CN113613905A - 用于制造和分布半硬质声耦合制品的方法以及用于超声成像的包装物 - Google Patents
用于制造和分布半硬质声耦合制品的方法以及用于超声成像的包装物 Download PDFInfo
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Abstract
公开了用于制造和包装可用于超声诊断和治疗系统和技术的半硬质声耦合介质的可成规模的、有成本效益的、和快速的生产的方法。在一些方面中，方法包括：通过将在脱氧水中包括单体和嵌段共聚物的储备溶液以及包括共价交联剂和催化剂的待发溶液添加在一起而形成阶段溶液；通过将所述阶段溶液与包括单体活化剂的第一网络活化剂溶液和包括嵌段共聚物活化剂的第二网络活化剂溶液混合而形成凝胶‑溶胶；将所述凝胶‑溶胶分配到模具中；和在所述模具中使所述凝胶‑溶胶固化以产生半硬质声耦合材料，其中所述方法在惰性气氛下实施。
Description
对相关申请的交叉引用
本专利文件要求2019年3月6日提交的题为“METHODS FOR MANUFACTURING ANDDISTRIBUTING SEMI-RIGID ACOUSTIC COUPLING ARTICLES AND PACKAGING FORULTRASOUND IMAGING”的美国临时专利申请No.62/814,835的优先权和权益。将前述专利申请的全部内容通过引用引入作为本专利文件的公开内容的一部分。
技术领域
本专利文件涉及用于可用于超声成像的声耦合介质的方法、设备和制品。
背景技术
声成像是采用声波穿过介质以提供可视图像的性质的成像模式(方式)。高频声成像已在各种各样的生物医学领域中被用作成像模式数十年来察看动物和人的内部结构和功能。用在生物医学成像中的高频声波可以不同的频率例如在1和20MHz之间、或者甚至更高的频率工作，并且经常被称为超声波。使用常规的超声成像技术，一些因素(包括不足的空间分辨率和组织分化)可导致不尽如人意的图像品质，这可限制其用于许多临床适应症或应用。
发明内容
公开了用于制造和包装半硬质(半刚性)声耦合介质(SACM)的方法，所述半硬质声耦合介质可体现为半硬质水凝胶界面垫(贴片)，其提供用于超声诊断和治疗技术的声耦合介质。
在一些方面中，制造声耦合材料的方法包括：(a)通过将在脱氧水中包括单体和聚合物的储备溶液(原液)以及包括共价交联剂和催化剂的待发溶液(准备好的溶液，primedsolution)添加在一起而形成阶段溶液(staged solution)；(b)通过将所述阶段溶液与包括单体活化剂的第一网络活化剂溶液和包括聚合物活化剂的第二网络活化剂溶液混合而形成凝胶-溶胶；(c)将所述凝胶-溶胶分配到模具中；和(d)在所述模具中使所述凝胶-溶胶固化以产生半硬质声耦合剂，其中所述方法在惰性气氛下实施。
在一些方面中，制造水凝胶的方法包括：(a)将在脱氧水中包括1°网络组分和2°网络组分的第一溶液加热以降低所述溶液的粘度；(b)将所述第一溶液冷却至约23℃并且添加包括1°网络交联剂和催化剂的第二溶液以形成第三溶液；(c)任选地，在将所述第二溶液添加到所述第一溶液之前将光引发剂添加到所述第二溶液；和(d)将所述第三溶液冷却至约15℃并且将冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液同时添加到所述第三溶液，其中在添加所述冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液时，所述1°网络组分和所述2°网络组分聚合以形成凝胶-溶胶；和(e)将所述凝胶-溶胶分配到模具中以形成所述水凝胶，其中步骤(a)-(e)各自在惰性气氛下实施。
在一些方面中，制造包括海藻酸钠嵌段共聚物(P(SA))和二甲基丙烯酰胺单体(DMAm)的水凝胶的方法包括：(a)制备在脱氧水中包括海藻酸钠(SA)的溶液和制备在脱氧水中包括二甲基丙烯酰胺(DMA)的溶液；(b)将所述包括SA的溶液过滤以除去聚集的SA和收集所述包括SA的溶液的滤液；(c)将所述包括DMA的溶液添加到所述包括SA的溶液的滤液以形成储备溶液；(d)将所述储备溶液与包括N’,N’,N,N-四甲基乙二胺(TMED)和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的溶液混合以形成阶段溶液；(e)向所述阶段溶液同时添加包括硫酸钙(CA)的溶液和包括过硫酸铵(APS)的溶液，其中DMA和SA聚合以形成凝胶-溶胶；(f)将聚合的DMA和SA的凝胶-溶胶分配到模具中；(g)将所述模具置于烘箱(炉)中以使所述凝胶-溶胶固化，和任选地用光照射所述凝胶-溶液以加快固化以形成所述水凝胶；(h)将所述水凝胶在惰性气氛下密封；和(g)将所述水凝胶打包(装箱)到用于装运的运载工具(vehicle)中。
在一些方面中，声耦合制品包括：半硬质声耦合介质(SACM)，其是能操作的以与接收体适形(贴合)将在所述SACM内的声信号传播到所述接收体或者从所述接收体传播；和结合(couple)至所述SACM的外部层的包装容器，所述包装容器包括模具壳，在所述模具壳中所述SACM在其中产生以使其形状的至少一部分由所述模具壳限定。
本专利文件中描述的主题可以提供以下特征的一个或多个的特定方式实施。
附图说明
图1A和1B显示说明呈现出缺乏对患者的皮肤的适形性(贴合性)的声耦合剂的图解。
图2显示说明常规的声耦合剂的图解，所述常规的声耦合剂可由在耦合介质的界面和患者的皮肤之间产生刚性间隙的聚合物构成。
图3显示描绘用于制备储备溶液的方法的实例实施方式的图解，所述储备溶液用于制造根据本技术的半硬质声耦合介质(SACM)。
图4显示描绘由可溶性的多糖形成聚集体的示例性图解。
图5显示描绘用于制造根据本技术的SACM的方法的实例实施方式的简图。
图6和7分别显示对于在所制造的SACM的实例实施方式中的二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇，PETG)托盘的润滑表层和滑动特征的图解和图像。
图8显示描绘用于制造根据本技术的SACM的系统的实例实施方式的示意图解。
图9显示描绘用于分配凝胶溶液以形成根据本技术的SACM的系统的实例实施方式的示意图解。
图10显示描绘用于使凝胶溶液胶凝、凝结(setting)、和灌注(potting)以形成根据本技术的SACM的系统的实例实施方式的示意图解。
图11显示描绘用于将根据本技术的SACM后固化的系统特征的实例实施方式的示意图解。
图12显示描绘根据本技术的用于将SACM打包在用于装运的纸板盒中的系统特征的实例实施方式的示意图解。
图13显示用于制造根据本技术的SACM的方法的实例实施方式的流程图。
图14显示描绘根据本技术的使用图8-12中描述的实例系统和处理步骤制造SACM的示例性工艺的流程图解。
图15显示在用于评价耦合剂的声学和机械性质的实例实施中使用的包括根据本技术的实例SACM的实例声耦合剂的图像。
图16显示实例离子交联的水凝胶界面垫的图像。
图17A-17F显示在机械应力下的实例SACM的图像。
图18显示描绘构成SAM的成分的质量如何影响反应速率的数据绘图。
图19A-19C显示结合至根据所公开的技术的实例SACM的示例性声探测(探头)设备的示意图解。
具体实施方式
声成像可通过如下进行：在物理弹性介质例如生物介质(包括组织)内发射声波形(例如，脉冲)。声波形从(例如，换能器元件的阵列的)换能器元件朝着感兴趣的目标体积(VOI)传输。在介质中的声波形朝着目标体积的传播可遇到如下结构：其导致声波形变成部分地从在两种介质(例如，不同的生物组织结构)之间的边界被反射且部分地被传输。所传输的声波形的反射可取决于在两种介质之间(例如，在两种不同的生物组织类型之间的界面处)的声阻抗差异。例如，所传输的声波形的声能的一些可在所述界面处被散射回换能器以被接收，并且被处理以提取信息，而剩余部分可继续行进且到达下一介质。在一些情况中，反射的散射可由于包含在充当散射中心的反射性介质中的两个或更多个阻抗而发生。另外，例如，声能可基于介质的性质和/或声波的本质而被折射、衍射、延迟、和/或减弱。
对于声波形朝着目标体积的传播，声波速度和声阻抗差异可存在于换能器和用于接收声波形的介质(例如，被称为接收介质)之间的界面处，其可干扰用于成像、距离多普勒测量、组织表征(例如，声辐射力脉冲-ARFI)、或治疗应用的声信号的传输。由于不同的两种介质的材料性质(例如，材料密度)和声波速度，导致声阻抗差异，使得显著量的所发射的声能将在界面处被反射，而不是全部被传递跨越界面。在典型的声(例如，超声)成像或治疗应用中，例如，将传输凝胶在换能器将接触的界面处施加至接收介质(即，对象的皮肤)以改善声波形从换能器到身体的传递和从身体返回到换能器的声波形的接收。在没有超声凝胶的这样的应用中，界面可包括空气作为在接收介质(例如，活的皮肤组织)和换能器之间的介质的成分，并且在换能器到空气和空气到身体的不连续性方面的声阻抗失配导致所发射的声能的散射(例如，反射)。
尽管在减小在界面处的声阻抗差异方面有相对良好的成功，但是当被分配在VOI上时，声传输凝胶可含有微小包的空气，其可干扰声信号的传输。另外，许多患者抱怨关于使用分配在他们的皮肤上的凝胶的不适，例如，诸如温度、粘着性、或其它。然而，更值得关心的是，声传输凝胶可在生产或储存期间变成被污染的，其已经导致在一些患者中的感染。对于在其皮肤上在待放置换能器的位置处具有毛发的对象，这些对象典型地必须剃(刮)掉或以其它方式除去加剧在皮肤和凝胶之间的空气的俘获的外部毛发。
对于相对于界面的声波的非法线的(非正常的)入射角，声波速度的差异可导致声波的折射。在界面处的声波速度差异导致纵向声波的传播路径作为入射角和在界面的任意侧的声波速度的函数根据斯涅耳(Snell)定律折射或改变方向。当所述波在非均质材料中传播时的无穷小量的折射的累积导致声波的路径的折曲或弯曲。
由于常规的超声(US)成像假定声波以直线行进，因此由于其对于在用于传输和接收两者的空间中的声波形的到达时间和位置所产生的不确定性，沿着声路径的折射导致所得图像的劣化和失真。与在界面处的声波速度匹配的材料显著降低折射效应，导致更清楚的和不太模糊的图像。另外，到处(全部)具有均匀的声波速度的半硬质材料将使在所述材料内的声波路径的弯曲的可能性最小化。
当与X射线、计算机化断层摄影术(CT)、和磁共振成像(MRI)技术相比时，超声成像由于便携性、多解剖学目标模式、安全性、和相对低的成本而在医学成像界中获得了关注。一些模式完全聚焦于心脏病学并且可产生跳动着的心室的4D图像。另外的模式为计算流动通过肝脏和脾中的微小的小体(细胞，corpuscular)毛细管的流体的专用计算器，而另外的模式简单地使用US为通用机器。不管应用的窄或宽，所有的US机器都遭受由传统的超声设计产生的相同的限制，即，在深度处的图像品质的损失和低的近场分辨率。尽管图像深度主要取决于阵列设计和换能器频率，但是模糊的近场是在换能器界面和患者界面之间的大的阻抗失配差异和换能器的焦点的结果。
近场卷积是在许多US诊断技术中遇到的烦恼，尤其是对于在薄的、强健的皮肤和组织遮蔽物下面紧紧地结合在一起的作为腱、流体、骨骼、和肌肉的束的滑膜关节。这是普遍存在的问题，并且许多临床医师已经采取用自来水填充丁腈橡胶手套以充当便携式的准水浴，其兼作为支架(standoff)，例如，在换能器界面和患者界面之间提供距离的任何声耦合材料。简单的、有成本效益的、和快速实施的该技巧对于用线性阵列产生快的非内脏US图像是足够好的解决方案。
图1A和1B显示说明呈现出缺乏对患者的皮肤的适形性的声耦合剂例如常规的水球耦合剂的图解。如图1A中所示，在该实例中，水球耦合剂包括聚合物球外部膜，其将脱气的水(例如，脱气的去离子(DI)水)包围在所述聚合物外部膜内。俘获在所述外部膜内的脱气的水在所述外部膜的内表面上提供压力，使得水球耦合剂的形状由施加在水球上的外部力限定-在该实例中，外部力包括由与水球耦合剂接触的平坦表面施加的法向力(FN)和来自外部环境的外力(FL)。水球耦合剂的外部膜典型地是柔性的，并且可弯曲以试图适应弯曲的表面，如由图1B中的图解所示。然而，这样的弯曲典型地在沿着所述外部膜的转折点(拐点)处和在水球耦合剂的流体性内部中产生夹带的空气并且变皱。
此外，对于非线性阵列和非平面表面，技术问题对于简单的水球而言变得太有挑战性而不能解决。以用于声相干断层摄影术(ACT)的半圆形阵列为例，其具有在多解剖学目标检查期间需要结合至一片多样化的患者界面几何结构的若干阵列元件。关于水球的第一个挑战是使管状的几何结构扭曲以结合至换能器界面而不在患者界面上变皱，如图1中所示。皱纹将俘获空气，所述空气在具有亮点的US图像中看起来像彗星，其遮蔽(shadow out)解剖学特征并且产生伪影(artifact)。即使一些密耳厚的(例如，0.001英寸厚的)聚合物膜被设计成适应所述阵列而没有变皱，水球仍然缺乏在单个检查中扫描多个解剖学目标所需要的适形性，因为水是半不可压缩的流体(k＝46.4×10-6atm-1)且适用容积守恒原理。
