石墨烯填充型水凝胶超声耦合贴片的制备方法与流程

本发明涉及一种医用超声耦合材料技术领域的方法，通过添加氧化石墨烯或水溶性石墨烯分散液后，根据模具尺寸形成透明、黄棕色水凝胶，用于超声波耦合诊断领域。

技术背景

超声波诊断时，当超声波入射到两种不同媒介质的界面时，两者阻抗越大，穿越一遍界面而继续另一媒介质的声能越少，超声诊断仪与皮肤直接接触时，空气的存在导致超声波无法到达并进入人体。声波在无损检测常用的超声频率下，不能在空气中有效传播。空气除了会使信号产生衰减，空气的声阻抗还与探头的防磨层和一般的被检材料极不匹配。甚至探头与被测工件之间极窄的气隙都会影响声能的有效传输，使常规检测不可能完成。故医用超声耦合剂涂抹至皮肤表面使用时，探头与皮肤之间空气遭遇隔离，超声波可以顺畅的传播。超声探头直接接触患者皮肤，多数医生检查完患者后未经严格消毒即开始下一次检查，特别在我国大中城市就诊量较大的情况下，临床使用时未消毒的探头常存在细菌和病菌，易造成患者间的皮肤交叉感染。根据相关规范，接触皮肤的诊疗器具都必须进行有效消毒，超声探头存在较高的感染风险，作为耦合剂溶剂的水不能将探头与身体检测部位完全隔离，检测完毕后以卫生纸直接擦去残余液态耦合剂，一定程度上可能造成患者之间的交叉感染。固态的医用超声耦合贴片可加工成所需尺寸，可与皮肤和超声探头紧密接触，不粘连皮肤，有效防止患者间交叉感染。石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的单层碳结构，其独特的结构使石墨烯材料具有优良的力学性能和电学性能。氧化石墨烯是富含氧基团的石墨烯衍生物，相比于石墨烯，其在水或其他溶剂中具有较好的分散性，因此本发明研究石墨烯填充型医用超声耦合贴片，具有实际的临床应用前景。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯填充型水凝胶超声耦合贴片的制备方法，基于现有超声耦合剂声衰减系数大且无抗菌性能的前体下，提供一种具有抑菌作用和较小声衰减的超声耦合剂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种石墨烯填充型水凝胶超声耦合贴片的制备方法，以海藻酸钠和卡拉胶作为贴片水凝胶的主要成分，添加甘油和聚乙二醇400作为调节剂，蔗糖酯为乳化剂，加入氯化钙溶液反应后形成透明水凝胶作为骨架，包含以下步骤：

（1）固体耦合贴片的制备

取海藻酸钠1.0%~6.0%、卡拉胶1.0%~5.0%、黄原胶0.03%~0.05%，蔗糖酯0.05~0.1%，甘油2.0~5.0%,peg4002.0~5.0%,防腐剂0.01%~0.12%，搅拌均匀后制成混合物；按质量比补充去离子水达到成品液质量的99.88%~99.99%，搅拌均匀后放入预热乳化机内加热搅拌30分钟，制成乳化液，静置脱气，取40g膜液倾倒至125mm的表面皿中，经40℃鼓风干燥至恒重，拿出冷却静置，加入氯化钙交联，反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

（2）石墨烯填充型固体耦合贴片的制备

取海藻酸钠1.0%~6.0%、卡拉胶1.0%~5.0%、黄原胶0.03%~0.05%，蔗糖酯0.05~0.1%，甘油2.0~5.0%,peg4002.0~5.0%,防腐剂0.01%~0.12%，搅拌均匀后制成混合物。加入氧化石墨烯水溶液（氧化石墨烯量为0.01%~0.1%），然后按质量比补充去离子水达到成品液质量的99.88%~99.99%，搅拌均匀后放入预热乳化机内加热搅拌30分钟，制成乳化液，静置脱气，取40g膜液倾倒至125mm的表面皿中，经40℃鼓风干燥至恒重，拿出冷却静置，加入氯化钙交联，反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

其中，氧化石墨烯（go）及水溶性石墨烯的制备：

氧化石墨烯是通过hummer法制备的：首先将石墨粉10g、过硫酸钾和五氧化二磷各8g加入冰水浴的三口烧瓶中，搅拌条件下在三口瓶中加入50ml浓硫酸，将反应温度提升至85^oc，预氧化3小时，加入去离子水1l，用滤纸将预氧化石墨烯过滤，烘干后备用；将预氧化石墨粉，2.5g硝酸钠及200ml浓硫酸放入三孔烧瓶，冰浴下搅拌2小时，然后分3次向烧杯中加入15g高锰酸钾，搅拌2小时后，缓慢加入250ml去离子水，将水浴升温至98℃；再加入500ml去离子水再加入30ml双氧水。将其用0.5%盐酸清洗3遍并用去离子洗涤至中性，超声处理后收集上层悬浮液，冷冻干燥待用。

氧化石墨烯片层尺寸大约为300纳米左右。

在上述方案基础上，按照水凝胶与上述氧化石墨烯的质量比为0.005%-0.05%，具体为0.005%、0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%、0.035%、0.04%、0.045%和0.05%。

本发明的优点在于：

1.本发明中的超声耦合剂衰减系数较小，良好浸润探头和皮肤，涂覆后不干化，检测完毕后可撕下。

2.配方制备方法简单，适合大规模生产。

附图说明

附图1为实施例中使用的石墨烯片层的afm照片。

附图2为普通耦合剂和实施例3中制备的超声耦合剂的超声造影对比。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1

一种固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，补充加入去离子水93.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例2

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液5ml，补充加入去离子水88.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例3

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液10ml，补充加入去离子水83.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例4

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液15ml，补充加入去离子水78.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例5

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液20ml，补充加入去离子水73.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例6

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液25ml，补充加入去离子水68.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例7

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液30ml，补充加入去离子水63.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例8

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液35ml，补充加入去离子水58.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例9

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液40ml，补充加入去离子水53.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例10

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液45ml，补充加入去离子水48.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

实施例11

一种石墨烯填充型固体耦合贴片，按下述步骤制备：

取1克海藻酸钠、1克卡拉胶、0.05克黄原胶、0.2克蔗糖酯、2克甘油、2克peg400，0.05克防腐剂均匀混合，加入1mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml，补充加入去离子水43.7克，均匀搅拌后形成液混合物，放入预热的乳化机中加热搅拌30分钟制成乳化液，真空脱气消泡5分钟后导入磨具盘中，加入3%的氯化钙溶液。反应2分钟后，用蒸馏水冲洗，室温干燥后将膜撕下置于精密恒温培养箱中平衡72小时。根据超声探头所需的形状和尺寸切膜。

氧化石墨烯形貌afm如图1所示，经氧化石墨烯修饰后，颗粒分散在溶液中，经测试为单层石墨烯。实施例1-11分别进行了声速、声特性阻抗、声衰减系数斜率的粘度的测试，见表1：

最后将实施例应用于超声波测试仪，测试成像效果，与市场流通涂抹型液体耦合剂产品进行对比发现，其层次清晰成像效果较好（右图），见图2。