[发明专利]一种穿颅声学软质超声凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种穿颅声学软质超声凝胶材料及其制备方法和应用，属于超材料领域。本发明通过遥爪聚合物和交联剂制备得到聚合物基微泡结构，在特定的声波频率下能够引起单极共振，从而体现出负向等效体积模量的效应，通过凝胶溶液经成胶制得软质凝胶基体结构，能够稳定地承载内部聚合物基微泡结构的堆叠，在特定的声波频率下能够引起偶极共振，从而体现出负向等效质量密度的效应，该材料通过内外结构的配合，最终使超凝胶材料具有相近的单极共振和偶极共振频率，并使该频率与临床高频超声的频率范围一致。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及一种穿颅声学软质超声凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

现有的穿颅成像技术为磁共振、计算机断层扫描和正电子发射断层扫描，为瞬时成像，无法实现实时监控；且应用领域有一定限制，有的甚至对人体造成射线威胁。对人体无害的超声成像技术可达到实时观测效果，但颅骨与背景声学阻抗的不匹配导致声波的大量吸收和反射，清晰的超声穿颅成像尚未有效解决。

现有技术中报道了互补理论在声学超材料中的理论实用性。通过单极和偶极共振元件的混合结构，可实现负向等效质量密度和负向等效体积模量的双负向声学特性。在共振频率附近，声学超材料可以透过互补的声学阻挡层，对其后的被挡物进行声学成像。但现有的声学超材料的共振频率为低频范围(约为50～500kHz)，而临床使用的高频成像超声频率为0.5～15MHz，因此目前报道的超材料在临床上不具有应用价值，无法应用到临床超声成像中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种穿颅声学软质超声凝胶材料及其制备方法和应用。本发明提供的穿颅声学软质超声凝胶材料的共振频率与临床超声频率吻合，具有良好的临床应用价值。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种穿颅声学软质超声凝胶材料，包括内部的聚合物基微泡结构和外部的软质凝胶基体结构，所述聚合物基微泡结构包括壳层的聚合物组分和核层的气体组分，所述聚合物基微泡结构的堆叠密度为0.05～0.60g/cm³；所述聚合物基微泡结构由遥爪聚合物和交联剂制备得到，所述软质凝胶基体结构由凝胶溶液经成胶制得。

优选地，所述气体组分为空气、氮气或惰性气体。

优选地，所述气体组分的压强为10⁴～10⁶Pa。

优选地，所述聚合物基微泡结构的粒径为0.5～10μm。

优选地，所述聚合物基微泡结构的体积为穿颅声学软质超声凝胶材料体积的10％～60％。

优选地，所述遥爪聚合物的侧基为活性官能团，所述活性官能团包括羟基、羧基、氨基、氰基或异氰基，与交联剂产生交联反应。

优选地，所述凝胶溶液为水凝胶溶液或油凝胶溶液。

本发明还提供了上述技术方案所述穿颅声学软质超声凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

将遥爪聚合物溶液和交联剂混合进行交联反应，得到气-液界面交联的聚合物基微泡结构；

将所述聚合物基微泡结构加入凝胶溶液中进行成胶，得到所述穿颅声学软质超声凝胶材料。

优选地，所述混合为搅拌，所述搅拌的转速为3000～15000转/分，时间为1～6h。

本发明还提供了上述技术方案所述穿颅声学软质超声凝胶材料或上述技术所述制备方法制得的穿颅声学软质超声凝胶材料在制备自适应声学穿颅软质超凝胶材料中的应用。