对于具有厚的壁、高的杨氏模量、和低的失效前应变的聚合物，在水球的换能器侧上的负荷被直接传输到患者界面，而没有将所述负荷分散在较大的表面区域上和没有与非对称的患者几何结构适形。低的弹性模量、高的失效前应变、和薄壁的聚合物可变形得更多，但不是足够适形性的，无法桥接在刚性的、对称的换能器界面和不对称的、可变形的患者界面之间的大的间隙，并且在检查期间更倾向于爆裂和滚动，如图2中所示。
图2显示说明常规的声耦合剂例如水球耦合剂的图解，其由在耦合介质的界面和患者的皮肤之间产生刚性间隙的聚合物构成。图解200A显示与表面接触的实例水球声耦合剂，说明在施加的外部的来自与所述耦合剂接触的表面的力(法向力FN)和来自周围环境的力(FL)之间的在水球耦合剂上的最大压缩。图解200B显示如下的实例水球声耦合剂：其具有由当水球被弯曲以与阵列适形时松弛的水球的外部聚合物膜形成的褶皱/皱纹/脊，俘获充当强的声反射体的空气。图解200B还显示如下的水球声耦合剂的实例：其不能够均匀地结合至目标体积，因为水球不能够与目标的轮廓适形以填充在断片(divot)和陡坡(escarpment)中。图解200C显示与目标体积(例如，患者的身体部分的皮肤)接触的实例水球耦合剂，说明水球耦合剂如何由于在目标的轮廓中的变化和/或断片而可在所述耦合剂和目标体积之间具有间隙。
需要更加适形性的和耐久性的支架，因此薄的、半固体的水凝胶冰球形块(puck)或片(例如，～1.0至1.5cm)已被开发以适应传统的在近场中的US成像。这些水凝胶冰球形块或片支架目的在于对于线性阵列使在刚性的、对称的换能器界面和不对称的、适形性的患者界面之间的阻抗失配最小化。比水球更加适形性的、薄的水凝胶片可沿着平坦的表面填充在断片和陡坡中，并且形成兼收并蓄的弯曲的形貌。另外，取决于水凝胶化学性质(组成)和形态，水凝胶可对于长时间的静态US诊断扫描为粘着性的，或者当在压力下进行短的动态扫描时经由脱水收缩产生润滑层。
然而，尽管有比水球大的适形性，但是在目前市场上的水凝胶具有大的体积模量，其在厚度增加时使水凝胶刚性增加。与低的断裂韧性和对羟基苯甲酸酯类(paraben)防腐剂结合，硬性和脆性、裂纹传播容易、和健康安全性的不明确性使水凝胶支架在如下应用中是无用的：其中对于非线性阵列、像前述ACT半圆形阵列，需要厚的(例如，>2cm)、坚韧的、和适形性的半硬质支架。
公开了用于制造和包装半硬质声耦合介质(SACM)(在本文中也称作半硬质声耦合剂(SAC))的方法，其提供用于超声诊断和治疗技术的声耦合介质。根据本文中公开的实施方式的方法包括可成规模的(可按比例的，scalable)、有成本效益的、和快速的生产技术，其可使得实现SACM的大规模生产，所述SACM直接在包装中准备好用于立刻用作声耦合介质、用于直接装运、和/或用于长期储存供后来使用。例如，所公开的方法可使生产过剩最小化并且可用于准时制(JIT)运行。在一些实施方式中，SACM可包括用于产生称作“HIP”或“SHIP”的半硬质水凝胶界面垫的水凝胶材料。所公开的SACM相对于常规的耦合介质例如水浴和支架、像水袋以及冰球形块或片水凝胶提供优势，例如，包括，但不限于，提供优越的声学和机械性质。
在一些方面中，所公开的SACM包括具有形成精细的几何结构和俘获水至高的百分数(例如，85％或更大)的能力的工程化的聚合物网络，其提供在超声换能器元件和目标生物体积之间的声阻抗匹配。所公开的SACM是半柔性的、半拉伸性的和半弯曲性的，例如，同时还是半硬性的，例如，与弯曲性橡胶类似。在一些实施方式中，所述半柔性的SACM比软的弹性体硬，但是软到足以显著拉伸和弯曲而不断裂。所公开的SACM基于它们的低成本制造、同时的灭菌和固化步骤、稳定的储存、和生物相容性而在它们的制造、分布(分派)和应用方式方面提供额外的优势。
在一些实施方式中，引入根据本技术的SACM的SACM制品或声探测设备是能操作的以用10MRayl或更小(例如，更优选地对于一些应用4MRayl或更小，以及能够2MRayl或更小或者1.6MRayl或更小)的声阻抗匹配传播声信号。在这样的设备中，所述SACM基于其半硬质与具有一个或多个换能器元件的声探测设备和接收体(具有目标生物体积)两者的表面适形，包括10％-1000％伸长率或更大、例如2500％的拉伸性、20％-99.99％的压缩性、以及30kPa-500kPa、或在一些实施方式中低于30kPa、例如低至1kPa的杨氏模量。
半硬质声耦合剂的实例实施方式
在根据本技术的一些实施方式中，半硬质声耦合介质(SACM)包括单体、聚合物(例如，嵌段共聚物)、分散相、共价交联剂、阳离子交联剂、催化剂、和/或自由基引发剂。
所述单体的作用是用作水凝胶的初级结构网络。在一些实施方式中，所述单体为丙烯酰胺。丙烯酰胺单体的非限制性实例包括二甲基丙烯酰胺(DMA)、二乙基丙烯酰胺(DEAA)、苯基丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺、十八烷基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、或二苯基甲基丙烯酰胺。所述单体有时被称作“1°网络”。在一些实施方式中，例如，1°网络单体包括DMA。
所述聚合物的作用是提供水凝胶的二级接枝牺牲网络。在一些实施方式中，所述聚合物为多糖。多糖的非限制性实例包括海藻酸钠(SA)、海藻酸钾、海藻酸钙、海藻酸铵、低乙酰化的结冷胶、高乙酰化的结冷胶、改性淀粉、琼脂、k-卡拉胶、I-卡拉胶、低甲氧基果胶、高甲氧基果胶、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、纤维素/明胶、或丙二醇海藻酸酯。所述聚合物有时被称作“2°网络”。在一些实施方式中，例如，所述聚合物由SA嵌段共聚物构成。在一些实施方式中，所述聚合物为嵌段共聚物，关于所公开的用于生产半硬质声耦合介质的方法和制品，其可被称作“2°网络”。在一些实施方式中，例如，所述嵌段共聚物为海藻酸盐(酯)，例如SA嵌段共聚物。
在一些实施方式中，所述分散相为水(例如，去离子水(DI H2O))，其可以所述水凝胶界面垫的总重量的约75.65重量％-约95.98重量％的量存在。
在一些实施方式中，所述共价交联剂为丙烯酰胺。丙烯酰胺共价交联剂的非限制性实例包括N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、双丙烯酰胺、亚乙基双丙烯酰胺、哌嗪二丙烯酰胺、或乙二醇双丙烯酰胺。所述共价交联剂有时被称作1°网络交联剂。在一些实施方式中，例如，所述1°网络交联剂包括MBA。
在一些实施方式中，所述阳离子交联剂为单价、二价、三价金属。例如，阳离子交联剂可为过渡金属、碱金属、或碱土金属，其中所述金属为1+、2+、或3+氧化态。在一些实施方式中、所述阳离子交联剂为锂、钠、钾、镁、钙、锌、锆、铁、钴、镍、钛、或铜。在一些实施方式中，所述阳离子交联剂为任何单价、二价或三价盐的形式。例如，在一些实施方式中，所述阳离子交联剂为任何硫酸盐、磷酸盐、氯化物、溴化物、三氟甲磺酸盐、胺、或羧酸盐。在一些实施方式中，所述阳离子交联剂为硫酸钙(CA)、磷酸钙、氯化钙、溴化钙、或三氟甲磺酸钙。所述阳离子交联剂有时被称作2°网络活化剂。在一些实施方式中，例如，所述2°网络活化剂包括CA。
所述催化剂的作用是促进和/或提高形成水凝胶组合物的化学反应的速率。在一些实施方式中，所述催化剂为胺。胺催化剂的非限制性实例包括脂族胺、N’,N’,N,N-四甲基乙二胺(TMED)、苄基二甲基胺、甲基胺、或三乙胺。
所述自由基引发剂的作用是产生引发水凝胶聚合物网络的形成的自由基。自由基引发剂的非限制性实例包括过硫酸铵(APS)、过氧化物例如二烷基过氧化物、氢过氧化物、二酰基过氧化物、或偶氮化合物(即，-N＝N-部分)。在一些实施方式中，所述引发剂为光引发剂。光引发剂的非限制性实例包括核黄素-5’-磷酸酯(盐)、核黄素-5’-磷酸钠、(2,4,5-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯(TPO-L)、双酰基膦氧化物(BAPO)、2-羟基-2-甲基苯丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、4-(二甲基氨基)苯甲酸异戊酯、4-(二甲基氨基)苯甲酸2-乙基己基酯、或二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物(TPO)。合适的光引发剂的额外的非限制性实例包括1-羟基环己基苯基酮(Irgacure 184)、2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯(Irgacure651)、和2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙烷(Irgacure907)、羟基乙酰苯、膦氧化物、二苯甲酮、和苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂(LAP)。所述自由基引发剂有时被称作1°网络活化剂。在一些实施方式中，例如，所述1°网络活化剂包括TMED。
在本公开内容的一些示例性实施方式中，半硬质水凝胶界面垫由如下两种水可溶性聚合物网络组成：初级(1°网络)支架(scaffold)和二级(2°网络)牺牲接枝物。在一些实施方式中，所述水凝胶界面垫包括二甲基丙烯酰胺单体(DMAm)、海藻酸钠嵌段共聚物(P(SA))、和水。例如，DMA浓度可被设计以影响弹性和适形性。在一些实施方式中，所述水凝胶界面垫进一步包括MBA、TMED、CA、和APS。
用于制造SAC组合物和制品的实例方法
描述用于半硬质声耦合剂的可成规模的、有成本效益的、和快速的制造的方法的实例实施方式，其在一些实施方式中可生产直接在包装中准备用于立刻用作耦合介质、用于直接装运、和/或用于长期储存供后来使用的SACM。如本文中公开的半硬质声耦合介质的化学和形态特性不仅取决于化学成分，而且取决于在所述介质内、在模具-溶液界面处的物理相互作用、和众多其它现象。因此，SACM被制造和包装的方式向制造增加了额外的复杂的层。
图3显示在用于生产用于制造根据本技术的SACM的制备中的储备溶液的方法的实例实施方式。标记为300的示例性方法包括过程301以从去离子水(DI H2O)除去外源性的氧气，例如，通过用惰性气体(例如，Ar、N2、He等)对DI H2O进行鼓泡以产生和/或获得去离子脱氧水(DI-Dox)。在一些实施方式中，DI H2O包括I型或II型DI H2O。DI-Dox是必须的，否则不想要的副反应、成分劣化、偶然发生的污染、和低程度的聚合将发生。DI-Dox水还对于如下是至关重要的：防止在标准温度和压力(STP)下在溶剂化的阳离子盐的存在下出现的过早的二级接枝牺牲网络(即，二级(two prime)(2°)网络)。
在DI-Dox生产之后，方法300包括过程302以将DI DOX水分到两个容器中：DI Dox1和DI Dox 2。在方法300的过程303，向第一DI-DOX水容器(DI Dox 1)添加储备溶液的用于提供初级结构网络的单体(即，1°网络，例如，如DMAm)。在溶解时，例如，当实例DMA单体吸热地分散在整个DI Dox 1溶剂中时，冷却发生。同时，方法300包括过程304以在304将用于提供二级结构网络的第二成分(即，2°网络，例如，如SA)分散在第二DI-Dox水容器(DI Dox 2)中，产生粘稠的透明的(清澈的)或半透明的琥珀色的溶液。稀的DMAm溶液已观察到近牛顿行为，而稀的SA溶液呈现出触变性剪切变稀和假塑性行为。当混合SA时，避免鱼眼形成是重要的。
图4显示描绘由可溶性多糖形成称作“鱼眼”的聚集体的示例图解。如图4中所示，当可溶性多糖形成包覆在围绕干的未溶解的多糖粉末的胶凝的多糖“表层”中的聚集体，阻碍溶剂渗透和多糖分散时，鱼眼形成发生，并且即使在高的温度(例如，≤98℃)下也臭名昭著地难以成溶剂化物(难以溶剂化)。如果未被除去或溶解，则这些块将干扰声传输，使US图像中的VOI失真；在表层中夹带空气，产生具有像亮点和模糊的不清楚的尾部一样的彗星的US图像；产生填充有未溶解的多糖的局部化的脆性的应力区域；以及影响材料的本体和表面组成，其影响材料形态、适形性、和生物相容性。
回到参考图3，所述方法包括过程305以将2°网络过滤。例如，一旦2°网络溶解在DIDox 2中，便将实例SA溶液过滤以除去潜伏鱼眼。方法300包括过程306以通过如下生产用于制造SAC的储备溶液：在惰性气氛下将1°网络溶液(例如，DMAm溶液)添加到来自2°网络溶液(例如，SA溶液)的所得滤液(即，2°网络滤液)。所得的1°网络和2°网络滤液溶液(例如，DMAm和SA)的组合溶液用作单独的混合物或“储备溶液”。所得储备溶液是容积大的(大量的)且因此是稳定的(例如，>30分钟)。
