穿交联凝胶中，相容剂与散射体形成的凝胶相声速高，提高材料的声速同时避免了散射体颗粒大小不一、分布不均对亮度和超声影像形貌带来的不利影响。两相结构模拟了人体组织的超声影像形貌，提高材料的超声性能，使其成为具有优良超声显影效果和自修复性能的医用材料。该材料可以用于制造可重复针扎穿刺并具有自修复性能的超声体模，从而完成本专利技术。
[0012]本专利技术的目的在于提供以下方面：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种自愈性超声体模材料，其为双相态互穿交联凝胶，包括形成热塑性弹性体凝胶的热塑性弹性体和油溶剂，以及在热塑性弹性体凝胶中形成另一凝
胶相的散射体和相容剂。
[0014]所述材料由包括以下重量配比的组分制成：
[0015][0016]其中，所述热塑性弹性体选自TPU、TPS、TPEE和TPO中的一种或多种；优选地，所述热塑性弹性体选自聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、SIS、SBS、SEBS、EPM/聚乙烯共混物和丁苯橡胶接枝聚乙烯中的一种或多种；
[0017]所述油溶剂选自甘油、乙二醇、硅油、矿物油和DMSO中的一种或多种；
[0018]所述散射体为声速值是热塑性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自愈性超声体模材料，其特征在于，其为双相态互穿交联凝胶，包括形成热塑性弹性体凝胶的热塑性弹性体和油溶剂，以及在热塑性弹性体凝胶中形成另一凝胶相的散射体和相容剂。2.根据权利要求1所述的自愈性超声体模材料，其特征在于，所述材料由包括以下重量配比的组分制成：3.根据权利要求1所述的自愈性超声体模材料，其特征在于，所述热塑性弹性体选自TPU、TPS、TPEE和TPO中的一种或多种；优选地，所述热塑性弹性体选自聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、SIS、SBS、SEBS、EPM/聚乙烯共混物和丁苯橡胶接枝聚乙烯中的一种或多种；所述油溶剂选自甘油、乙二醇、硅油、矿物油和DMSO中的一种或多种；所述散射体为声速值是热塑性弹性体凝胶声速值的1～3倍的纤维素或分子量为500～20000的聚醚；所述相容剂为两亲性化合物，选自二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇二甲醚、二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、丙二醇丁醚和丙二醇苯醚中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的自愈性超声体模材料，其特征在于，所述散射体为羟乙基纤维素和乙基纤维素，二者的重量比为0.1～10:1，优选为0.2～3:1；所述相容剂为二乙二醇二乙醚和丙二醇丁醚，二者的重量比为0.3～3:1，优选为1.5～3:1，优选为2～2.5:1。5.根据权利要求1所述的自愈性超声体模材料，其特征在于，基于10重量份的热塑性弹性体，所述油溶剂的用量为60～120重量份，优选为80～100重量份；和/或，基于10重量份的热塑性弹性体，散射体的用量为1～10重量份，优选为1.5～10重量份；和/或，基于10重量份的热塑性弹性体，相容剂的用量为2～40重量份，优选为2～15重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓农，张朔，石淑先，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：