一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法及系统与流程

本发明属于生物医用胶水、智能制造，具体涉及一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法及系统。

背景技术：

1、在制备基于脂肪族聚氨酯预聚物的合成过程中-nco被-oh消耗，因此，该反应的终点与系统中-nco的浓度呈正相关，本领域人员惯用的方法是通过二正丁胺滴定法来对反应的终点进行定位，而采用二正丁胺滴定法难以避免的一个问题是空气中的水分将-nco消耗，或者空气中的氧气将-cno消耗，虽然可以利用真空和惰性气体配合解决这些问题，但是实际生产的时候，总存在真空度不足、氮气泄露等无法克服的问题，进而使得相同的制备过程或者反应过程在终止时间上存在巨大的差异，而这种时间上的无法确定对规模化制备软组织生物粘合剂带来相当不利的不稳定因素，当反应进程不完全，则会导致化学原料被大量浪费，反应完全后的空余时间则对规模化生产带来生产能浪费，同时反应完全后的空余时间也有几率使得该脂肪族聚氨酯预聚物的产率进一步下降，从而带来经济效益下降。

2、因此，如果无法动态地自动识别反应进程的终止时间点，规模化制备医用粘合剂将达不到理想的产能。在合成反应过程中，粘度能一定程度地反映反应过程的进度，但是由于生成物的生成速度或者反应速率随着进程在不断变化，总会有杂质的问题存在，从而无法精确地预测进程的结束终点；该反应的副反应可通过颜色变化观察杂质引起的副反应，从而能提供制备脂肪族聚氨酯预聚物进度的碍性量化，提高判断进程的结束终点的精确性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法，所述软组织生物粘合剂包含组分a与组分b,其中组分a为基于长链聚乙二醇和小分子多元醇的脂肪族聚氨酯预聚物，组分b为脂肪族改性仲胺固化剂；将组分a和组分b按官能团摩尔量之比-nco：-nh＝1:1进行混合形成软组织生物粘合剂。

3、进一步地，所述组分a的获得方法是：将长链聚乙二醇与l-赖氨酸二异氰酸酯反应得到中间体，并通过加入小分子多元醇扩链剂获得脂肪族聚氨酯预聚物；其中长链聚乙二醇即为长链peg，l-赖氨酸二异氰酸酯即为ldi；所述中间体中ldi的-nco官能团摩尔量与peg的-oh官能团摩尔量的比值范围是2:1到4:1；所述脂肪族聚氨酯预聚物中ldi的-nco官能团摩尔量与peg的-oh官能团摩尔量的比值范围是1.2:1到2:1；所述长链peg由peg800、peg1000、peg1500、peg2000中的一种或几种组成；所述小分子多元醇扩链剂由丙三醇、季戊四醇、葡萄糖中的一种或几种组成；

4、所述组分b的获得方法是：将脂肪族二伯胺与α,β-不饱和羰基化合物按官能团摩尔比-nh2：-c＝c为1.2:1，在0.1％质量分数的过渡金属催化条件下反应，随后通过柱层析分离获得脂肪族改性仲胺固化剂。

5、进一步地，在获得脂肪族聚氨酯预聚物的过程中包括以下步骤：

6、s100，在反应容器中布置粘度计，并通过粘度计获得粘度测量值；

7、s200，布置工业数字相机，并利用工业数字相机拍摄获得容器图像；

8、s300，通过容器图像计算涉杂偏移序列；

9、s400，根据粘度测量值以及反应容器的涉杂偏移序列，计算调停拓展度；

10、s500，结合调停拓展度对反应进程进行控制。

11、进一步地，在步骤s100中，在反应容器中布置粘度计，并通过粘度计获得粘度测量值的方法是：所述粘度计为brookfield粘度计、振动式在线粘度计或者旋转式粘度计中的任一种；通过粘度计实时地对反应容器中的液体进行粘度测量，以测量获得的值为粘度测量值，其中获取粘度测量值的时间间隔为t，t的取值范围在0.5s～2s之间。

12、进一步地，在步骤s200中，布置工业数字相机，并利用工业数字相机拍摄获得容器图像的方法是:所述工业数字相机可以为工业ccd相机或者cmos相机；通过工业数字相机对反应容器中的溶液进行拍摄，将获得的图像进行灰度化处理，然后在图像中通过边缘检测算法识别并截取出反应容器中溶液的区域，以最后截取获得的图像作为容器图像；其中获取容器图像的频率与获取粘度测量值的时间间隔相同。

13、进一步地，在步骤s300中，通过容器图像计算涉杂偏移序列的方法是：

14、将容器图像中各个像素的灰度值按从小到大的顺序排列形成第一灰度序列，截取第一灰度序列的上四分位到下四分位的片段作为第二灰度序列；

15、把第二灰度序列各个元素的平均值记作egr_sls,计算获得子下沉参值sd_idx：sd_idx＝ceil(60/t)；其中t为获取粘度测量值的时间间隔，ceil()为向上取整函数；