特别地，当需要时，由所述储备溶液，可制造小批量的SACM；因此，剩余存货被最少化，材料消耗减少，浪费减轻，且总的制造成本(COM)被削减。另外，通过如下使固定资本投资(FCI)和设备维护最少化：减少单元操作的数量，同时增加过程物流灵活性，以产生多样的SACM几何结构、以及声学和机械性质—通过分别改变分配等分体积(DAV)和用于以期望的几何结构、尺寸和形状形成SACM的模具(例如，如托盘类型)、以及小批量的组成实现。托盘类型指的是用于制造SACM的模具，其使得实现固化，提供所得SACM的环境保护、清洁、和/或无菌。这样，托盘用作制造和分布过程两者的重要组件。
图5显示标记为500的用于生产根据本技术的SACM的方法的实例实施方式。方法500包括过程510以提供或制备在脱氧水中包括单体(例如，1°网络组分)和嵌段共聚物(例如，2°网络组分)的储备溶液511，和提供或制备包括共价交联剂(例如，1°网络交联剂)和催化剂的待发溶液512。在方法500的一些实施中，例如，过程510包括使用通过方法300生产的储备溶液。过程510包括通过将储备溶液511和待发溶液512添加在一起而生产阶段溶液515。方法500包括过程520，其将阶段溶液515与包括单体活化剂(例如，1°网络活化剂)的溶液521和包括嵌段共聚物活化剂(例如，2°网络活化剂)溶液522混合以形成凝胶-溶胶525。在一些实施中，所述凝胶-溶胶为胶凝微粒的悬浮液，所述胶凝微粒接近于如下状态：其中微粒将合并并且形成构成SAC的连续的3D聚合物网络。方法500包括过程530以将凝胶-溶胶525分配到模具中，由此以对于半硬质声耦合剂所期望的形状、尺寸和/或几何结构生产成型的凝胶-溶胶535。方法500包括过程540以使在所述模具中的成型的凝胶-溶胶535固化，以形成半硬质声耦合剂545。在方法500的实施中，方法500在惰性气氛中实施。在一些实施中，方法500包括通过施加辐射(例如，X射线、γ射线、UV或其它)而将所述凝胶-溶胶灭菌。
方法500可按需或准时制地实施。例如，当一批SACM被订货时，将储备溶液511添加到较小的容器并且脱气以除去在传输期间夹带的空气。在搅动下，将储备溶液511在真空(例如，-15英寸汞柱规格)和升高的温度(例如，50℃)下用惰性气体(例如，N2、He、Ar等)进行鼓泡和覆盖，降低溶液粘度以将气态氧和惰性气体气泡闪蒸出来。接着发生的鼓泡保证溶解氧(DO)小于或等于最小DO(例如，DO最小＝0.1ppm)。氧使自由基引发猝灭，使催化剂劣化，并且阻碍有效的传播，导致过多的残余单体(例如，>0.03ppm DMAm)残留在SACM中，其是有毒的、可能致癌的、有刺激性的。一旦氧被除去，便在继续进行接下来的系列工艺步骤之前将溶液在惰性气氛下冷却回室温。
在过程510的一些实施中，例如，为了制备待发溶液512，在单独的容器中，在惰性气氛下将1°网络交联剂(例如，MBA)和催化剂(例如，TMED)溶解在DI-DOX水中以制造“待发”混合物。然后将待发溶液512供应到储备溶液以产生“阶段”溶液。在过程520的一些实施中，例如，一旦将1°网络活化剂(例如，APS)和2°网络活化剂(例如，CA)添加到所述阶段溶液，阶段溶液515能够立即交联。例如，由于TMED的氧化在具有DO的含水介质中快速地失效，因此所述阶段溶液不能像所述储备溶液一样被储存长的持续时间，否则可变的反应速率将产生具有多样化的机械、声学和生物相容性特性的SACM。
在混合所述阶段溶液时，所述1°网络活化剂(例如，APS)和2°网络活化剂(例如，CA)溶液两者分别通过将实例成分APS和CA溶解在DI-DOX水中而配制。在一些实施中，例如，所述1°网络活化剂和2°网络活化剂溶液两者在过程520被同时供应到阶段溶液515中以生产均质的APS和CA分散体，凝胶-溶胶525。未能这样做可产生反应热点，导致每单个批次具有可变的机械、声学和生物相容性特性的SACM。
DMAm聚合是放热的，并且必须被控制以防止失控反应。例如，在如下情况下发生失控反应：由聚合和接枝产生的热升高溶液的温度，提高反应的速率，且进一步使温度升高；因此，可产生正反馈回路。结果，未受控制的反应产生极短的1°交联，其在负荷下不能够拉伸和将力分散，产生具有低的断裂韧性的SACM。过多的热还可在溶液的温度增加(例如，>75℃)时使P(SA)嵌段共聚物劣化，并且使塑料包装物在被分配到二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)托盘中时翘曲。最差的情况可导致在容器中的过早胶凝、最终产品的劣化、和可能的来自快速的温度和压力积累的爆炸。
防止致命故障要求优异的过程控制。由反应产生的热可经由对流热交换和改变搅动速率而除去。也可添加猝灭剂(淬火剂)、像氢醌的单甲基醚(MEHQ)，降低反应的速率和防止正反馈回路出现。然而，大量的MEHQ或其它阻滞剂也可使残余单体的量增加并且可阻碍有效的1°网络交联，产生脆的和硬质的SACM。降低批次容量还使反应物质的量降低，使失控反应的风险和严重性降低并且改善热交换。此外，当引发剂和单体的量增加时，反应的速率增加，随着有效数量的聚合反应的数量增加而产生更多的热。结果，调节所添加的引发剂的流速和温度、以及所述阶段溶液的温度和搅动速率，将控制所释放的热的量。例如，向凉的温和地搅动的溶液缓慢地添加冷的引发剂减少产生的热的速率，而向温的剧烈地搅动的溶液快速地添加热的引发剂增加产生的热的速率。
在方法500的一些实施中，例如，当所述1°网络活化剂和2°网络活化剂溶液两者都被完全分配到所述阶段溶液中时，形成“凝胶-溶胶”，其必须在30分钟的适用期(potlife)超过之前被完全地从容器分配。在一些实施方式中，所得凝胶-溶胶525呈现出流动性达长的持续时间(例如，具有增加的适用期)。流动性指的是凝胶-溶胶的粘度，并且通过呈现出流动性，凝胶-溶胶525保持液体的特性。过度的交联可抑制凝胶-溶胶525的流动性。控制反应的速率改变凝胶-溶胶在交联成半固体水凝胶之前、或者在聚合用凝胶-溶胶变得太粘稠而不能在不包含空气气泡的情况下流延到模具中之前保持作为液体/悬浮体的持续时间。因此，流动性对于水凝胶垫的大规模和小规模制造具有重要的影响。例如，为了使可变成被俘获(例如，“锁”)在半固体水凝胶基体内的气泡(例如，微气泡)的形成最小化，在水凝胶制造中频繁遇到的挑战，即，当凝胶-溶胶粘度低时的凝胶溶胶流动性，可通过阻滞凝胶-溶液525和/或使凝胶-溶液525在后聚合而延长。特别地，除去和/或防止气泡形成的失败可导致具有与差的声传输有关的性质的SACM。例如，在水凝胶基体中具有俘获的气泡的所得SACM可由于增加的衰减、不想要的散射、和/或模糊的超声图像而具有降低的声学性能。另外，俘获在水凝胶基体中的气泡还损害SACM的机械性质，导致增加的局部化应力区域以及降低的弹性和/或适形性。
适用期进一步控制批次大小和在凝胶-溶胶凝固/胶凝之前的时间长度。具有长的适用期的凝胶-溶胶可产生大的SAC批次，而具有短的适用期的凝胶-溶胶可仅以小的批次生产。批次大小也取决于从容器分配到托盘/模具中的凝胶-溶胶的逐步流速，其由每托盘的DAV的速率、DAV流速、和托盘速度计算。例如，如果所述逐步流速太低，则所述凝胶-溶胶将在所述批次内放热地胶凝，快速地提高容器内的压力和温度。尽管有相对长的适用期，但是使用小的批次容器(例如，≤150L)代替大的批次容器(例如，>150L)以通过如下减轻致命故障的风险和严重性：增加有效的热交换(例如，容器表面积对凝胶-溶胶体积的比率)、改善均匀的混合、和减少聚合用物质的量。例如，小的批次也更容易脱气，维护更简单，且原位清洗(CLIP)不太费力。
在过程530的一些实施中，在惰性气体的覆盖下将粘稠的凝胶-溶胶525分配到模具(例如，PETG托盘)中以防止氧气扩散到所述介质中，其可作为厚度的函数产生在所述材料中的固化梯度。所述托盘由真空成型的PETG制成，PETG是UV、离子束、和γ射线透明的，如果期望灭菌和UV固化则是有用的，在该情况下，在流延/分配之前，光引发剂被添加到所述1°网络活化剂(例如，APS)溶液。例如，PETG托盘具有高的表面能，其降低在固化期间被俘获在所述凝胶-溶胶和托盘壁之间的氧气的量。如果使用低表面能的、或者不可润湿的表面的材料，则存在更大的如下风险：氧气吸附和俘获在包装物表面上，产生显著的固化梯度(例如，≥1mm厚)。
在一些实施中，PETG托盘是通过如下制造的：首先在对着阳模或阴模拉塑料时将塑料的挤出片材喷砂以使表面粗糙化以腾出空气，防止在抽吸期间起皱和变皱。于是，然后将PETG塑料的片材在100,000级洁净室中夹在密封的窗上并且加热超过玻璃化转变温度(Tg)但低于熔融温度(Tm)，使所述塑料柔韧到足以与模具表面适形，但不是太软，在此情况下其将过薄或撕裂。具有陡的拔模和底切(undercut)的模具要求正的压力、真空吸回、和/或柱塞辅助以使塑料对着阳模或阴模适形。在冷却时，然后将托盘切断，并且在装运之前双重套袋(double-bagged)。
一旦真空成型和装运，PETG托盘便“不套叠(denest)”-当堆叠时彼此分离。如果PETG托盘不具有不套叠特征，则所述托盘可在生产期间彼此粘着，影响下游的SACM处理。特征包括在塑料挤出或真空成型之后渗透有机硅或其它润滑剂、和/或打破光滑表面以减少在各托盘之间的接触表面的量的无机填料、像滑石或云母。润滑表层和滑动特征的图示分别示于图6和7中。
图6包括绘图600，其证明随着在挤出之后的时间增加，PETG托盘的表面的摩擦系数是如何降低的。在绘图600下面的是从左到右描绘具有降低摩擦系数的特征的润滑表层的称作601A、601B、和601C的PETG托盘的图示。601A说明在塑料被挤出、注塑、或真空成型到托盘中之后不久润滑剂是如何保留在塑料中的。在一些时间之后，塑料中的润滑剂开始渗出塑料，在塑料的外表面上形成润滑剂的膜，如601B中所示。最后，从塑料析出的润滑剂跨越整个塑料部件形成润滑剂的连续的膜，其中一些残余润滑剂保留在塑料中，如在601C中看出的。
图7显示在制造的SACM的实例实施方式中的PETG托盘的滑动特征的图像。尽管图7显示由PETG构成的托盘的示例性实施方式，但是托盘可由不限于PETG的其它塑料构成。例如，用于模具容器(例如，用在过程540中)的合适的材料的非限制性实例包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETE或PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、交联聚乙烯(XLPE)、和热塑性聚氨酯(TPU)。
表1描述用于制备可适合用于制造模具(例如，托盘)的实例材料的技术和/或其性质的实例类别。
表1
| <u>类别</u> | <u>值</u> |
| 灭菌 | EtO、γ、EBI、UV、等离子体气体 |
| 固化/胶凝 | 氧化还原、γ、EBI、UV、热量 |
| 制造方法 | 真空成型、注塑 |
| 符合 | ISO 10993 |
| 缺乏： | BPA、氯、和其它水浸出物 |
| 厚度(密耳) | 5-60 |
| 密度(g/cc) | 0.90-2.00 |
| 雾度(％) | 0.0-1.0％ |
| 折射率 | 1-2 |
| 屈服强度(MPa) | 35-85 |
| E(MPA) | 1000-2100MPA |
| 水渗透(g/m<sup>2</sup>·24小时) | 0-10 |
| 在STP下24小时的水吸收(％) | 0.0-0.8 |
| 氧气渗透(cc·mm/m<sup>2</sup>·24小时·大气压) | 0-10 |
| 在STP下的水的接触角(度) | 0-90 |
| 在STP下的表面能(达因) | 30-90 |
| 摩擦系数 | 0.05-1.20 |
| 阻滞力(blocking force)(N) | 0.50-5.00 |
| 玻璃化转变温度(℃) | >80 |
| 熔融温度(℃) | >140 |
| 线性热膨胀(μm/m·K) | <80 |
| 热挠曲温度(℃) | 70-80 |
在一些实施中，模具包括塑料或金属。在一些实例中，塑料模具包括热成型塑料、注塑塑料、流延塑料、或机加工塑料。在一些实例中，金属模具包括热成型金属、注塑金属、流延金属、或者机加工或拉制金属。PETG为适合用于SAC制造的塑料的一个实例。如果满足一些条件和参数，例如诸如表1中列出的那些，则其它非晶、结晶、和半结晶的弹性体、热固性材料、或热塑性材料例如ABS、PETE(PET)、PEIT、PC、PE、PP、PS、XLPE、HIPS、尼龙、PU、有机硅、TPU、TPC、和TPE也是合适的。在一些实施中，模具可包括满足像表1中列出的那些的条件和参数的钝化的或涂覆的金属。
