固态超声耦合剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种固态超声耦合剂及其制备方法。本发明的一种固态超声耦合剂，其具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹配的形状，以脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa·s的壳聚糖为主要原料而制成。本发明的固态超声耦合剂柔韧而富有弹性，表面光洁，其声传导性能与水接近，超声传导效果良好。此外，本发明的固态超声耦合剂为固态，因而运输、储存和使用方便且经济。
【专利说明】固态超声耦合剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固态超声耦合剂及其制备方法，尤其涉及一种壳聚糖固态超声耦 合剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚焦超声治疗已经成为一种较成熟的医疗技术。由于超声无法在空气中传播，因 此目前的聚焦超声发射装置都使用液态超声耦合剂作为传导介质。较普遍的液态超声耦合 剂是脱气水。在聚焦超声发射装置的换能器前方使用一个可灌注液体的容器。在聚焦超声 治疗时，先将液态超声耦合剂灌注在容器中作为将超声由换能器传导到人体组织之间的介 质。
[0003] 在灌注液体充满容器的过程中，需要完全排除气泡以避免气泡对超声传导的干 扰。这种操作较为不便。无论是在使用过程中还是在储存及运输过程中，如果空气重新溶 解在液态耦合剂中，就会导致其声传导性能下降。这就需要液态超声耦合剂时时刻刻保持 处于密闭的条件之下，由此致使其的运输、储存和使用复杂化且经济性下降。同时，因液体 接触对换能器可能造成的腐蚀及液体泄漏对聚焦超声发射装置电器安全性的潜在危害，均 会对导致聚焦超声装置的设计及使用复杂化，从而导致经济成本的增加及便利性的下降。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提供了一种固态超声耦合剂，以其代替聚焦超声发射装置 中使用的液态超声耦合剂，提高聚焦超声治疗中超声耦合剂的操作便利性及经济性。
[0005] 本发明所提供的固态超声耦合剂，具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状 相匹配的形状，以脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · s的壳聚糖为主要原料而制成。
[0006] 其中，所述壳聚糖为片状或粉末状，粒度不大于130目。
[0007] 所述固态超声耦合剂的技术性能如下：声速在1520-1620m/s之间，声阻抗率在 L 5-1. 6xl06pa. s/m 之间，声衰减为不大于 0· 05dB/cm. MHz。
[0008] 所述固态超声耦合剂的表面pH值为5. 5-8. 0。
[0009] 本发明还提供了上述固态超声耦合剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 1)将脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · s的壳聚糖的酸溶液灌注到成型模具 中；
[0011] 2)进行固化处理使壳聚糖的酸溶液转化为固态；
[0012] 3)脱模，清洗至中性，获得固态耦合剂；
[0013] 其中，所述固态耦合剂具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹配的形 状。
[0014] 其中，所述壳聚糖的酸溶液为壳聚糖的醋酸水溶液。
[0015] 其中，所述壳聚糖的醋酸水溶液中壳聚糖的质量浓度在2%_6%之间。
[0016] 其中，所述壳聚糖的醋酸水溶液中醋酸的质量浓度在1%_4%之间。
[0017] 其中，所述壳聚糖的酸溶液的温度在l〇°C -40°c之间。
[0018] 其中，所述壳聚糖的酸溶液经过真空脱泡处理。
[0019] 其中，所述真空脱泡处理的温度在KTC -40°c之间。
[0020] 其中，步骤1)在真空条件下进行。
[0021] 其中，所述固化处理为使壳聚糖在碱性环境中凝固。
