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)境中進行，使其進行聚合及交聯(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，外觀上更為無色透明，原液變成凝膠狀僅需時間為三十秒左右，并且成品的韌性有所增加，可多次循環(huán)使用，減少使用過程中產(chǎn)生不可恢復的裂紋。
【專利說明】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)域需要對超聲聚焦的焦點進行實時的監(jiān)控與觀察，便于制定超聲聚焦治療的治療方案與計量，以此一種能實時反饋超聲聚焦性能的可視化載體對提供超聲聚焦計量研究有著重要的意義。傳統(tǒng)意義上對焦斑的大小研究更多的是基于離體組織上進行，由于離體組織不具備可視化以及不能多次重復利用的功能，因此在大量數(shù)據(jù)輸出的平臺上，不能高效進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與觀察。實驗研究需要一種既能實時觀察到超聲聚焦焦點大小形態(tài)以及位置的載體，同時這種載體要求能多次、重復使用，可視化程度高。同時制備工藝比較簡便，而制備成型的凝膠時間不宜過程，特別是針對實驗室環(huán)境下的成型時間不宜過長。
[0003]直接的觀測到聚焦超聲的聚焦熱效應(yīng)，是研究BFR的有效途徑。國內(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)和評價。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，這一類的透明體模可以通過肉眼實時觀測到HIFU焦域熱效應(yīng)的變化，并可通過圖片或錄像拍攝進行記錄和精確測量。不透明的蛋白質(zhì)類體模不能實時觀測，如同牛肝的HIFU實驗一樣，輻照后需切開并尋找到最大焦域切面。通過對透明超聲體模內(nèi)可視化焦域的觀測，確定聚焦超聲所形成的焦域形態(tài)及位置，從而對聚焦超聲的聚焦性能進行評估的研究方法，在國內(nèi)外備受重視。
[0004]超聲治療中，輻照劑量的確定也很重要。一個理想的聲波劑量計量方法應(yīng)該能滿足:(1)反映聲強和輻照持續(xù)時間(2)較好反映聲波輻照下的生物學效應(yīng)(3)便于文獻間相互比較。但目前還沒有較好的方法能滿足上述要求。近年來，智能型水凝膠因其獨特的性能，在醫(yī)學領(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60年代研發(fā)出來后，不斷的受到國內(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(以下簡稱智能體模)，用于聚焦超聲焦域的顯示和觀測。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)通過可視化的焦域表現(xiàn)出來。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問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)問題，本發(fā)明采用的一個技術(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，無氣泡，與蛋白質(zhì)體模相比，外觀上更為無色透明。
[0020]相對于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)工藝，仿生體模的成型時間一般為兩個小時，甚至更長，在臨床以及實驗使用中帶來許多不便，同時傳統(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，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利用獨特的催化方式，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，減少了使用過程中產(chǎn)生不可恢復的裂紋。
【具體實施方式】
[0021]為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式詳予說明。[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行改進，即可實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，其他可按照現(xiàn)有工藝進行，實施例中所述的各原料配比關(guān)系、凝膠反應(yīng)過程還有后續(xù)加工過程只是為了詳細說明本發(fā)明的實施過程或給出了效果更佳的實施條件，不作為本發(fā)明的必要實施手段。
[0023]實施例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,配制過硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過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，然后倒掉水晾干12小時，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，配制過硫酸銨1.4g，制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過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，然后倒掉水晾干12小時，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,配制過硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過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，然后倒掉水晾干12小時，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,配制過硫酸銨1.2g,制得硫酸銨及偏重亞流酸鈉反應(yīng)原液，將過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，然后倒掉水晾干12小時，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)制得透明度會有較好表現(xiàn)，而且智能仿生體模的成型速度相對也較快，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，超出合理范圍會使得智能仿生體模變成不透明的白色，而不是無色狀態(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，無氣泡，與蛋白質(zhì)體模相比，外觀上更為無色透明。
[0037]相對于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)工藝，仿生體模的成型時間一般為兩個小時，甚至更長，在臨床以及實驗使用中帶來許多不便，同時傳統(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，該本發(fā)明采用速單向攪拌工藝以及獨特的催化方式，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，減少使用過程中產(chǎn)生不可恢復的裂紋。[0038]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，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】C08F220/56GK103524758SQ201310430141
【公開日】2014年1月22日 申請日期: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 申請人:深圳市普羅惠仁醫(yī)學科技有限公司