在一些实施方式中，用于SACM的包装提供对于微生物的无菌的阻挡物，保持SACM的水分，并且用作SACM的模具。在一些实施中，通过将所述包装物和所述模具(例如，PETG托盘)组合，所需的单元操作的数量可减少，并且在同时减少生产成本和周转时间(TAT)的同时，最终产品的卫生可改善。
在一些实施中，托盘由有成本效益的、无菌的、和低氧吸附的包装材料例如热塑性塑料构成，其具有热稳定性、抵抗化学攻击(例如，化合反应、分解反应、和/或燃烧反应、聚合反应)和/或耐受辐射环境，并且具有高表面能涂层。在一些实施中，例如，托盘一旦成型便是足够刚性的，当分配、胶凝、和后固化SACM时在升高的温度下它们不翘曲和弯曲。在一些实施中，例如，托盘具有如下的热挠曲温度(HDT)：其足够低，使得所述HDT不阻止注塑和真空热成型。
对于托盘的另一重要的考虑包括氧气渗透性。在一些实施中，例如，托盘必须容许受控的氧气环境以使氧气暴露最小化以防止自由基聚合的猝灭，其可产生残余单体浓度梯度。因此，在一些实施中，通过包装物的氧气渗透必须比用于使SACM完全固化的时间慢。在一些实施中，所述托盘包括使水吸收和渗透最小化并且防止脆裂和过度的SACM溶胀的材料(例如，像PETG)。
由在托盘之间的分子内吸引施加的阻滞力或保持力、和对于堆叠的托盘的摩擦系数是用于使具有高的表面能的托盘的粘着最小化的重要考虑，否则托盘可变成“粘合”在一起。非粘着特征应为惰性的、非毒性的、和非刺激性的以满足生物相容性要求。在一些实施中，托盘是透明的以容许观察SACM固化进展和检查在QA期间的空气气泡。
在方法500的一些实施中，在凝固(灌注、胶凝)和/或灭菌时，可将胶凝SACM在惰性气氛中用铝箔盖子、或者其它金属或塑料盖子密封，用于防篡改、微生物阻挡、和储存的目的。一旦被密封，额外的保持器盖在托盘上滑入配合以保持所述箔是密封的和固化水凝胶。在灌注之后在显露规定的机械和声学性质之前，SACM可具有停留时间(例如，8小时)、或“生的(green)”时间。在生的时，但是SA接枝物和网络通过在二价的CA离子周围形成离子-离子结而以最低能量构型使自身定向。同时，在生的阶段期间可实施UV后固化以提高聚合的程度，经由额外的交联显著减少保留的残余单体的量和缩短停留时间。在停留之后，将完全固化的SACM在非透明容器中打包和装运以防止在直接的UV射线中在生的阶段之后发生的P(DMAm)的裂解。
本文中描述的实例SACM可使用许多固化方法固化。固化方法的非限制性实例包括氧化还原固化方法、辐射固化方法、和/或热固化方法。
实例氧化还原固化方法
在一些实施中，氧化还原引发剂例如裂解酶(lyse)当溶解于水溶液中时，当通过催化剂促进时，可引发DMAm乙烯基加成聚合。例如，TMED催化APS裂解成硫酸氢根和硫酸根自由基，其在一组宽的温度(例如，5-110℃)和pH水平(例如，7-10pH)范围内是稳定的。在一些实施中，所述硫酸根自由基完全反应以得到硫酸氢根作为副产物，所述副产物对棘皮动物例如海星、海参、海百合等具有一些影响，但是值得注目地，对哺乳动物具有零影响。在一些实施中，较长的反应时间产生具有长的平均动力学链长度的SACM，提供能伸展的、牢固的、和柔韧的SACM。
在一些实施中，制造氧化还原引发的SACM的实例方法需要较少的设备、和因此在设备成本和维护成本方面的总体降低。例如，关于溶液粘度的问题可减轻，因为引发在搅动期间发生，改善在凝胶-溶胶中的引发剂自由基扩散和运动性，产生与在DMAm上的乙烯基的更成功的自由基引发剂碰撞。用于生物医学应用的大多数药物和试剂级氧化还原引发剂的可获得性和低的成本对于JIT制造是重要的。
实例辐射固化方法
在一些实施中，本公开内容的方法使用照射引发来制造SACM以开始乙烯基加成聚合。不同于氧化还原引发的反应，UV、电子束照射(EBI)、和伽玛(γ)辐射引发的反应不开始聚合凝胶-溶胶，直至入射辐射暴露。对于UV引发的反应，UV发射器，像高压或低压汞灯，在目标处辐射UV光。距离、频率、强度和在发射器之下的安置决定通量率(J/s)–离所述发射器给定的距离的入射UV光的流通率和已知发射器长度–用于计算剂量(J)–被凝胶-溶胶吸收的能量的量。通量率和总剂量将决定胶凝时间—凝胶-溶胶进行胶凝所花的时间—以及机械、声学、和生物相容性特性。在一些实施中，UV固化需要可吸收在不被其它成分吸收的频率处的UV光的光引发剂，其将裂解或牺牲烯烃或炔烃以形成自由基。一旦形成，自由基化的光引发剂便快速地引发反应，在胶凝之前用光几乎所有的光引发剂。
在γ辐射引发的反应的一些实施中，通过γ辐射诱导的引发反应不需要引发剂，因为γ辐射将水分子裂解成反应性氢氧自由基，作为也称作辐解的过程，其容易地引发乙烯基加成聚合。所述过程可消除对于引发剂和交联剂的需要。在一些实施中，SACM机械特性取决于剂量(例如，J/kg或Gy)。剂量可如下控制：通过改变凝胶-溶胶向钴的同位素钴-60(60Co)的暴露，或者其它地，通过改变强度，其为例如，调节例如引领光圈/快门和暴露的持续时间。不同于大部分材料，水容易地吸收γ射线，遍及凝胶-溶胶的本体均匀地引发乙烯基加成聚合。
在使用EBI辐射固化的实例实施中，从由组成离子枪和高电压场的发射体(例如，阴极)、网格(例如，偏压杯)、和阳极构成的电离源产生EBI。集中的电子束通过磁场加速，使用聚焦或散布电离射线的磁聚焦透镜聚焦，同时磁偏转线圈控制电离辐射。不同于在偶尔与原子碰撞时将电子敲松的γ照射，EBI用电子束直接轰击所述凝胶-溶胶，产生例如羟基自由基和DMAm自由基，其可在没有引发剂或交联剂的情况下促进交联。在一些实施中，β辐射与所述凝胶-溶胶是更加相互作用的，且因此，当使整个凝胶-溶胶交联时需要说明SAC的厚度。EBI剂量与γ射线剂量(Gy)类似，但是取决于更多的因素：电离辐射的能量(以keV或MeV表示)、电离辐射的强度(轰击电子的数量)、离子加速和速度、以及曝光时间。对剂量参数的控制可用EBI演练，将曝光时间从分钟显著地减少到秒。方向和聚焦控制也赋予EBI过程离散交联能力，使比其它大的凝胶-溶胶的区域交联以产生功能上分级的材料。
在使用EBI或γ照射的一些实施中，所述方法可不包括化学引发剂或交联剂，并且可改善关于凝胶-溶胶粘度对频率因子的影响的问题。放射量测定器指示照射已经被施加并且产物完全交联，提供超水平的品质保证。在一些实施中，使用EBI或γ照射交联的SACM导致无菌的产品，并且所述方法可提供对于产品的聚合的改善的控制和减轻自动加速风险。
UV交联具有与EBI和γ照射交联方法许多相同的优势。例如，漂白指示剂说明灭菌并且交联是完全的，其可被良好地控制并且自动加速的风险可减轻，例如，通过消除氧化还原引发剂。不同于EBI和γ照射，UV交联使多糖成分降解小于若干个数量级(例如，少于1000×)。在一些实施中，UV交联方法可使有害废物的产生以及与显著较低的固定资本投资、效用结合的操作最少化，并且可降低与无菌SACM的产生有关的成本。
在一些实施中，用于制造SACM的方法包括混杂方法，其可例如组合氧化还原引发与延长的UV后固化、或UV-氧化还原固化。在一些实施中，慢的氧化还原反应与UV后固化结合的组合以高的聚合产率产生SACM，而没有高风险失控聚合。在所述混杂方法的一些实施方式中，例如，通过向在分批(间歇)反应器中的冷却的阶段溶液(例如，≤15℃)引入比单独的氧化还原反应少的氧化还原引发剂(例如，APS)和添加比单独的UV反应多的光引发剂(例如，核黄素5’-磷酸酯(Rib))显著地阻碍氧化还原聚合的速率并且增加适用期(例如，>30分钟)。例如，在放慢混合聚合凝胶-溶胶之后，所述凝胶-溶胶被快速地分配到托盘中而没有引入气泡，然后通过在惰性气体的幕下光引发过多的光引发剂而迅速UV固化，减少胶凝时间。一旦被密封，则SAC可进入UV后固化烘箱(例如，在<20℃下的惰性气氛)中，其将包装物和SAC同时灭菌，并且广泛(大大地)减少在SAC-托盘和SAC-箔界面处的残余单体，减少在SAC完全固化之前的停留时间(例如，>8小时)。减少的停留时间和不太费力的CLIP程序改善过程TAT，减少昂贵的库存和改善过程灵活性。
下面是表2A和2B，其描述与可应用于所描述的方法的一些实施的各种固化技术例如UV辐射、γ辐射、和电子束照射(EBI)有关的一些实例优势。
表2A描述与UV辐射、γ辐射、和EBI固化方法有关的实例优势。
表2A
表2B描述与氧化还原和氧化还原-UV固化方法有关的实例优势。
表2B
图8显示用于生产根据本技术的SACM的系统800的实例实施方式。在图8中，将储备溶液802(例如，溶解在DI-DOX中的SA和DMA)置于具有搅拌机构803的容器801中。将储备溶液802加温以降低所述溶液的粘度，然后用惰性气体804鼓泡，直至所述溶液的DO含量是足够的(例如，DO最小＝0.1ppm)。接着，将储备溶液802冷却至室温，并且在将反应保持在惰性气氛下的同时添加待发溶液805(例如，溶解在DI-DOX水中的TMED和MBA)。将待发溶液805添加到储备溶液802导致阶段溶液的形成。在任选的步骤中，在将所述待发溶液添加到所述储备溶液之前，将光引发剂添加至所述待发溶液以促进光引发的胶凝并且加快UV固化。然后将所述阶段溶液冷却(例如，至15℃)，并且添加冷却的1°活化剂溶液806(例如，溶解在DI-DOX中的APS)和室温(例如，23℃)或冷却的2°活化剂溶液807(例如，溶解在DI-DOX中的DA)以引发乙烯基加成聚合以及1°和2°网络交联以形成凝胶-溶胶。在保持反应器容器801的温度和惰性气氛以及所述凝胶-溶胶的同时，将所述凝胶-溶胶的DAV分配到PETG托盘中。
图9-11描绘示例性系统特征的示意图，其描绘使凝胶-溶胶固化以形成根据本技术的SACM的实例过程。
图9显示用于分配根据本技术的凝胶-溶胶的DAV方法的示例性系统900的示意图。在第一步骤中，用惰性气体903将残余惰性气体和空气902从封闭的罩/腔室901排出。使用DAV方法，在惰性气氛下分配凝胶-溶胶904而不将气泡引入PETG托盘905中。然后使在PETG托盘中的灌注的凝胶-溶胶在烘箱中固化和/或凝固。
图10显示根据本技术的用于在烘箱中使凝胶-溶胶1004胶凝、凝固、和/或灌注的示例性系统1000的示意图。用惰性气体冲洗烘箱1001例如层流UV固化烘箱以除去空气。为了从所述烘箱排出残余惰性气体和空气1003，在惰性气氛下惰性气体1002流动通过烘箱1001以覆盖在凝胶-溶胶1004处。然后容许凝胶-溶胶1004经由单独的氧化还原反应凝胶、凝固、和/或灌注，或者灌注可随着在烘箱1001中添加照射(例如，UV、γ、或离子束照射)的情况下加速。在惰性气氛下的同时，将所得凝胶(例如，在胶凝、凝固、和/或灌注之后)用盖子(例如，箔盖子)和PETG保持器盖子密封以在运输期间防止氧气。一旦凝固，便将密封的凝胶1005从所述烘箱移出。当从烘箱1001移出时的密封的凝胶1005为生的“ACM”。
图11显示用于根据本技术的凝胶的后固化和停留时间的示例性系统模块1100的示意图。例如，密封的凝胶1102，即在图10中涉及的密封的凝胶1004，被置于UV腔室1101内以加快固化过程，减少残余单体，和将产品灭菌。该步骤容许所述凝胶在等温温度腔室中经由氧化还原引发剂引发的自由基加成聚合而完全固化。然后，在仍然生的时(例如，停留时间(例如，8小时))，将密封的凝胶1102照射(例如，用UV、γ或离子束照射)以减少残余单体并且将所得SACM灭菌。
图12显示用于将SACM 1202打包用于运输的示例性系统模块1200的示意图。例如，在SACM 1202已经完全固化并且已经进行品质保证测试以对残余单体、气泡、碎屑、声学性质和机械性质进行检查之后。然后将SACM 1202如图12中所示地打包，并且置于暗的、干的纸板盒1201中，纸板盒1201然后被装到用于装运的箱子1203中。