[0022] 其中，所述固化处理中使用的固化液为质量浓度2%_10%氢氧化钠溶液。
[0023] 其中，所述固化液的温度在10°C _40°C之间。
[0024] 其中，所述固化液中还添加有不超过所述固化液体积的1/10的乙醇。
[0025] 本发明的固态超声耦合剂柔韧而富有弹性，表面光洁，其声传导性能与水接近，超 声传导效果良好。此外，本发明的固态超声耦合剂为固态，因而运输、储存和使用方便且经 济。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1表示本发明的一个【具体实施方式】中固态耦合剂与超声换能器装配后的示意 图。
[0027] 图2表示本发明的一个【具体实施方式】中成型模具的示意图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明涉及一种固态超声耦合剂，本发明涉及的固态超声耦合剂作为在聚焦超声 治疗中由换能器至人体组织之间的一种超声传导介质。
[0029] 本发明的固态超声耦合剂，其具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹 配的形状，以脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · s的壳聚糖为主要原料而制成。壳聚糖 是一种生物有机材料，有良好的生物相容性，对人体安全无害，已经广泛地应用于医药、食 品、纺织等领域。同时，壳聚糖也是一种天然的抑菌物质，由其制备的固态耦合剂中不需要 添加任何防腐剂。此外，在聚焦超声治疗过程中，壳聚糖固态耦合剂可以长时间与人体组织 直接接触，对人体安全且舒适。其中，壳聚糖的脱乙酰度大于80%、粘度大于700mPa ·s能够 保证所制备出的固态超声耦合剂具有良好的物理及生物性能。壳聚糖优选为食品级的壳聚 糖，以保证生物安全性的要求。壳聚糖的粒度越大，溶解性越好，但在溶质中的分散性就变 差。优选地，壳聚糖为片状或粉末状，粒度不大于130目。粒度大于130目时，会增加溶解 过程中的搅拌难度。
[0030] 本发明的固态超声耦合剂的规格大小根据需要设定，其主要由固态耦合剂与超声 换能器的贴合面、超声换能器到人体组织部位的距离、超声进入人体组织时的穿射面三个 因素决定。本发明的固态超声耦合剂的形状除了与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状 相匹配外，还可以考虑安装需要，通常可以为圆柱或圆锥形。
[0031] 在一个【具体实施方式】中，根据聚焦超声发射装置的情况，固态耦合剂设计形状为 近似圆柱体，直径5cm、高3cm，与人体接触面为平面，与超声换能器贴合面为球面，球面弧 度与换能器一致。固态耦合剂与超声换能器装配后如图1所示。图1中，1表示固态耦合 剂，2表示聚焦超声发射装置的超声换能器。
[0032] 本发明的固态超声耦合剂可以通过使用结构较简单的固定装置将其直接安装在 聚焦超声发射装置的换能器前方，操作简单方便。
[0033] 本发明的固态超声耦合剂柔韧而富有弹性，表面光洁，其声传导性能与水接近，超 声传导效果良好。
[0034] 本发明的固态超声耦合剂的主要技术性能如下：
[0035] 声速在1520-1620m/s之间，声阻抗率在I. 5-1. 6xl06pa. s/m之间，声衰减为不大 于 0· 05dBAcm. MHz)。
[0036] 本发明的固态超声耦合剂的表面pH值为5. 5-8. 0。
[0037] 本发明的固态超声耦合剂可以按照如下方法制备：
[0038] 1)将脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · s的壳聚糖的酸溶液灌注到成型模具 中；
[0039] 2)进行固化处理使壳聚糖溶液转化为固态；
[0040] 3)脱模，清洗至中性，获得固态耦合剂；
[0041] 其中，所述固态耦合剂具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹配的形 状。
[0042] 其中壳聚糖在制备过程中显示出良好的可塑性及适形性，因而可根据不同聚焦超 声发射装置的超声换能器的配套要求，制成的多种形状及规格，以适用于各种聚集超声治 疗。
