本發(fā)明涉及固體水，尤其涉及一種醫(yī)用固體水等效材料及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，現(xiàn)有醫(yī)用固體水等效材料的局限性也日益凸顯。盡管科研人員付出諸多努力，取得了一定成果，但技術(shù)瓶頸依然存在。一方面，材料成本居高不下，使得大規(guī)模臨床應(yīng)用遙不可及。這主要歸因于原材料的稀缺性或高昂的制備成本，一些關(guān)鍵原料依賴進口且供應(yīng)不穩(wěn)定，同時復(fù)雜的制備工藝需要高端設(shè)備及專業(yè)技術(shù)人才，進一步推高了成本。另一方面，材料的性能穩(wěn)定性和均勻性欠佳，難以滿足高分辨率成像設(shè)備的需求。在ct成像中，材料密度不均勻會導(dǎo)致圖像出現(xiàn)偽影，干擾醫(yī)生對病變部位的判斷；在mri成像時，材料的磁性響應(yīng)不一致，會使圖像信號失真，降低診斷準確性。

2、國內(nèi)研究雖有進展，但受限于技術(shù)、資金投入等因素，仍面臨諸多困境。制備工藝復(fù)雜，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，小批量試制的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，無法形成有效的市場競爭力。國際上，以德國和部分國內(nèi)知名企業(yè)為代表的現(xiàn)有產(chǎn)品，大多依賴傳統(tǒng)的無機添加劑，如氧化鈣、氧化鎂等，這些成分不僅生物相容性差，容易引發(fā)人體的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥、過敏等不良反應(yīng)，而且在物理性能上，受環(huán)境因素影響較大，如濕度、溫度變化時，材料的關(guān)鍵物理參數(shù)波動明顯，嚴重影響其在放療和成像中的應(yīng)用效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是基于這一現(xiàn)實需求，致力于為放射治療和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的突破性發(fā)展提供堅實的材料支撐，開發(fā)一種全新的醫(yī)用固體水等效材料及其制備工藝，以突破當(dāng)前困境，滿足醫(yī)學(xué)領(lǐng)域日益增長的對高精度模擬材料的迫切需求，具體方案包括：

2、a組單體：選用甲基丙烯酸甲酯(mma)，其純度需達到99.5％以上。mma分子中的碳碳雙鍵極具活性，是聚合反應(yīng)的核心“參與者”。在引發(fā)劑作用下，雙鍵打開，可與其他單體高效鏈接形成長鏈聚合物，賦予材料良好的剛性與透明度，為模擬水的光學(xué)及部分物理特性奠定基礎(chǔ)，其用量占總配方的30％-35％。

3、b組單體：選取苯乙烯(st)，純度要求不低于99％。苯乙烯與mma具有卓越的共聚協(xié)同性，能有效調(diào)節(jié)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)，優(yōu)化材料在不同溫度區(qū)間的柔韌性與穩(wěn)定性，確保在醫(yī)用環(huán)境溫度波動下性能可靠，其用量占比為20％-25％。

4、粘合劑：采用端羥基聚氨酯粘合劑，該粘合劑分子兩端的羥基(-oh)可與單體分子中的活性基團發(fā)生化學(xué)鍵合反應(yīng)，在材料內(nèi)部構(gòu)建起穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，大幅增強材料內(nèi)聚力，杜絕加工及使用中分層、開裂隱患，用量占總配方的10％-15％。

5、增塑劑：選用鄰苯二甲酸二辛酯(dop)，它憑借自身小分子結(jié)構(gòu)，巧妙嵌入聚合物分子鏈間隙，削弱分子間作用力，賦予材料出色的柔韌性與加工可塑性，同時經(jīng)嚴格測試確保對材料等效性能無負面影響，其用量精準控制在總配方的5％-8％。

6、聚乙烯粉：粒度要求在80-120目，此粒度范圍既能保障在材料體系中的良好分散性，又能有效發(fā)揮填充增強效能。均勻分散的聚乙烯粉作為“骨架支撐”，顯著提升材料強度、耐磨性，精細調(diào)節(jié)密度逼近人體組織水密度，用量占總配方的20％-30％。

