[發明專利]一種大尺寸韌性體模的制備方法

有效

• 申請號: 202010532781.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111674113B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 曹艷平;姜銘巍;尹子迎;鄭陽
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B32B7/10
• 分類號: B32B7/10;B32B9/00;B32B9/04;B32B37/10;B32B37/06;B32B37/00;C08J3/075;C08L89/00;C08L5/00;C08L1/02;C08K5/098
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及生物醫學材料技術領域，尤其涉及一種大尺寸韌性體模的制備方法。本發明的大尺寸韌性體模制備方法，采用生物相容性良好、綠色環保、可降解的明膠為基礎材料，在優化體模材料韌性的基礎上，利用水凝膠的自愈合性使增韌的薄片狀體模交聯在一起，并通過施加外力、提高溫度、超聲波處理，促進體模自愈合，這三種促進體模自愈合的方法，用于制備大尺寸的高韌性體模，解決了傳統的明膠體模韌性較差和針對明膠水凝膠的增韌方法作用深度有限的問題，更好地適應了臨床應用中體模尺寸較大的需求。

技術領域

本發明涉及生物醫學材料技術領域，尤其涉及一種大尺寸韌性體模的制備方法。

背景技術

模擬人體組織的超聲體模對于超聲技術的臨床成功應用有重要意義。其一，超聲體模可以用于儀器或算法的評估和校準，在超聲成像方法的開發、驗證以及使用中起到至關重要的作用；其二，超聲臨床診斷需要很強的手眼配合與協調能力，超聲體模可對臨床醫師儀器操作與使用進行輔助訓練。

針對超聲成像技術，目前已發展出多種體模，現有的用于醫學成像技術的體模主要基于四種材料，包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、瓊脂和明膠。但是現有的體模存在一些局限性，前述四種體模材料主要缺點有兩個方面。第一，丙烯酰胺和聚乙烯醇具有一定的毒性，且難以降解。丙烯酰胺是一種具有致癌性的神經毒素，使用不當會對人體造成不可逆轉的傷害。根據2017年世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單，聚乙烯醇在3類致癌物清單中。第二，傳統的明膠或瓊脂超聲體模力學強度較弱，韌性較差，在外力作用下容易破碎，給體模的包裝、運輸、儲存與使用造成不便。

水凝膠是一種具有三維網絡結構、物理化學性質可調的軟材料，具有良好的生物相容性和自愈合性，是一種理想的生物材料，在藥物運輸、組織修復、柔性電子器件等生物醫學領域有著廣泛的應用。但是通常情況下，基于水凝膠的超聲彈性體模韌性較差，不便于包裝和運輸。

針對傳統水凝膠材料韌性較差的問題，基于雙網絡結構設計的水凝膠提供了新思路。通過將兩種可獨立形成水凝膠網絡的高分子復合在同一水凝膠中，可以制備出具有高強度和高韌性的雙網絡水凝膠。然而通常情況下雙網絡水凝膠制備工藝復雜、熔點和彈性模量不方便調控，而且在不添加散射子的情況下無法在超聲下成像，因此雖然雙網絡水凝膠在高分子材料領域有著廣泛的應用，但是在醫用體模制備方面具有一定的局限性。

此外，目前有一些明膠水凝膠增韌方面的進展，例如，利用Hofmiester效應可以通過用硫酸銨溶液處理的方法提高純明膠凝膠的延展性，專利CN110078945A中公開了一種明膠基高強度水凝膠的制備方法，首先將凝膠態的明膠浸泡在硫酸銨溶液中得到明膠-硫酸銨凝膠；之后將明膠-硫酸銨凝膠加入到硫酸銨溶液中進行加熱；最后將其浸泡在硫酸銨溶液中獲得相分離明膠水凝膠。該方法在不改變明膠水凝膠化學組成的情況下通過改變加熱溫度和加熱時間調控明膠水凝膠的力學性能、孔隙形貌和孔隙尺度。但是，這種明膠基高強度水凝膠技術主要缺點有兩個方面。第一，所述增韌的明膠水凝膠材料屬于水凝膠材料制備技術領域，并未應用于臨床醫學體模制備領域。第二，硫酸銨浸泡水凝膠的方法作用深度有限，只適用于增韌尺寸較小的水凝膠材料，無法增強大塊水凝膠材料內部的延展性，因此不適用于制備大尺寸高強度水凝膠。

發明內容

本發明的目的是提出一種大尺寸韌性體模的制備方法，對已有的體模制備方法進行改進，采用生物相容性良好、綠色環保、可降解的明膠為基礎材料，在優化體模材料韌性的基礎上，利用水凝膠的自愈合性使增韌的薄片狀體模交聯在一起，從而制備大尺寸的高韌性體模，更好地適應了臨床應用中體模尺寸較大的需求。

本發明提出的大尺寸韌性體模的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將明膠顆粒放入水中，明膠顆粒在水中的質量百分比為5％～15％，在60℃～80℃水浴加熱，待明膠顆粒完全溶解，得到第一溶液；

(2)在第一溶液中依次加入卡拉膠和山梨酸鉀，卡拉膠的加入質量百分比為0.1％～1.5％,山梨酸鉀的加入質量百分比為0.5％～2％，水浴加熱并不斷攪拌，至其完全溶解，得到第二溶液，