[0043] 在上述制备方法中使用的成型模具可以根据固态耦合剂所需的形状和规格大小 由对壳聚糖不产生污染同时不易发生变形及磨损的材料制成，诸如无机玻璃、有机玻璃、不 镑钢等。
[0044] 在一个具体的实施方式中，成型模具由模有机玻璃制成，如附图2所示。其形状为 近似圆筒形，底面为球面，内直径为5cm、内部高度为3cm。
[0045] 在上述制备方法中，所使用的壳聚糖的酸溶液为壳聚糖的醋酸水溶液。
[0046] 其中，壳聚糖的质量浓度优选在2%_6%之间。壳聚糖的浓度过高会导致制备的固 态耦合剂的声传导性能下降；壳聚糖的浓度过低会导致制备出的固态耦合剂的柔韧性、弹 性下降。
[0047] 其中，醋酸的质量浓度优选在1%_4%之间。醋酸的浓度偏低，壳聚糖的溶解性就 会较差，所能得到的壳聚糖的浓度就会受限制；醋酸的浓度的提高，可以改善壳聚糖的溶解 性，缩短溶解过程所需的时间，但是醋酸的浓度过高会影响之后的固化过程导致固化困难 或固化所需时间过长。
[0048] 其中，壳聚糖的酸溶液的温度优选在KTC -40°c之间，温度过低会降低壳聚糖的 溶解性，温度过高会导致壳聚糖降解。
[0049] 在上述制备方法中，壳聚糖的脱乙酰度及粘度的要求可以保证壳聚糖的溶解性及 固态可成型性。
[0050] 在上述制备方法中，壳聚糖的酸溶液经过真空脱泡处理。充分除去壳聚糖的酸溶 液中的气泡可以避免可能产生的对超声传导性能的影响。脱泡处理温度应在l〇°C _40°C之 间。
[0051] 在上述制备方法中，当成型模具体积较大或结构形状较复杂时，为避免灌注过程 中形成气泡，灌注可以在真空条件下进行。
[0052] 在上述制备方法中，固化处理为使壳聚糖在碱性环境中凝固。具体可以为：将灌注 好的成型模具浸泡于固化液中使成型模具中的壳聚糖的酸溶液逐步转化为固态。固化液优 选为质量浓度2%_10%氢氧化钠溶液。氢氧化钠浓度过高会导致出现固化不均的现象，氢氧 化钠浓度过低则固化速度偏慢。固化液的温度优选在l〇°C -40°C之间。固化液的温度过低 会降低固化速度，固化液的温度过高会导致壳聚糖降解。为加速固化，可以在固化液中添加 乙醇。乙醇的添加会在一定程度上影响固态耦合剂的超声传导性能，因而乙醇的添加量不 超过氢氧化钠溶液的体积的1/10。
[0053] 在上述制备方法中，脱模后的固态耦合剂应在水中充分浸泡、清洗，以彻底除去残 留的固化液，直至洗脱液呈中性。
[0054] 以下是本发明的具体实施例，所述的实施例是用于描述本发明，而不是限制本发 明。
[0055] 实施例1 :
[0056] 将脱乙酰度89%，粘度700mPa · s，片状的食品级壳聚糖为原料溶解于4%醋酸水溶 液中得到6%壳聚糖醋酸水溶液。整个溶解过程的温度控制在40°C左右。将壳聚糖醋酸水 溶液置于温度40°C、_0. 09Mpa的真空条件下36小时，充分脱泡。然后将脱泡后的壳聚糖醋 酸水溶液灌注到成型模具中。将灌注好的成型模具完全浸泡在固化液中36小时。固化液 为2%的氢氧化钠溶液，其中添加有1/10氢氧化钠溶液体积的乙醇，温度KTC左右。将固化 后的耦合剂从模具中倒出，在清水中浸泡清洗，每浸泡2小时，冲洗换水一次，四次后浸泡 水经pH试纸测试呈中性。获得壳聚糖固态耦合剂。该壳聚糖固态耦合剂柔韧而富有弹性， 表面光洁。
[0057] 实施例2 :
[0058] 将脱乙酰度86%，粘度820mPa ·s，粒度80目的粉末状食品级壳聚糖为原料溶解于 2. 5%醋酸水溶液中得到4%壳聚糖醋酸水溶液。整个溶解过程的温度控制在20°C左右。将 壳聚糖醋酸水溶液置于温度25°C、_0. 09Mpa的真空条件下36小时，充分脱泡。然后将脱泡 后的壳聚糖醋酸水溶液灌注到成型模具中。将灌注好的成型模具完全浸泡在固化液中12 小时。固化液为6%的氢氧化钠溶液，其中添加有1/20氢氧化钠溶液体积的乙醇，温度25°C 左右。将固化后的耦合剂从模具中倒出，在清水中浸泡清洗，每浸泡2小时，冲洗换水一次， 四次后浸泡水经PH试纸测试呈中性。获得壳聚糖固态耦合剂。该壳聚糖固态耦合剂柔韧 而富有弹性，表面光洁。
[0059] 实施例3 :