7、優(yōu)選地，所述聚乙烯粉粒度要求在80-120目。

8、優(yōu)選地，為防止苯乙烯在儲存和運輸過程中自發(fā)聚合，會添加一定量的阻聚劑，苯二酚要求含量控制在0.02％-0.05％之間。

9、一種醫(yī)用固體水等效材料及其制備工藝，包括：

10、s1：在配備高精度溫控系統(tǒng)、強力攪拌裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中，先按預(yù)定比例精確稱取a組單體(mma)與b組單體(st)，緩慢注入反應(yīng)釜。嚴格控制反應(yīng)釜內(nèi)初始溫度在20℃-25℃，此溫度區(qū)間保障單體呈適宜流動性，利于混合，又可抑制過早自發(fā)聚合。啟用雙層槳葉式攪拌器，以300rpm-350rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌30分鐘-40分鐘，確保兩種單體充分混勻，形成均一穩(wěn)定的預(yù)混溶液。

11、s2：將經(jīng)105℃真空干燥2小時預(yù)處理后的聚乙烯粉，通過高精度粉體輸送裝置，以緩慢且均勻的速率加入上述溶液。加料過程中，保持攪拌，轉(zhuǎn)速提升至400rpm-450rpm，利用高速剪切力促使聚乙烯粉迅速分散，避免團聚，耗時約20分鐘-30分鐘。

12、s3：向混合體系中徐徐加入端羥基聚氨酯粘合劑，同時將反應(yīng)釜溫度微調(diào)至25℃-30℃，該溫度有助于激活粘合劑分子端基活性，加速與單體融合。攪拌速度維持在400rpm-450rpm，攪拌時間20分鐘-30分鐘，確保粘合劑均勻分布，構(gòu)建初步交聯(lián)架構(gòu)。

13、s4：持續(xù)攪拌，此階段攪拌槳切換為錨式攪拌槳，以350rpm-400rpm轉(zhuǎn)速運行30分鐘-40分鐘，進一步優(yōu)化體系均勻度，強化分子間相互作用，為后續(xù)聚合筑牢基礎(chǔ)。

14、s5：按總配方0.5％-1％比例準確稱取過氧化苯甲酰(bpo)作為固化劑，緩慢加入反應(yīng)釜，同步將攪拌轉(zhuǎn)速提至450rpm-500rpm，攪拌15分鐘-20分鐘，促使固化劑均勻分散，激發(fā)聚合反應(yīng)啟動。

15、s6：將預(yù)聚物料通過高精度計量泵，勻速倒入預(yù)先清潔、涂覆脫模劑且恒溫至30℃-35℃的硅膠模具中，注入過程控制流速在50ml/min-80ml/min，確保模具內(nèi)物料分布均勻，無氣泡夾雜，完成預(yù)聚物料填充，為升溫聚合鋪墊。

16、s7：升溫聚合(階梯式升溫)，啟動模具加熱系統(tǒng)，初始以1℃/min-2℃/min速率升溫至60℃，維持此溫度1小時-1.5小時，促使單體初步聚合，形成低交聯(lián)度聚合物網(wǎng)絡(luò)；隨后以0.5℃/min-1℃/min速率升溫至80℃，保溫2小時-3小時，加速聚合反應(yīng)進程，提升聚合物分子量與交聯(lián)密度；最終以0.3℃/min-0.5℃/min速率升至100℃，持續(xù)3小時-4小時，實現(xiàn)深度聚合，確保材料性能達峰值。升溫全程需精準控溫，溫差波動控制在±0.5℃以內(nèi)，保障聚合均勻性與穩(wěn)定性。

17、s8：聚合過程中，采用真空封裝技術(shù)隔絕空氣，防止氧氣阻聚影響聚合效果；同時通過模具內(nèi)置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，逐步加壓至0.3mpa-0.5mpa，壓力促使分子緊密排列，減少內(nèi)部孔隙，提升材料致密性與機械性能。

18、s9：聚合后期，開啟冷卻水循環(huán)系統(tǒng)排水，控制排水流速在100ml/min-150ml/min，確保模具快速冷卻，同時利用除濕裝置保持模具內(nèi)部相對濕度低于30％，杜絕水蒸汽殘留導(dǎo)致材料水解、氣泡生成等缺陷。

19、s10：待反應(yīng)充分(通過在線監(jiān)測體系粘度、聚合轉(zhuǎn)化率等指標(biāo)判斷，當(dāng)粘度穩(wěn)定在[x]pa·s-[x]pa·s，聚合轉(zhuǎn)化率超95％)后，以2℃/min-3℃/min速率降溫至60℃，開啟固化程序，穩(wěn)定材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，強化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

20、s11：將降溫至60℃的模具移入恒溫時效處理箱，設(shè)定溫度為50℃，時效處理12小時-24小時，此過程促進分子鏈進一步松弛、規(guī)整，消除內(nèi)應(yīng)力，優(yōu)化材料綜合性能。