图13显示描绘根据方法300和500的实例实施方式的用于生产SACM的标记为1300的实例方法的流程图。在图13中所示的实例中，方法1300包括预处理水纯化阶段1301，其中将去离子水汽提(strip)、脱气、反渗透(RO)、和过滤以生产DI-DOX溶液。然后将所述DI-DOX溶液分到五个单独的容器中，并且向各容器添加用于形成示例性SACM所必需的组分的每一种。特别地，方法1300包括：包括在惰性气氛下在第一容器中将APS溶解在DI-DOX中以形成1°活化剂溶液的过程1302；包括在惰性气氛下在第二容器中将CA溶解在DI-DOX中以形成2°活化剂溶液1303的过程1303；包括将1°网络交联剂(例如，MBA)和催化剂(例如，TMED)溶解到DI-DOX溶液的第三容器以形成待发溶液的过程1304，其任选地可包括添加光引发剂；包括将1°网络组分(例如，DMA)溶解在DI-DOX溶液的第四容器中以形成1°网络溶液的过程1305；和包括将2°网络组分(例如，SA)溶解在第五容器中以形成2°网络溶液1306的过程1306。方法1300包括用于生产所述储备溶液的过程1307，其包括将保持在室温(例如，23℃)的1°网络溶液添加到已经预先加温并过滤以除去不想要的副产物(例如，鱼眼聚集体)的2°网络溶液，然后将所得储备溶液在STP下保持用于随后的小批次的凝胶-溶胶。在方法1300的一些实施中，例如，过程1307包括使用通过方法300生产的储备溶液。方法1300进一步包括过程1308，其包括在真空下和在升高的温度下在惰性气氛中将DO的储备溶液鼓泡和脱气，和接下来将所述待发溶液添加到在室温(例如，23℃)的所述储备溶液以形成阶段溶液。然后将所述阶段溶液冷却(例如，15℃)，然后将1°活化剂溶液和2°活化剂溶液两者同时添加到所述阶段溶液以形成凝胶-溶胶(例如，分批反应)。所述方法包括过程1309以通过如下分配所述凝胶-溶胶：在惰性气氛中将凝胶-溶胶的DAV倒入模具(例如，PETG托盘)中以对于半硬质声耦合剂所期望的形状、尺寸、和/或几何结构生产成型的凝胶-溶胶。在方法1300的一些实施中，例如，过程1309包括使用通过方法500生产的凝胶-溶胶。所述方法可进一步包括用于灌注、胶凝、凝固、和然后包装成型的凝胶-溶胶的过程1310，其包括容许成型的凝胶-溶胶通过如下凝胶和/或灌注：首先放慢氧化还原引发，然后通过光引发提高反应的速率，由此加快胶凝。一旦所述凝胶-溶胶凝固，所述SACM便形成，然后将所述SACM在惰性气氛中密封(例如，用箔)并且用PETG保持器覆盖。所述方法包括用于使所述SACM固化的过程1311，其包括将所述SACM置于等温腔室中以提供氧化还原反应的完成和/或将近完成，随后用光(例如，UV)照射以使所述SACM后固化。所述后固化过程灭菌并且减少残余单体。任选地，如果在过程1304中添加光引发剂，则可将所述SACM置于UV腔室中以加快光固化。最后，方法1300包括过程1312，其中所述SACM经历品质保证(QA)测试以对于碎屑、气泡、声学性质、机械性质、和残余单体进行检查。然后将所述SACM标记，置于干燥的纸板盒中，并且装运至期望的地方。在方法300、500和/或1300的一些实施中，制造遵守U.S.Food and DrugAdministration(FDA)Good Manufacturing Practices(GMP)以减少来自空气和处理设备的外部污染的量。
图14为描绘使用在图8-12中描述的实例系统和处理步骤的用于制造SACM的示例性工艺1400的流程图解。在系统1401中，将水纯化，去离子，并且在减压下(例如，在真空下)经由鼓泡而脱氧以生产和/或获得Di-Dox水。所述Di-Dox水可然后被传送到如下面描述的示例性工艺140的下游操作和/或步骤的每一个。
在一些实施方式中，将Di-dox水泵送到系统1402中，系统1402包括用于在SA被添加之前搅动水的剪切混合器容器。将Di-Dox水在系统1402中加热至60℃或更高的温度。然后将附聚的、结晶的或粉末状的SA添加到系统1402中的Di-Dox水。Di-Dox水和SA然后在系统1402中混合以形成2°网络溶液。然后将2°网络溶液泵送出系统1402通过串联过滤器(管路过滤器，inline filter)或其它鱼眼分离器到系统1404中以制备储备溶液。
在一些实施方式中，将Di-DOX水从系统1401泵送到系统1403中。然后将结晶的、粉末状的、附聚的、或液体的DMA单体添加到系统1403中的Di-Dox水。Di-Dox水和DMA然后混合，直至DMA在Di-Dox水中完全分散和溶剂化以形成1°网络溶液。然后将1°网络溶液加热直至其达到室温(例如，25℃)，然后将1°网络溶液泵送到系统1404中。
然后将分别来自系统1402和1403的温的2°网络溶液(例如，>37℃)和1°网络溶液在系统1404中混合直至均匀以生产储备溶液。将所述储备溶液温和地搅拌并且保持在室温下用于随后的处理步骤。每次制备新批次的凝胶-溶胶，将所述储备溶液加热以降低溶液粘度(例如，>37℃)，然后泵送至系统1408。
在一些实施方式中，将Di-Dox水从系统1401泵送到系统1405中并且在惰性气氛下用惰性气体鼓泡。然后将TMED泵送到和/或倒入在恒定搅动(例如，搅拌和/或混合)下的Di-Dox水中。然后将附聚的、结晶的、或粉末MBA添加到TMED和Di-Dox溶液。然后将TMED和MBA混合直至完全溶解，得到待发溶液。在混合时，将所述待发溶液在惰性气氛下用惰性气体鼓泡。然后将所述待发溶液泵送到系统1408以形成所述阶段溶液。任选地，可将1°网络光引发剂添加到所述阶段溶液以替代1°网络氧化还原引发剂和/或与1°网络氧化还原引发剂一起使用。
在一些实施方式中，将Di-Dox水从系统1401泵送到系统1406中并且在惰性气氛下用惰性气体鼓泡。然后将附聚的、粉末、或结晶的APS添加到系统1406中的Di-Dox水。在惰性气氛下，APS溶解以形成1°活化剂溶液。然后将1°活化剂溶液在泵送到系统1408中以产生凝胶-溶胶溶液之前冷却(例如，<15℃)。
在一些实施方式中，将Di-Dox水从系统1401泵送到系统1407中并且在惰性气氛下用惰性气体鼓泡。然后将CA添加到系统1407中的Di-Dox水。在惰性气氛下，CA溶解以形成2°活化剂溶液。然后将2°活化剂溶液在泵送到系统1408中以形成凝胶-溶胶溶液之前冷却、加热、或保持在室温。
将在系统1404、1405、1406、和1407中制备的溶液各自泵送到系统1408中以形成凝胶-溶胶溶液。如以上所列举的，将加温的储备溶液(例如，>37℃)从系统1404泵送到系统1408中，然后在加热(例如，>50℃)时在真空下用惰性气体鼓泡以除去外源性的氧气。接着，将所述溶液在系统1408中冷却，同时将所述待发溶液从系统1405泵送到系统1408中以在惰性气氛下形成阶段溶液。然后在连续搅拌时将所述阶段溶液冷却(例如，>20℃)。然后将1°活化剂溶液(例如，>15℃)从系统从系统1407泵送到系统1408中。然后在系统1408中将1°活化剂溶液和2°活化剂溶液均匀地分散遍及所述阶段溶液以产生交联的凝胶-溶胶溶液。
然后将具有期望的几何结构的PETG托盘置于具有分配机构的系统1409的腔室中。然后将所述腔室用惰性气体冲洗以除去氧气。然后将所述凝胶-溶胶经由DAV分配而分配到PETG托盘中。然后将所述PETG托盘从系统1409移动到系统1410的固化烘箱中。将系统1410的烘箱用惰性气体连续地冲洗。然后使所述烘箱的温度增加以使来自系统1409的分配的凝胶-溶胶交联。可任选地用UV光、辐射、或EBI照射所述烘箱中的凝胶-溶胶以加快固化和/或以代替氧化还原反应步骤。水凝胶基体然后经由加快的交联形成，但是未完全固化(即，所述水凝胶仍是“生的”)。接着，将箔阻挡物和PETG盖子置于所述水凝胶基体上方以将所述托盘密封和防止外来材料和/或微生物污染所述水凝胶基体。
然后将所述水凝胶基体传送到系统1411，在系统1411处其在UV腔室中后固化以使任何残余DMA单体反应和将所述水凝胶灭菌。在后固化之后，所述水凝胶完全固化，形成所述SACM。接着，将所述SACM对于碎屑和/或气泡进行检查并且对于残余单体、声学性质、和/或机械特性进行测试。然后将所述SACM在系统1412中打包并且装运至卖主和/或顾客。
表3A显示图14的图解中所示的过程单元操作的实例实施方式的说明。
表3A
表3B显示图14的图解中所示的过程物流的说明。
表3B
SACM的实例实施
以上描述的实例实施方式可用于生产多样的半硬质声耦合剂材料，例如在一些实施中的水凝胶界面垫(HIP)。下面描述SACM的实例实施。
水凝胶的网目尺寸取决于多种参数，包括反应速率、链长度、立体化学、分子内相互作用、以及反应条件例如温度、压力和气氛。
在方法300、500、和800的一些实施中，例如，在制造SACM中的重要的考虑涉及在阳离子交联剂和共价交联剂两者的量方面的明智的选择。例如，在本示例性的制造SACM的方法中，太多的CA(即，阳离子交联剂)的添加导致超级聚集体的形成，而太少的CA导致形成超级分散体。太少的CA(例如，超级分散体)和太多的CA(即，超级聚集体)的平衡。类似地，太多的MBAm(即，共价交联剂)导致微小的网目尺寸，而太少的MBAm导致网目尺寸太大。这样，方法300、500和/或1300可在SACM的一些实施方式的制造中使用0.14-0.23重量％的CA和8.29-9.8重量％的MBAm，其提供最佳的聚集程度和网目尺寸。
对于制造柔韧的且坚固的SACM至关重要的另外的考虑是在使二级接枝牺牲网络组分(例如，海藻酸钠)和初级结构网络组分(例如，DMAm)反应时发生的接枝程度。接枝提供SACM的冲击强度、能量耗散、自愈性质、机械滞后、和热滞后。本公开内容的示例性SACM呈现出提供前述特性的在SA和DMAm之间的最佳接枝程度。
图15显示使用所公开的技术制造但具有变化量的成分的样品水凝胶界面垫1502、1503、1504、以及使用常规的组成以常规的技术制造的水凝胶界面垫1501的图片。
在实例实施中，实例SACM 1501用作对照水凝胶，由拥有良好的弹性、适形性、和透明度性质的聚(丙烯酰胺)(Poly(AA))与低粘度P(SA)2°网络构成。在SACM 1501暴露表面上起波纹是由于在胶凝过程期间的表面张力差别。实例SACM 1503配置成具有与SACM 1501相同的组成而没有表面起波纹。实例SACM 1504配置成具有与SACM 1501和SACM 1503的Poly(AA)和P(SA)组分的相同组成；但是，实例SACM 1504用高粘度P(SA)补充低粘度P(SA)。实例SACM 1502配置成具有与SACM 1501和SACM 1503的P(SA)的相同组成，同时用Poly(DMAm)代替Poly(AA)。在这些实施中，显示所有的实例SACM具有类似的声学性质，而仅在弹性模量(E)和极限拉伸强度(UTS)方面有区别。
例如，SACM 1501的在换能器侧上的起波纹是由于在胶凝期间在空气和溶液边界之间的界面张力，导致凝胶表面皱曲和翘曲。SACM 1503在胶凝期间降低界面表面张力，消除所有起波纹。SACM 1504用高粘度P(SA)补充低粘度P(SA)，其使弹性模量显著降低，得到更软的、更柔韧的SACM。在这些实例实施中，最柔韧的是SACM 1502，其具有最低的弹性模量，同时呈现出类似的韧性和声能传输性质。通过进一步调整SACM 1502的交联反应速率、过程变量、以及成分的浓度和类型，可在不牺牲良好的声传输的情况下实现多样的不同的机械性质用于繁多的US检查应用。作为极端的实例，SAM 1502的变形(SACM 1502’)具有与SACM 1502相同的SOS、ATTN、和Z，被过度地交联以得到柔性的、硬性的水凝胶，如图16中所示。添加过量的二价离子交联剂不影响SOS(例如，1549m/s)、ATTN(例如，0.07dB/cm*MHz)、和透明度，同时呈现出与SACM 1502显著不同的弹性模量(例如，302kPa)。
图16显示实例离子交联的水凝胶界面垫的图像。
表4显示SACM样品1502、1503、和1504以及实例对照水凝胶样品1501的所测试的声学和机械性质。注意，在表4中，“SOS”代表声音速度；“Z”为声阻抗，“ATTN”为衰减，“E”为杨氏模量，且“ε”为工程应变。
表4
SACM的组成已被调整以产生软的、依从性的水凝胶，其可适形和包围目标位置以桥接空气声阻抗边界并且对于临床应用是坚韧的，如图17A-17F中所示。通过调节SACM组成–共价和离子交联剂，1°网络单体和2°网络嵌段共聚物的量和类型、以及反应的速率–可实现一系列不同的机械性质，同时保持相对恒定的声音速度(SOS)、声阻抗(Z)和衰减(ATTN)，如表4中所示。
图17A-17F显示实例SACM 1502的柔韧性、拉伸性、和坚固性的图像。特别地，图17A显示在局部化的压缩之前的SACM，与显示在局部化的压缩期间的SACM 1502的图17B形成对照。类似地，图17C显示在紧握(squeezing)之前的SACM 1502，与显示在紧握期间的SACM1502的图17D形成对照。最后，图17E显示SACM 1502的适形性特性，且图17F显示在全(满)压缩下的SACM 1502。一起考虑，这些实验支持，SACM 1502是耐断裂的，其可对韧性和弹性的总的提高做贡献。
用于制造SACM的一些实施方式的化学过程的实例实施
机械性质还受到将乙烯基加成聚合反应按比例放大的影响。当引发剂产生自由基单体或自由基链中间体(其随后产生另外的自由基单体或链中间体)时，自由基链式反应被引发。该过程继续直至自由基的大部分反应，而剩余的自由基由于限制其反应的物理力而不能够反应。引发：
vi＝ki[I] (3)
增长(传播)：
终止：
引发步骤是反应的快的步骤，其中引发剂(I)解离并且产生自由基
自由基
进一步产生自由基单体或链
引发的速率(vi)为引发反应常数(ki)和引发剂浓度的乘积。
在增长(传播)步骤期间，自由基链与其它的链(Mn)或单体(M)反应，所述其它的链(Mn)或单体(M)又变成自由基化的。增长的稳态速率
为速率引发常数、引发剂的浓度、和成功自由基链引发分数(f)的乘积，并且终端链末端与其它链反应，这又产生新的自由基终端末端。成功自由基链引发分数，也称作引发剂效率，取决于溶液温度、粘度、和空间位阻。