16、以各个时刻获得的egr_sls构成一个序列记作均灰序列egr_ls，以i1代表时刻的序号，以egr_lsi1代表均灰序列第i1个元素；计算第i1个时刻的偏移参值ly_idxi1:

17、ly_idx i1＝min{egr_ls[(i1－sd_idx):i1]}exp(egr_lsi1÷egr_lsi1-1)；

18、其中min{}为最小值函数，egr_ls[(i1－sd_idx):i1]代表均灰序列第i1－sd_idx到i1个元素的集合；

19、以各个时刻的偏移参值构成的序列为偏移序列，如果偏移序列中一个元素大于其前一个元素，则定义该元素对应的时刻符合偏移条件，获取各个偏移时刻并构成一个序列作为涉杂偏移序列；

20、在筛选获得涉杂偏移序列的过程出现数据专注度不够的问题，是由于在上述获得结果的过程中存在数据筛选条件单薄而且直接，无法对图像中灰度值周期性高漂的现象精确定位，然而现有技术并无法解决所述问题，为了使涉杂偏移序列更符合筛选条件并解决该问题，消除数据筛选条件单薄的现象，所以本发明提出了一个更优选的方案如下：

21、优选地，在步骤s300中，通过容器图像计算涉杂偏移序列的方法还可以是：将容器图像中各个像素的灰度值按从小到大的顺序排列形成第一灰度序列，截取第一灰度序列的上四分位到下四分位的片段作为第二灰度序列；

22、把第二灰度序列各个元素的算数平均值记作egr_sls,将第二灰度序列的中位数记作mgr_sls；以noi_sls代表第二灰度序列中元素的个数；计算获得基础灰度征值bs_grsv：

23、

24、其中exp()代表自然常数e为底的指数函数；

25、把一个时刻与其上一个时刻的mgr_sls之间的差值记作中灰差m_dis，获取历史上各个时刻的中灰差构成一个序列记作第一灰差序列；如果第一灰差序列中的连续若干个元素的数值均大于0或者均小于0则定义所述若干个时刻发生一次单向步进事件，并将所述若干个时刻的时刻数量作为单向步进事件的单向步进长度；搜索获得第一灰差序列中的各次单向步进事件，以所述的各次单向步进事件的单向步进长度的算数平均值作为辅下沉参值fd_idx；

26、计算下沉参值sk_gap：sk_gap＝min*fd_idx,ceil(60/t)+；

27、其中t为获取粘度测量值的时间间隔，ceil()为向上取整函数；以当前时刻的前sk_gap个灰度征值中的最小值作为准灰度征值；将历史上各个时刻的准灰度征值构建一个序列作为准灰度序列；如果准灰度序列中一个元素比其前一个元素的数值大，则将该时刻标记为第一偏移时刻；获取各个第一偏移时刻构成一个序列作为涉杂偏移序列。

28、有益效果：由于涉杂偏移序列是根据容器图像中的灰度变化特征计算得到，所以能够准确的标记出灰度加剧变化的时刻位置，为进一步通过灰度加剧变化的位置量化粘度变化趋势或者量化反应受阻程度做准备，因此能够提高对合成反应过程中对粘度随反应进程变化时的特征信息提取，为进一步调控反应终点提高精确度。

29、进一步地，在步骤s400中，根据粘度测量值以及反应容器的涉杂偏移序列，计算调停拓展度的方法是：

30、以一个时刻的粘度残差代表该时刻与其上一个时刻的粘度测量值的差值；以涉杂偏移序列中的时刻作为涉杂时刻；获取反应容器历史上各个时刻的粘度残差构建一个序列作为残差序列；

31、如果残差序列中一个元素的数值比其前一个元素和后一个元素的值都大或者都小，则定义该元素对应的时刻为一个辅标志时刻；

32、将残差序列中同时为辅标志时刻和涉杂时刻的时刻记作第一标志点；残差序列中第一标志点的数量为nomls；计算反应容器的调停拓展度ct_idx为：

33、

34、其中以i3作为第一标志点的序号，截取残差序列中i3个到第i3-1个第一标志点的片段记作mlsi3；以mlsi3(l)代表mlsi3中最后一个元素；e_mlsi3代表mlsi3中各元素的均值；ds_mlsi3为mlsi3中各元素中最大值与最小值的差。

35、由于在计算调停拓展度的过程经常出现标记偏差的现象，会导致出现标志时刻和涉杂时刻的数据对齐问题，现有技术并无法解决这种数据对齐的问题，为了使更好并解决该问题，消除标记偏差的现象，所以本发明提出了一个更优选的方案如下：

