一种辐射变色水凝胶三维剂量计及其制备方法

专利名称：一种辐射变色水凝胶三维剂量计及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的辐射变色水凝胶三维剂量计及其制备方法，属核辐射技术及生物 医用高分子材料技术领域。
背景技术：
放疗、手术及化疗是治疗肿瘤的三个最有效手段，约70%的恶性肿瘤需要进行放疗。放 疗可有效杀死肿瘤细胞或抑制其扩散，但同时也可能对正常组织细胞造成伤害。临床统计表 明，靶区剂量偏差在最佳剂量±5%时，有可能使原发灶肿瘤失控或放射并发症增加。因此， 精确预测和控制靶点及其周围组织的辐照剂量，对提高疗效、延长肿瘤患者的生命至关重要， 是当今国际放疗领域的重大课题。
患者受到的辐照剂量是否与治疗计划系统(Treatment Planning System, TPS)计算出 的一致是放疗安全性及疗效控制的关键歩骤，因此需要对患者接受到的剂量进行剂量验证， 剂量计就是测量辐射剂量的一种有效工具。传统的化学剂量计溶液和薄膜剂量计均有一定的 局限性。如工业用剂量计只对高剂量范围有响应，不适合用于放疗；医疗上的剂量片所测 的是二维相对剂量分布，不能直观快捷地得出患者体内接受到的真实剂量分布。
近几年有人提出了三维剂量计的概念，希望能尽可能真实反映放疗中靶区组织受辐照的 剂量及分布情况，于是出现了水凝胶类三维剂量计方面的研究报道。
水凝胶是一种能在水中溶胀，且在其结构内部能保持一定水分的亲水性高分子网络。它 与生物组织有相似的结构，因此具有优异的生物相容性，在人造组织、人工脏器、组织工程 及药物控制释放方面有重要的作用和地位，是生物医用材料中最为热门的研究领域之一。
水凝胶的诸多优点决定了它在制备三维剂量计方面有较好的应用前景。利用水凝胶的组 织相似性，可以比较真实地模拟靶区组织器官。它可以较好地分散并固定化学剂量计溶液和 剂量响应敏感性染料，且易于加工成型，测定方便，化学性质稳定。 一般临床上的放疗都要 分几次完成，每次施以适量的剂量， 一旦剂量超过正常范围会对患者造成危害，而水凝胶三 维剂量计有较好的重复性，可以模拟这种情况，提高放疗安全性。
国内外制备水凝胶剂量计常采用单体自由基聚合和化学交联的方法。

发明内容
木发明的目的之一在于提供一种辐射变色水凝胶三维剂量计。 本发明的目的之二在于提供该剂量计的制备方法。
为达到上述目的，本发明的构思是本发明采用物理交联的方法，以聚乙烯醇(PVA)为
基材与剂量计溶液混合制备水凝胶三维剂量计，经电子束辐照，能观察到明显的颜色变化， 并可通过颜色的梯度变化直观地判断辐照剂量的三维分布情况。该剂量计可模拟人体组织用 于放疗中，为提高放疗安全性和疗效，提供了一种灵敏、稳定、直观的剂量表征手段。 根据上述构思，本发明采用如下技术方案
一种辐射变色水凝胶二维剂量计，其特征在于该水凝胶三维剂量计由pH值为1 3的聚 乙烯醇PVA酸性水溶液和剂量计凝胶小球按20: ( 1 3)的质量比混合而成；
所述的剂量计凝胶小球是在每100ml PVA水溶液中按顺序添加可溶性亚铁盐0.05mmo1 和二甲酚橙XO 0.0165mmo1，并调节其pH值与上述的聚乙烯醇PVA酸性水溶液相同，缓
慢搅拌均匀后急速冷冻后形成的小球；
所述的聚乙烯醇PVA水溶液是将PVA按聚乙烯醇PVA : H20 = 5: 95 15: 85的质量比
混合形成的澄清透明的溶液。
上述的可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、醋酸亚铁。 上述的聚乙烯醇PVA的重均分子量为105000;平均聚合度为2400。