终止可导致三种方式之一：相互终止、歧化、和链转移。相互终止导致较长的链长度，且因此是期望的终止步骤。歧化导致在两个链上的自由基的终止且导致较短的链长度。链转移对于自由基供体导致较短的链长度，而自由基受体变成化学活性的。通过假定链转移和歧化是最小的，终止的稳态速率
变成反应的两个自由基终端末端，终止反应常数(kt)和自由基链的浓度的乘积。假定相互终止是主要的终止反应是合理的假设，因为许多丙烯酰胺和丙烯酸酯动力学呈现出比歧化多的相互终止。
由引发、增长、和终止步骤，产生净的稳态反应式。
净的反应：
增长的净速率(vp)为总的增长反应常数(kr)、引发剂的浓度、以及溶液中存在的链或单体的浓度的乘积。
级反应表示在终止之前在聚合中的中间体增长步骤。自由基裂解是指示有多少单体将被消耗的速率限制步骤。由于自由基与单体快速地反应，所述单体又不及自由基引发剂稳定，因此自由基链彼此的反应比引发剂与自由基链的反应快。最后，自由基引发剂被消耗，并且反应进行直至长的聚合物链的自由基末端相互终止。
由增长的速率，可计算聚合度(<N>)和动力学链长度(v)。
聚合度和动力学链长度
<N>＝2v (18)
动力学链长度是链增长速率和经历聚合(或者，产生“活性中心”)的自由基产生速率之比；因此，相对于单体的浓度提高自由基引发剂的浓度将减小动力学链长度，因为太多单体将被引发用于自由基加成，导致生长的链随着单体快速地消耗而更频繁地终止。直链型链的聚合度与动力学链长度成正比，得到聚合度的双倍增加，因为主要的终止模式是复合。
由于1°网络经由乙烯基加成反应聚合，因此成分的组成对水凝胶机械和声学性质将具有显著影响。太多引发剂将产生具有极短的链的SACM，这增加溶液的粘度，但是将不产生半固体材料。另一方面，太少的引发剂将反应速率降低至缓慢地进行(爬行)并且可导致较高的残余单体的浓度，如果在完成之前自由基乙烯基加成反应猝灭的话。
以类似的方式，过多的催化剂增强引发和增长的速率，其导致较短的链长度，导致脆性的、无弹性的SACM。反过来，少量的催化剂可将反应持续时间从数小时增加到数天。尽管较长的反应持续时间在理论上可导致较长的链长度，但是在胶凝期间溶液粘度的增加将终止且增长得较少并且增加氧气使乙烯基加成反应猝灭的可能性，导致具有显著的残余单体和自由基的浓度以及在机械性质方面的较大的可变性的SACM。
1°网络单体的过度的量给予SACM长的链长度和强度，但是随着反应朝着胶凝进行也保留相当大量的残余单体，因为在聚合期间继续增长步骤的单体碰撞的频率由于溶液粘度的增加而降低。在另一个极端，单体的无穷小的量将降低增长速率和残余单体浓度，但是产生硬性的且脆的SACM，因为动力学链长度将是小的，因为没有足够的单体在溶液中以产生长的聚合物链。
当将所述乙烯基加成反应按比例放大时，在处理期间必须考虑到其它因素。当批次容量增加时，聚合速率和热产生速率也增加。如果不控制，自动加速的反应可发生，其将产生正反馈回路，导致快速的温度和压力累积和可能的爆炸。使用方程19-21通过如下计算聚合的焓(ΔHp)：在观察温度的变化(ΔT)时，在恒定的水质量(m水)和比热(S水)下增加具有比热(S单体)的单体(m单体)质量。聚合的摩尔焓
可通过采取聚合的焓与单体的摩尔数(n单体)的比率计算，单体的摩尔数(n单体)由单体的质量和单体分子量(MW单体)计算。
聚合的焓
ΔHp(J)＝[m水*S水+m单体*S单体]*ΔT (19)
巨大量的热可由单体的放热聚合和交联反应产生。例如，如果反应条件–像反应速率、温度、压力、试剂的量等–不被控制，则溶液将产生比可除去的热多的热，导致溶液温度的大幅上升。处理和成分质量对最终产品的影响可进一步通过阿仑尼乌斯方程说明。
阿仑尼乌斯方程：
A＝Z*ρ′ (20)
阿仑尼乌斯方程22-23说明，随着溶液温度增加(T)，溶液的动力学能量增加(RT)–R为普适气体常数–相对于活化能(Ea)，其也基于如下而改变：催化剂促进性质如何随着温度而改变。空间相互作用(ρ′)和有效碰撞的频率(Z)如何影响指前因子(A)决定在正确的方位中碰撞以引发反应的频率。支配指前因子的可控制的溶液性质为溶液粘度、密度和温度。因此，通过相对于恒定的活化能增加溶液的温度，反应速率将增加，因为单体的动力学能量增加和增强溶液中的反应性碰撞的数量，使粘度增加，且最终，导致胶凝。
图18描绘示例性绘图1801-1804，其说明构成SAM的成分的质量如何影响反应速率。例如，所述成分的质量可影响自动加速，其由如示例性的图18中所示地实施的实验的实例结果证明。使AAm单体增加，同时保持催化剂、引发剂、和溶剂质量恒定。结果，最终溶液温度增加并且温度速率速率增加。在20重量％AAm或超过20重量％AAm的溶液迅速胶凝并且快速地增加超过60℃-90℃，其中相当大量的残余单体和自由基保留，如绘图1803和1804中所示，其各自分别包括20重量％和25重量％的AAm。然而，5重量％AAm溶液在粘度方面几乎不增加，如由绘图1801所示，因为没有足够的单体形成长的聚合物链且结果温度几乎不增加。在中间，10重量％AAm溶液随着聚合物链长度增加并且保留在分散相中而变成澄清的、粘稠的溶液，未随着反应进行而胶凝，如由绘图1802所示。由该实验，例如，如下是明晰的：控制批次大小和容器表面积对体积之比的重要性；保持足够的溶液温度、粘度和压力的需要；以及改变进料速率和反应的成分的浓度对SACM的机械、声学、和生物相容性性质所具有的意义。
图19A-19C显示根据所公开的声耦合剂介质技术的实例实施方式的声探测设备1900的示意图解。探测设备1900包括外壳结构1901以容纳或安置一个或多个换能器，所述换能器用于将声信号传输至声探测设备1900所施加至的物质(例如，身体部位)和从声探测设备1900所施加至的物质(例如，身体部位)接收声信号。耦合剂设备1900包括声耦合制品1905，其为任意所公开的SACM的实施方式。声耦合介质制品1905附着至外壳结构101，使得声耦合制品1905与设置在外壳结构1901中的换能器元件的外表面区域接触。
在该非限制性实例中，外壳结构1901包括弯曲部分，声传输和/或接收换能器阵列的换能器元件(未示出)安置在所述弯曲部分。外壳结构1901的弯曲部分可配置成对于具体的身体区域或部分所调整的不同的尺寸和/或曲率，在声成像、测量、和/或治疗实施中耦合剂设备1900将被施加至所述具体的身体区域或部分。例如，外壳结构1901的弯曲部分的长度、深度和弧度可配置成与人或动物(例如，犬)对象的解剖学结构例如胸部、手臂、腿、脖子、喉咙、膝关节、髋关节、踝、腰部、肩部、或者其它解剖学结构上的感兴趣的区域进行完全的接触，以对在这样的结构中的目标体积例如脾脏肿块、癌性或非癌性肿瘤、legion、扭伤、裂口、骨骼轮廓以及其它损伤迹象或痼疾进行成像或者向其施加超声治疗。例如，外壳结构1901的弯曲部分可包括在几厘米至数十或数百厘米的范围内的开口(孔)长度(例如，如如图19A中所描绘的18cm基线)、在几厘米至数十或数百厘米的范围内的开口深度、和1/(半或几厘米)至1/(数十或数百厘米)例如1/0.5cm-1至1/18cm-1的弧度或曲率。特别地，在一些实例中，除了是弯曲的之外或者代替是弯曲的，探测设备1900的换能器部分可为平的、成角度的、或者以其它几何结构布置。
声耦合制品1905是能操作的以在探测设备1900的换能器元件和接收介质(例如，对象的身体区域或部位，例如对象的腰腹部分、头部、或附器(附肢))之间传导声信号，其中探测设备1900将被接触地安置以传输朝着在所述对象中的感兴趣的目标体积传播的声信号和接收从所述对象中的感兴趣的目标体积传播的声信号。声耦合制品1905能够与接收介质适形以提供在换能器元件和所述接收介质(例如，对象的皮肤，包括从皮肤突出的身体毛发)之间的声阻抗匹配。
在探测设备1900的一些实施方式中，例如，外壳结构1901包括附着至在换能器面对侧上的外壳结构1901主体的一部分、例如图19A-19C中的说明性实例中的外壳结构1901主体的弯曲部分的柔性托架1902。在一些实施中，例如，声耦合制品1905可被成型到柔性托架1902中，其也可包括在远离用换能器元件的声信号传播的声耦合制品1905的部分处粘合地附着(例如，胶着)到柔性托架1902的声耦合制品1905。柔性托架1902被构造成弯曲，使得其可与其围绕的接收体适形。例如，柔性托架1902可包括柔性材料，例如，包括，但不限于，ABS塑料、聚氨酯、尼龙、和/或乙酰基共聚物。
如图19C中所示，在一些实施方式中，声耦合制品1905经由槽口附件和/或拱结合至柔性托架1902。例如，柔性托架1902可包括基础部件1912以附着到声耦合器1905的末端。在一些实施方式中，基础部件1912可包括卡箍(clip)以固定和/或附着声耦合器1905。在图19C中所示的实例中，柔性托架1902包括一个或多个拱部件1913，其配置成跨越外壳结构1901主体的弯曲部分的尺寸和曲率。一个或多个拱部件1913远离当柔性托架1902附着至外壳结构1901时换能器元件将被安置之处地安置在基础部件1912上的一个或多个相应的位置处。在一些实施方式中，柔性托架1902可包括槽口1914的图案，例如，设置在拱部件1913的一侧上，以容许柔性托架1902容易地弯曲而不断裂。槽口1914的间距可基于外壳结构1901的曲率部分配置。在一些实施方式中，例如，柔性托架1902可包括具有削角的底切凸缘(undercut lip)，例如，位于拱部件113的另一侧上，使得当它被弯曲到阵列的形状中且被压倒位置中时，被削角的凸缘在外壳结构1901的弯曲部分上的凸缘上方弯曲并且保证柔性托架1902和由此的声耦合器1905在恰当的位置。
在一些实施中，例如，声耦合制品1905可在SACM的交联发生时结合或成型到柔性托架1902中。在一些实施中，例如，声耦合制品1905的SACM也可成型在对象面对侧上以使边缘光滑或弯曲，例如，其可容许探测设备1900更容易地接触对象和从对象释放。
在一些实施方式中，声耦合制品1905经由柔性的、二次成型的(包覆成型的，overmolded)托架结合至探测设备1900的换能器。例如，所述托架在浇铸期间被包埋在凝胶-溶胶中；并且一旦凝胶-溶胶固化，二次成型的托架1902便可然后经由在探测设备外壳上的滑入配合特征将声耦合制品1905保持到探测设备1900。
实例
以下实例说明本技术的若干实施方式。本技术的其它示例性实施方式可提供在以下列举的实例之前、或者在以下列举的实例之后。
在根据本技术的一些实施方式(实例1)中，制造声耦合材料的方法包括：(a)通过将在脱氧水中包括单体和聚合物的储备溶液以及包括共价交联剂和催化剂的待发溶液添加在一起而形成阶段溶液；(b)通过将所述阶段溶液与包括单体活化剂的第一网络活化剂溶液和包括聚合物活化剂的第二网络活化剂溶液混合而形成凝胶-溶胶；(c)将所述凝胶-溶胶分配到模具中；和(d)将所述模具中的所述凝胶-溶胶固化以产生半硬质声耦合剂，其中所述方法在惰性气氛下实施。
实例2包括如实例1-23任一个所述的方法，其中将所述待发溶液添加至在约23℃的所述储备溶液。
实例3包括如实例1-23任一个所述的方法，其中将所述第一网络活化剂溶液和所述第二网络活化剂溶液添加到在约15℃的所述阶段溶液。
实例4包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述模具包括塑料或金属。
实例5包括如实例1-23任一个所述的方法，其中塑料模具包括热成型塑料、注塑塑料、流延塑料、或机加工塑料。
实例6包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述模具包括如下的一种或多种：二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、非晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、交联聚乙烯(XLPE)、或热塑性聚氨酯(TPU)。
实例7包括如实例1-23任一个所述的方法，进一步包括，在步骤(d)之前，将所述凝胶-溶胶加热以加快胶凝过程。
实例8包括如实例1-23任一个所述的方法，进一步包括，用光照射所述凝胶-溶胶。
实例9包括如实例1-23任一个所述的方法，进一步包括，通过施加辐射而将所述凝胶-溶胶灭菌。
实例10包括如实例1-23任一个所述的方法，进一步包括，将所述半硬质声耦合剂在惰性气氛下密封以防止氧气吸附。
实例11包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述固化包括额外的后固化步骤以加快所述半硬质声耦合剂的固化、减少所述半硬质声耦合剂中的残余单体的量、和/或将所述半硬质声耦合剂灭菌。
实例12包括如实例1-23任一个所述的方法，进一步包括，将所述半硬质声耦合剂打包到用于装运的运载工具中。