21、s12：從時效處理箱取出模具，自然降溫至常溫(20℃-25℃)，隨后利用脫模機輕柔脫模，脫模力控制在500n-800n，防止胚料損傷。

22、s13：胚料脫模后立即轉(zhuǎn)入恒溫干燥箱，設(shè)定溫度40℃-50℃，干燥6小時-10小時，去除胚料表面殘留水分與揮發(fā)物，保障材料穩(wěn)定性與純凈度,得到成品。

23、優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜的材質(zhì)選用316l不銹鋼，這是因為該材質(zhì)具有優(yōu)良的耐腐蝕性，能有效抵御反應(yīng)過程中單體及其他化學(xué)物質(zhì)可能帶來的腐蝕，避免金屬離子溶出污染材料，同時，反應(yīng)釜內(nèi)壁需進行鏡面拋光處理，表面粗糙度ra不超過0.4μm，以減少物料在釜壁的粘附，確保預(yù)混溶液成分均勻。在攪拌過程中，雙層槳葉式攪拌器的槳葉間距應(yīng)精確調(diào)整為50mm-60mm，這個間距能保證物料在釜內(nèi)形成高效的上下循環(huán)流動，使a組單體與b組單體混合更加均勻，避免局部濃度差異引發(fā)聚合不均。

24、優(yōu)選地，對毛坯料全面檢測，密度要求控制在0.98g/cm3-1.02g/cm3，與人體組織水密度高度吻合；ct值偏差控制在±5hu以內(nèi)，確保成像校準精準；均勻性通過多點采樣分析，各點參數(shù)偏差小于3％；等效原子序數(shù)與水的偏差維持在±0.1以內(nèi)，全方位保障材料等效性能卓越。

25、優(yōu)選地，所述成品拉伸強度達到15mpa-20mpa，這一性能指標(biāo)對于醫(yī)用固體水等效材料在實際使用場景下的穩(wěn)定性至關(guān)重要，例如在模擬人體組織受力環(huán)境時，足夠的拉伸強度能保證材料不發(fā)生斷裂、破損，確保其功能性。每個批次成品抽檢數(shù)量不少于10個，取平均值作為該批次拉伸強度指標(biāo)。

26、本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

27、一、成本優(yōu)勢

28、本發(fā)明選用常見且相對廉價的原材料，如甲基丙烯酸甲酯(mma)、苯乙烯(st)、鄰苯二甲酸二辛酯(dop)等，避免使用昂貴的稀有原料，有效降低原材料成本。同時，制備工藝雖精細但未過度依賴高端復(fù)雜設(shè)備，對專業(yè)技術(shù)人才需求也在合理范圍，無需高額的設(shè)備購置與人力培訓(xùn)成本。

29、二、性能優(yōu)勢

30、穩(wěn)定性與均勻性：從原材料選擇到制備工藝各環(huán)節(jié)嚴格把控，如在反應(yīng)釜設(shè)計上采用316l不銹鋼材質(zhì)并內(nèi)壁鏡面拋光、精準控制槳葉間距，以及精確的溫度、攪拌速率調(diào)控，確保材料密度均勻。在ct成像時，能避免圖像偽影，為醫(yī)生精準判斷病變部位提供清晰圖像；mri成像中，磁性響應(yīng)一致性良好，圖像信號不失真，極大提高診斷準確性。

31、力學(xué)性能：成品拉伸強度達15mpa-20mpa，在模擬人體組織受力環(huán)境下，材料不易斷裂、破損，確保在使用過程中的結(jié)構(gòu)完整性，維持其功能性，滿足醫(yī)學(xué)操作中的力學(xué)要求。

32、生物相容性：摒棄傳統(tǒng)生物相容性差的無機添加劑，選用合適有機成分，經(jīng)嚴格測試，細胞毒性試驗細胞相對增殖率不低于70％，皮膚致敏試驗無致敏反應(yīng)，皮內(nèi)刺激試驗評分在輕度以下，降低人體免疫反應(yīng)風(fēng)險，減少炎癥、過敏等不良反應(yīng)，保障患者使用安全。

33、三、工藝優(yōu)勢

34、制備工藝步驟明確，參數(shù)精確，如各階段升溫速率、保溫時間、攪拌速度、加料速率等都精細設(shè)定，易于操作與復(fù)制，可實現(xiàn)標(biāo)準化、規(guī)?；a(chǎn)，改變國內(nèi)小批量試制質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)狀，提升產(chǎn)品市場競爭力。

35、全程對環(huán)境因素控制嚴格，利用真空封裝隔絕空氣、控制模具濕度等，減少外部因素對材料性能的干擾，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，適應(yīng)不同醫(yī)用環(huán)境需求。