上述的辐射变色水凝胶三维剂量计的制备方法，其特征在于该方法的具体歩骤为
a. 将聚乙烯醇PVA粉末按PVA : H20 = 5:95 15:85的质量比加入超纯水中，搅拌至PVA 完全溶解，形成澄清透明的溶液，并调节pH值为1 3，得到聚乙烯醇PVA酸性水溶 液；
b. 在每100ml PVA水溶液中按顺序添加可溶性亚铁盐0.05mmo1和二甲酚橙XO 0.0165mmo1，并调节其pH值与步骤a所得的聚乙烯醇PVA酸性水溶液相同，缓慢搅 拌均匀，得到剂量计溶液；
c. 将步骤b制得的剂量计溶液滴入液氮中，急速冷冻成小球，制得剂量计凝胶小球；
d. 将步骤c制得的剂量计凝胶小球与步骤a所得聚乙烯醇PVA酸性水溶液按U 3): 20的质量比混合均匀，冰箱中冷冻2±0.5小时，取出室温下避光解冻2±0. 5h，制 得水凝胶三维剂量计。
本发明方法的特点如下
1. 采用冷冻-解冻这种物理交联的方法制备水凝胶剂量计，相比化学交联法，操作更加简便， 且无污染或毒副作用。
2. 该水凝胶三维剂量计经辐照后，其中的F,被氧化成Fe3+，并与二甲酚橙(XO)形成显色 的XO-Fe"络合物，因此会有明显的颜色梯度变化，可以直观测得辐照剂量的分布情况。
3. 用液氮急速冷冻制备剂量计凝胶小球分散于PVA基材中，可以在一定程度上模拟细胞的独
立性，相对提高剂量响应灵敏度和辐照后稳定性。


图1为本发明中所制备的水凝胶三维剂量计经电子束辐照前后的紫外-可见吸收光谱图， 其中未辐照凝胶(a)在435nm处有一吸收峰，而辐照后的凝胶(b)在585nm处有一吸收峰
具体实施例方式
实施例一以下是本发明中制备新型辐射变色水凝胶三维剂量计的实例，工艺过程和步 骤如下
1. 取20g PVA—124粉末，加入180ml超纯水，在90'C水浴中边加热边搅拌，直至PVA完全 溶解，制得10% (w/w)的PVA水溶液约200ml，室温下冷却待用。
2. 按顺序添加0. 05mmol FeS04 7H20, 0. 0165醒o1 二甲酚橙(X0)于很少量(约5ml，可忽 略)的超纯水中，完全溶解成橙色溶液，将其倒入100ml配制好的10% (w/w) PVA水溶液 中，缓慢搅拌均匀，并加入2.5mrao1 H2S04调节其pH值，室温下避光静置消泡。
3. 将步骤(2)制得的剂量计溶液滴入液氮中，急速冷冻成小球，然后放入冷藏室保存，便得 到剂量计凝胶小球。
4. 取100ml 10% (w/w) PVA水溶液，加入2. 5mmo1 H2S04使其pH值与歩骤2所得溶液一致， 混合均匀，添加5g步骤(3)制得的剂量计凝胶小球并混合均匀，装入透明的塑料容器中， 放入冰箱冷冻约2h，取出室温下解冻约2h (注意避光)，即得水凝胶三维剂量计。 将本实施例制得的水凝胶三维剂量计用电子束进行辐照，辐照剂量为7Gy。可以观察到明
显的颜色变化，随着剂量增大颜色逐渐变深，最后凝胶由黄色变为紫色，且距离辐射源越远 颜色变化越小。经电子束辐照前后的紫外-可见吸收光谱图，参见图l。
实施例二以下是本发明中制备新型辐射变色水凝胶三维剂量计的实例，工艺过程和步 骤如下
1. 取30g PVA—124粉末，加入170ml超纯水，在90'C水浴中边加热边搅拌，直至PVA完全 溶解，制得15% (w/w)的PVA水溶液约200ml，室温下冷却待用。
2. 按顺序添加0.05咖o1 FeCl2'4H20， 0.0165rnmo1 二甲酚橙(X0)于很少量(约5ml，可忽 略)的超纯水中，完全溶解成橙色溶液，将其倒入100ml配制好的15% (w/w) PVA水溶液 中，缓慢搅拌均匀，并2.0咖o1 H2S04，调节其pH值，室温下避光静置消泡。