实例13包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述储备溶液在制备之后稳定至少30分钟。
实例14包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述半硬质声耦合剂能小规模地、大规模地、或者能小规模和大规模地制造。
实例15包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述单体包括丙烯酰胺。
实例16包括如实例15所述的方法，其中所述丙烯酰胺为二甲基丙烯酰胺(DMA)。
实例17包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述共聚物包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包括海藻酸盐。
实例18包括如实例17所述的方法，其中所述海藻酸盐为海藻酸钠(SA)。
实例19包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述共价交联剂包括丙烯酰胺。
实例20包括如实例19所述的方法，其中所述丙烯酰胺为N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
实例21包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述催化剂为四甲基乙二胺(TMED)。
实例22包括如实例1-23任一个所述的方法，其中所述单体活化剂为过硫酸铵(APS)。
实例23包括如实例1-22任一个所述的方法，其中所述聚合物活化剂包括嵌段共聚物活化剂，所述嵌段共聚物活化剂包括硫酸钙(CA)。
在根据本技术的一些实施方式(实例24)中，制造水凝胶的方法包括：(a)将在脱氧水中包括1°网络组分和2°网络组分的第一溶液加热以降低所述溶液的粘度；(b)将所述第一溶液冷却至约23℃，并且添加包括1°网络交联剂和催化剂的第二溶液以形成第三溶液；(c)任选地，在将所述第二溶液添加到所述第一溶液之前将光引发剂添加到所述第二溶液；和(d)将所述第三溶液冷却至约15℃，并且将冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液同时添加到所述第三溶液，其中在添加所述冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液时，所述1°网络组分和所述2°网络组分聚合以形成凝胶-溶胶；和(e)将所述凝胶-溶胶分配到模具中以形成所述水凝胶，其中步骤(a)-(e)各自在惰性气氛下实施。
实例25包括如实例24-38任一个所述的方法，其中将包括1°网络活化剂的溶液和包括2°网络活化剂的溶液添加到在约15℃的在步骤(c)中的阶段溶液。
实例26包括如实例24-38任一个所述的方法，其中将步骤(e)中的所述凝胶-溶胶分配到二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)托盘中。
实例27包括如实例24-38任一个所述的方法，进一步包括，将所述水凝胶置于烘箱中和/或用光照射以加快固化过程。
实例28包括如实例24-38任一个所述的方法，进一步包括，将所述水凝胶在惰性气氛下密封以防止氧气吸附。
实例29包括如实例24-38任一个所述的方法，进一步包括，将所述水凝胶打包到用于装运的运载工具中。
实例30包括如实例24-38任一个所述的方法，其中所述1°网络组分包括丙烯酰胺。
实例31包括如实例30所述的方法，其中所述丙烯酰胺为二甲基丙烯酰胺(DMA)。
实例32包括如实例24-38任一个所述的方法，其中所述2°网络组分包括海藻酸盐。
实例33包括如实例32所述的方法，其中所述海藻酸盐为海藻酸钠(SA)。
实例34包括如实例24-38任一个所述的方法，其中所述1°网络交联剂包括丙烯酰胺。
实例35包括如实例34所述的方法，其中所述丙烯酰胺为N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
实例36包括如实例24-38任一个所述的方法，其中所述催化剂为四甲基乙二胺(TMED)。
实例37包括如实例24-38任一个所述的方法，其中所述1°网络活化剂为过硫酸铵(APS)。
实例38包括如实例24-37任一个所述的方法，其中所述2°网络活化剂为硫酸钙(CA)。
在根据本技术的一些实施方式(实例39)中，制造包括海藻酸钠嵌段共聚物(P(SA))和二甲基丙烯酰胺单体(DMAm)的水凝胶的方法包括：(a)制备在脱氧水中包括海藻酸钠(SA)的溶液和制备在脱氧水中包括二甲基丙烯酰胺(DMA)的溶液；(b)将所述包括SA的溶液过滤以除去聚集的SA和收集所述包括SA的溶液的滤液；(c)将所述包括DMA的溶液添加到所述包括SA的溶液的滤液以形成储备溶液；(d)将所述储备溶液与包括N’,N’,N,N-四甲基乙二胺(TMED)和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的溶液混合以形成阶段溶液；(e)向所述阶段溶液同时添加包括硫酸钙(CA)的溶液和包括过硫酸铵(APS)的溶液，其中所述DMA和SA聚合以形成凝胶-溶胶；(f)将聚合的DMA和SA的凝胶-溶胶分配到模具中；(g)将所述模具置于烘箱中以将所述凝胶-溶胶固化，和任选地，用光照射所述凝胶-溶液以加快固化，以形成所述水凝胶；(h)将所述水凝胶在惰性气氛下密封；和(g)将所述水凝胶打包到用于装运的运载工具中。
实例40包括如实例39-45任一个所述的方法，其中将所述凝胶-溶胶用UV辐射、γ辐射、电子束照射(EBI)、或其组合照射。
实例41包括如实例39-45任一个所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少一种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
实例42包括如实例39-45任一个所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少两种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
实例43包括如实例39-45任一个所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少三种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
实例44包括如实例39-45任一个所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少四种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
实例45包括如实例39-44任一个所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、和约-15mm的工程应变(ε)。
在根据本技术的一些实施方式(实例46)中，声耦合制品包括：半硬质声耦合介质(SACM)，其是能操作的以与接收体适形以将在所述SACM内的声信号传播到所述接收体或者从所述接收体传播；和结合至所述SACM的外层的包装容器，所述包装容器包括模具壳，在所述模具壳中所述SACM在其中产生以使其形状的至少一部分由所述模具壳限定。
实例47包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM在所述包装容器中成型和固化并且之后准备好装运。
实例48包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述模具壳包围所述SACM的除一部分之外的全部。
实例49包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述包装容器包括第二部件以覆盖未被壳部件包围的部分。
实例50包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM是能操作的以用2MRayl或更小的声阻抗匹配在所述接收体和所述SACM之间传播声信号。
实例51包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM是能操作的以与所述接收体和具有一个或多个换能器元件的声探测设备两者适形，其中在所述SACM的外层与所述接收体和一个或多个换能器之间没有间隙。
实例52包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM是在10％-1000％伸长率的范围内能拉伸的。
实例53包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM是在20％-99.9％的范围内能压缩的。
实例54包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM包括具有在30kPa-500kPa的范围内的杨氏模量的弹性。
实例55包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM包括生物相容的材料。
实例56包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述SACM在所述包装容器内是无菌的。
实例57包括如实例46-56中任一个所述制品，其中所述SACM在所述包装容器内是清洁的且非无菌的。
实例58包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述制品是通过如实例1-23任一个所述的方法制造的。
实例59包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述制品是通过如实例24-38任一个所述的方法制造的。
实例60包括如实例46-57中任一个所述的制品，其中所述制品是通过如实例39-45任一个所述的方法制造的。
所有的数值表达例如pH、温度、时间、浓度和分子量(包括范围)是在适当时按1.0或0.1的增量、或者替代地按+/-15％、或替代地10％、或替代地5％、或替代地2％的变化改变(+)或(-)的近似值。将理解，尽管没有总是明确地陈述，但是所有数值表达前面有术语“约”。将理解，为了方便和简洁而使用这样的范围形式，并且其应被灵活地理解为包括被明确地具体说明为范围的极限值的数值，而且包括在该范围内覆盖的所有单独的数值和子范围，如同各数值和子范围被明确地具体说明一样。例如，在约1-约200的范围内的比率应被理解为包括明确叙述的极限值约1和约200，而且包括单独的比率例如约2、约3、和约4，以及子范围例如约10-约50、约20-约100等。还将理解，尽管没有总是明确地陈述，但是本文中描述的试剂仅是示例性的并且其等同物是本领域中知晓的。
如本文中使用的术语“约”当涉及可测量的值例如量或浓度等时，意在包括所具体说明的量的20％、10％、5％、1％、0.5％、或甚至0.1％的变化。
术语或“可接受的”、“有效的”或“充分的(充足的)”当用于描述本文中公开的任何组分、范围、剂型等的选择时，意图在于所述组分、范围、剂型等对于所公开的目的是合适的。
“包括”意图表示组合物和方法包括所叙述的要素，但是不排除其它的。当用于限定组合物和方法时使用的“基本上由……组成”应表示排除对于所陈述的目的而言对于组合有任何实质意义的其它要素。因此，基本上由如本文中限定的要素组成的组合物将不排除未实质上影响所要求保护的发明的基本的和新的特性的其它材料或步骤。“由……组成”应表示排除其它成分的超过痕量的要素和实质性的方法步骤。由这些过渡术语各自限定的实施方式在本发明的范围内。
意图在于，说明书连同附图一起仅被认为是示例性的，其中示例性的意味着实例。如本文中使用的，单数形式“一个(种)(不定冠词)(a，an)”和“所述(该)”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。另外，“或”的使用意图包括“和/或”，除非上下文清楚地另外说明。
尽管本专利文件包含许多细节，但是这些不应被解释为对任何发明或可要求保护的内容的范围的限制，而被解释为可针对具体发明的具体实施方式的特征的描述。在分开的实施方式的上下文中在本专利文件中描述的一些特征也可在单个实施方式中以组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的不同特征也可在多个实施方式中分开地或者以任何合适的子组合实施。而且，尽管多个特征可在上面被描述为以一些组合起作用并且甚至最初照这样被要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可在一些情况中从所述组合删除，并且所要求的组合可涉及子组合或子组合的变型。