[0060] 将脱乙酰度82%，粘度960mPa *s，粒度120目的粉末状食品级壳聚糖为原料溶解于 1%醋酸水溶液中得到2%壳聚糖醋酸水溶液。整个溶解过程的温度控制在KTC左右。将壳 聚糖醋酸水溶液置于温度KTC、_0. 09Mpa的真空条件下36小时，充分脱泡。然后将脱泡后 的壳聚糖醋酸水溶液灌注到成型模具中。将灌注好的成型模具完全浸泡在固化液中24小 时。固化液为10%的氢氧化钠溶液，其中添加有1/30氢氧化钠溶液体积的乙醇，温度40°C 左右。将固化后的耦合剂从模具中倒出，在清水中浸泡清洗，每浸泡2小时，冲洗换水一次， 四次后浸泡水经PH试纸测试呈中性。获得壳聚糖固态耦合剂。该壳聚糖固态耦合剂柔韧 而富有弹性，表面光洁。
[0061] 从实施例1-3中制备的壳聚糖固态耦合剂中随机抽取10个成品，检测主要技术性 能指标。结果如下表所示：
【权利要求】
1. 一种固态超声耦合剂，其具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹配的形 状，以脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · S的壳聚糖为主要原料而制成。
2. 根据权利要求1所述的固态超声耦合剂，其特征在于所述壳聚糖为片状或粉末状， 私度不大于130目。
3. 根据权利要求1所述的固态超声耦合剂，其特征在于所述固态超声耦合剂的技术性 能如下：声速在1520-1620m/s之间，声阻抗率在1. 5-1. 6xl06pa. s/m之间，声衰减为不大于 0. 05dB/cm. MHz〇
4. 根据权利要求1所述的固态超声耦合剂，其特征在于所述固态超声耦合剂的表面pH 值为 5.5-8. 0。
5. -种固态超声耦合剂的制备方法，包括如下步骤： 1) 将脱乙酰度大于80%，粘度大于700mPa · s的壳聚糖的酸溶液灌注到成型模具中； 2) 进行固化处理使壳聚糖的酸溶液转化为固态； 3) 脱模，清洗至中性，获得固态耦合剂； 其中，所述固态耦合剂具有与聚焦超声发射装置的超声换能器的形状相匹配的形状。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述壳聚糖的酸溶液为壳聚糖的醋酸水溶 液。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述壳聚糖的醋酸水溶液中壳聚糖的质量 浓度在2%-6%之间。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述壳聚糖的醋酸水溶液中醋酸的质量浓 度在1%-4%之间。
9. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述壳聚糖的酸溶液的温度在10°C -40°C 之间。
10. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述壳聚糖的酸溶液经过真空脱泡处理。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述真空脱泡处理的温度在l〇°C -40°C 之间。
12. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤1)在真空条件下进行。
13. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述固化处理为使壳聚糖在碱性环境中 凝固。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述固化处理中使用的固化液为质量浓 度2%-10%氢氧化钠溶液。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述固化液的温度在10°C _40°C之间。
16. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述固化液中还添加有不超过所述固化 液体积的1/10的乙醇。
【文档编号】A61K49/22GK104274843SQ201310275884
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月2日 优先权日:2013年7月2日
【发明者】梁晓云 申请人:百仕联创新医学技术（北京）有限公司