3. 将步骤(2)制得的剂量计溶液滴入液氮中，急速冷冻成小球，然后放入冷藏室保存，便得 到剂量计凝胶小球。 4.取100ml 15% (w/w) PVA水溶液，加入2. Ommol H2S04混合均匀，使其pH值与步骤2所 得溶液一致，添加10g步骤(3)制得的剂量计凝胶小球并混合均匀，装入透明的塑料容器 中，放入冰箱冷冻约2h，取出室温下解冻约2h (注意避光)，即得水凝胶三维剂量计。
权利要求
1. 一种辐射变色水凝胶三维剂量计，其特征在于该水凝胶三维剂量计由pH值为1～3的聚乙烯醇PVA酸性水溶液和剂量计凝胶小球按20(1～3)的质量比混合而成；所述的剂量计凝胶小球是在每100ml PVA水溶液中按顺序添加可溶性亚铁盐0.05mmol和二甲酚橙XO0.0165mmol，并调节其pH值与上述的聚乙烯醇PVA酸性水溶液相同，缓慢搅拌均匀后急速冷冻后形成的小球；所述的聚乙烯醇PVA水溶液是将PVA按聚乙烯醇PVAH2O＝595～1585的质量比混合形成的澄清透明的溶液。
2. 根据权利要求1所述的辐射变色水凝胶三维剂量计，其特征在于所述的可溶性亚铁盐为 硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、醋酸亚铁。
3. 根据权利要求1所述的辐射变色水凝胶三维剂量计，其特征在于所述的聚乙烯醇PVA的重均分子量为105000;平均聚合度为2400。
4. 根据权利要求l、 2或3所述的辐射变色水凝胶二维剂量计的制备方法，其特征在于该方 法的具体步骤为a. 将聚乙烯醇PVA粉末按PVA : H20 = 5:95 15:85的质量比加入超纯水中，搅拌至PVA 完全溶解，形成澄清透明的溶液，并调节pH值为1 3，得到聚乙烯醇PVA酸性水溶 液；b. 在每100ml PVA水溶液中按顺序添加可溶性亚铁盐0.05mmo1和二甲酚橙XO 0.0165mmo1，并调节其pH值与步骤a所得的聚乙烯醇PVA酸性水溶液相同，缓慢搅 拌均匀，得到剂量计溶液；c. 将步骤b制得的剂量计溶液滴入液氮中，急速冷冻成小球，制得剂量计凝胶小球；d. 将步骤c制得的剂量计凝胶小球与步骤a所得聚乙烯醇PVA酸性水溶液按(1~3): 20的质量比混合均匀，冰箱中冷冻2±0.5小时，取出室温下避光解冻2±0. 5h，制 得水凝胶三维剂量计。
全文摘要
本发明涉及一种新型的辐射变色水凝胶三维剂量计及其制备方法。该水凝胶三维剂量计由聚乙烯醇PVA酸性水溶液和剂量计凝胶小球按20∶(1～3)的质量比混合而成。本发明方法采用冷冻-解冻这种物理交联的方法制备水凝胶剂量计，相比化学交联法，操作更加简便，且无污染或毒副作用。该水凝胶三维剂量计经辐照后，其中的Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，并与二甲酚橙(XO)形成显色的XO-Fe³⁺络合物，因此会有明显的颜色梯度变化，可以直观测得辐照剂量的分布情况。用液氮急速冷冻制备剂量计凝胶小球分散于PVA基材中，可以在一定程度上模拟细胞的独立性，相对提高剂量响应灵敏度和辐照后稳定性。
文档编号C08L29/04GK101387706SQ20081020199
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者刘兆民, 亮 戎, 曹芳琦, 杨黎明, 汉 林, 罗文芸, 范金辰, 捷 陈 申请人:上海大学