类似地，尽管多个操作在附图中按具体的顺序被描绘，但是这不应被理解为要求这样的操作以所显示的具体顺序或者以相继的顺序进行，或者所有图示的操作都进行，以实现期望的结果。而且，在本专利文件中描述的实施方式中的不同的系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都要求这样的分离。
描述了仅一些实施和实例，并且可基于在本专利文件中描述和说明的内容进行其它的实施、提升和变型。
Claims (57)
1.制造声耦合材料的方法，所述方法包括：
(a)通过将在脱氧水中包括单体和聚合物的储备溶液以及包括共价交联剂和催化剂的待发溶液添加在一起而形成阶段溶液；
(b)通过将所述阶段溶液与包括单体活化剂的第一网络活化剂溶液和包括聚合物活化剂的第二网络活化剂溶液混合而形成凝胶-溶胶；
(c)将所述凝胶-溶胶分配到模具中；和
(d)在所述模具中使所述凝胶-溶胶固化以产生半硬质声耦合剂，
其中所述方法在惰性气氛下实施。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述待发溶液添加到在约23℃的所述储备溶液。
3.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一网络活化剂溶液和所述第二网络活化剂溶液添加到在约15℃的所述阶段溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述模具包括塑料或金属。
5.如权利要求4所述的方法，其中塑料模具包括热成型塑料、注塑塑料、流延塑料、或机加工塑料。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述模具包括如下的一种或多种：二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、非晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、交联聚乙烯(XLPE)、或热塑性聚氨酯(TPU)。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在步骤(d)之前，将所述凝胶-溶胶加热以加快胶凝过程。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
用光照射所述凝胶-溶胶。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过施加辐射而将所述凝胶-溶胶灭菌。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述半硬质声耦合剂在惰性气氛下密封以防止氧气吸附。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述固化包括额外的后固化步骤以加快所述半硬质声耦合剂的固化、减少所述半硬质声耦合剂中的残余单体的量、和/或将所述半硬质声耦合剂灭菌。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述半硬质声耦合剂打包到用于装运的运载工具中。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述储备溶液在制备之后稳定至少30分钟。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述半硬质声耦合剂能小规模地、大规模地、或者能小规模地和大规模地制造。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述单体包括丙烯酰胺。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述丙烯酰胺为二甲基丙烯酰胺(DMA)。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述共聚物包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包括海藻酸盐。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述海藻酸盐为海藻酸钠(SA)。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述共价交联剂包括丙烯酰胺。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述丙烯酰胺为N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述催化剂为四甲基乙二胺(TMED)。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述单体活化剂为过硫酸铵(APS)。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物活化剂包括嵌段共聚物活化剂，所述嵌段共聚物活化剂包括硫酸钙(CA)。
24.制造水凝胶的方法，所述方法包括：
(a)将在脱氧水中包括1°网络组分和2°网络组分的第一溶液加热以降低所述溶液的粘度；
(b)将所述第一溶液冷却至约23℃，并且添加包括1°网络交联剂和催化剂的第二溶液以形成第三溶液；
(c)任选地，在将所述第二溶液添加到所述第一溶液之前将光引发剂添加到所述第二溶液；和
(d)将所述第三溶液冷却至约15℃，并且将冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液同时添加到所述第三溶液，其中在添加所述冷却的1°网络活化剂溶液和冷却的2°网络活化剂溶液时，所述1°网络组分和所述2°网络组分聚合以形成凝胶-溶胶；和
(e)将所述凝胶-溶胶分配到模具中以形成所述水凝胶，
其中步骤(a)-(e)各自在惰性气氛下实施。
25.如权利要求24所述的方法，其中将包括1°网络活化剂的溶液和包括2°网络活化剂的溶液添加到在约15℃的在步骤(c)中的阶段溶液。
26.如权利要求24所述的方法，其中将步骤(e)中的所述凝胶-溶胶分配到二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)托盘中。
27.如权利要求24所述的方法，进一步包括：
将所述水凝胶置于烘箱中和/或用光照射以加快固化过程。
28.如权利要求24所述的方法，进一步包括：
将所述水凝胶在惰性气氛下密封以防止氧气吸附。
29.如权利要求24所述的方法，进一步包括：
将所述水凝胶打包到用于装运的运载工具中。
30.如权利要求24所述的方法，其中所述1°网络组分包括丙烯酰胺。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述丙烯酰胺为二甲基丙烯酰胺(DMA)。
32.如权利要求24所述的方法，其中所述2°网络组分包括海藻酸盐。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述海藻酸盐为海藻酸钠(SA)。
34.如权利要求24所述的方法，其中所述1°网络交联剂包括丙烯酰胺。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述丙烯酰胺为N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
36.如权利要求24所述的方法，其中所述催化剂为四甲基乙二胺(TMED)。
37.如权利要求24所述的方法，其中所述1°网络活化剂为过硫酸铵(APS)。
38.如权利要求24所述的方法，其中所述2°网络活化剂为硫酸钙(CA)。
39.制造包括海藻酸钠嵌段共聚物(P(SA))和二甲基丙烯酰胺单体(DMAm)的水凝胶的方法，所述方法包括：
(a)制备在脱氧水中包括海藻酸钠(SA)的溶液和制备在脱氧水中包括二甲基丙烯酰胺(DMA)的溶液；
(b)将所述包括SA的溶液过滤以除去聚集的SA和收集所述包括SA的溶液的滤液；
(c)将所述包括DMA的溶液添加到所述包括SA的溶液的滤液以形成储备溶液；
(d)将所述储备溶液与包括N’,N’,N,N-四甲基乙二胺(TMED)和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的溶液混合以形成阶段溶液；
(e)向所述阶段溶液同时添加包括硫酸钙(CA)的溶液和包括过硫酸铵(APS)的溶液，其中所述DMA和SA聚合以形成凝胶-溶胶；
(f)将聚合的DMA和SA的凝胶-溶胶分配到模具中；
(g)将所述模具置于烘箱中以使所述凝胶-溶胶固化，和任选地，用光照射所述凝胶-溶液以加快固化，以形成所述水凝胶；
(h)将所述水凝胶在惰性气氛下密封；和
(g)将所述水凝胶打包到用于装运的运载工具中。
40.如权利要求39所述的方法，其中将所述凝胶-溶胶用UV辐射、γ辐射、电子束照射(EBI)、或其组合照射。
41.如权利要求39所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少一种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
42.如权利要求39所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少两种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
43.如权利要求39所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少三种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
44.如权利要求39所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质的至少四种：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、或约-15mm的工程应变(ε)。
45.如权利要求39所述的方法，其中所述方法将所述水凝胶制造成具有以下性质：约1549m/s的声音速度(SOS)、约0.14dB/MHz·cm的衰减(ATTN)、约1.597MRayl的声阻抗(Z)、约32kPa的杨氏模量(E)、和约-15mm的工程应变(ε)。
46.声耦合制品，包括：
半硬质声耦合介质(SACM)，其是能操作的以与接收体适形以将在所述SACM内的声信号传播到所述接收体或者从所述接收体传播；和
结合至所述SACM的外层的包装容器，所述包装容器包括模具壳，在所述模具壳中所述SACM在其中产生以使其形状的至少一部分由所述模具壳限定。
47.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM在所述包装容器中成型和固化并且之后准备好装运。
48.如权利要求46所述的制品，其中所述模具壳包围所述SACM的除一部分之外的全部。
49.如权利要求48所述的制品，其中所述包装容器包括第二部件以覆盖未被壳部件包围的部分。
50.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM是能操作的以用2MRayl或更小的声阻抗匹配在所述接收体和所述SACM之间传播声信号。
51.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM是能操作的以与所述接收体和具有一个或多个换能器元件的声探测设备两者适形，其中在所述SACM的外层与所述接收体和一个或多个换能器之间没有间隙。
52.如权利要求51所述的制品，其中所述SACM是在10％-1000％伸长率的范围内能拉伸的。
53.如权利要求51所述的制品，其中所述SACM是在20％-99.9％的范围内能压缩的。
54.如权利要求51所述的制品，其中所述SACM包括具有在30kPa-500kPa的范围内的杨氏模量的弹性。
55.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM包括生物相容的材料。
56.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM在所述包装容器内是无菌的。
57.如权利要求46所述的制品，其中所述SACM在所述包装容器内是清洁的且非无菌的。
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