36、优选地，在步骤s400中，根据粘度测量值以及反应容器的涉杂偏移序列，计算调停拓展度的方法还可以是：

37、以一个时刻的粘度残差代表该时刻与其上一个时刻的粘度测量值的差值；以涉杂偏移序列中的时刻作为涉杂时刻；获取反应容器历史上各个时刻的粘度残差构建一个序列作为残差序列；

38、各个涉杂时刻中，如果涉杂时刻为连续的时刻，则定义连续的时刻发生进度抑制事件；把进度抑制事件所占时刻的数量记作抑制距离hdds，获取各个进度抑制事件的抑制距离中的中位数作为抑制距离参准；

39、如果进度抑制事件的抑制距离大于等于抑制距离参准，则将进度抑制事件的第一个涉杂时刻以及最后一个涉杂时刻作为抑制标志点时刻；如果进度抑制事件的抑制距离大于等于抑制距离参准，则将进度抑制事件中位置在中间的时刻作为抑制标志点时刻；如果进度抑制事件中位置在中间的时刻有两个，则选取其中距离另一个抑制事件最近的时刻作为抑制标志点时刻；其中距离另一个抑制事件最近的时刻指的是：如果与当前抑制事件最近的一个抑制事件在当前抑制事件之前发生，则选择前者，否则选择后者；

40、计算各个标志点时刻的折损适应值lssrt:

41、在截取残差序列中截取当前标志点时刻到其前一个标志点时刻之间的序列作记作stls；

42、lssrt＝ln(|mean(larger)/mean(stls)|)；

43、其中mean()为平均值函数，larger为stls中数值大于mean(larger)的各个值；计算反应容器的调停拓展度ct_idx为：

44、

45、其中i2为累加变量，nolss为标志点时刻的数量，lssrti2代表第i2个标志点时刻的折损适应值，rski2为抑制概率，代表的数值为第i2标志点时刻到当前时刻之间标志点时刻的总量与涉杂时刻的总量的比值。

46、有益效果：反应过程中，粘度能一定程度地反映反应过程的进度，但是由于生成物的生成速度或者反应速率随着进程在不断变化，同时有杂质或者空度不足、氮气泄露等问题存在，无法精确地预测进程的结束终点；而该反应的副反应可通过颜色变化观察杂质引起的副反应，相互结合能提供反应进度的阻碍性量化，从而提高预测进程的结束终点的精确性。

47、进一步地，在步骤s500中，结合调停拓展度对反应进程进行控制的方法是：将反应容器中反应物默认的反应时间记作prd；

48、获取各个反应容器的调停拓展度构成拓展序列；

49、将拓展序列中最大值与最小值的平均值记作sepi，将拓展序列的平均值记作eoi；总调停拓展系数set_rg：set_rg＝eoi/sepi；总调停时间为set_len:set_len＝prd×set_rg；

50、从反应进行到prd/2的时长后，开始记录各个总调停时间set_len并构建一个序列作为调停参值序列；调停参值序列中的最小值为最优调停时间；持续获得最优反应时间，当反应进行的时间达到最优调停时间，则停止反应容器的反应进程。

51、进一步地，所述脂肪族二伯胺由1,5-戊二胺、1,6-己二胺、n'n-双(3-氨丙基)甲胺中的一种或几种组成；所述α,β-不饱和羰基化合物由丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、马来酸二乙酯中的一种或几种组成；所述过渡金属由硝酸铈铵、硝酸钇、氯化钴、氯化铁中的一种或几种组成。

52、优选地，其中，本发明中所有未定义的变量，若未有明确定义，均可为人工设置的阈值。

53、本发明还提供了一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂的制备系统，所述一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂的制备系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法中的步骤，所述一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂的制备系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

54、粘度采集单元，用于在反应容器中布置粘度计，并通过粘度计获得粘度测量值；

55、图像拍摄单元，用于布置工业数字相机，并利用工业数字相机拍摄获得容器图像；

56、涉杂量化单元，用于通过容器图像计算涉杂偏移序列；

57、调停模型单元，用于根据粘度测量值以及反应容器的涉杂偏移序列，计算调停拓展度；

58、动态调节单元，用于结合调停拓展度对反应进程进行控制。

59、本发明的有益效果为：本发明提供一种基于聚氨酯的软组织生物粘合剂制备方法及系统，利用反应的副反应可通过颜色变化观察杂质引起的副反应的特性，从而能提供反应进度的阻碍性量化，从而提高预测进程的结束终点的精确性；由于同批次生产过程中往往需要同步操作各个反应容器，以此来提高制备流水线的操作流畅度以及生产效率，因此对多个反应容器同步监测有利于将同步调停的时间优化，大大地减少产能浪费，提高生产效率。