CN114191570A - 一种超声显影液及利用其制备的神经阻滞针 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医用材料技术领域，公开了一种超声显影液及利用其制备的神经阻滞针。该超声显影液，含有聚氨酯发泡聚合物，制备聚氨酯发泡聚合物的原料包括异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂和交联剂。该神经阻滞针外壁表面涂覆有由超声显影液制备的超声显影涂层。本发明将聚氨酯泡沫材料应用到超声显影中，尤其是神经阻滞针上，利用聚氨酯泡沫材料中的气泡形成的多个固‑气表面，增强超声波的漫反射现象，减弱镜面反射现象，从而增加接收到的回声信号，增强超声显影的效果；同时，聚氨酯泡沫涂层的制备成本低，化学稳定性强，血液相容性好，不会产生对人体有害的小分子物质。
Description
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种超声显影液及利用其制备的神经阻滞针。
背景技术
在神经阻滞领域，神经阻滞针的穿刺通常使用盲穿的方法，主要依靠手感来确定神经阻滞针在体内的位置。然而，面对肥胖、创伤或个体解剖学结构差异时，存在解剖学结构不清晰、患者依从性不高的可能性；进而导致神经定位不准确，麻醉药物不能注射到理想部位导致神经阻滞效果变差。在这种情况下，即使加大麻醉药物的剂量以达到良好的阻滞效果，也常会出现麻醉药物引起的不良反应，或误伤神经血管等常见局部麻醉并发症。
超声技术因其具有无创和可视的特点，能够清晰展示麻醉区域解剖学结构，指导神经阻滞针的进针方向和深度，实现精准麻醉，减少麻醉并发症的可能性，在临床应用越来越广泛。然而，一般的神经阻滞针表面较为光滑，超声波在神经阻滞针表面镜面反射占主要地位，漫反射占次要地位，而受限于患者的身体条件，神经阻滞针的穿刺常常要以大角度进行，这导致大部分超声波无法通过反射返回探头的传感器位置，从而使神经阻滞针在超声图像上的可视性不高。
目前提高超声图像可视性的医疗器械，其共同特点是，通过打螺纹、打孔、喷砂、打凹洞等方法。这些方法能够增加其表面的粗糙度，增加超声波的漫反射作用，减弱镜面反射作用，达到增加超声仪探头接收的回声信号、增强超声图像可见性的目的。然而，这些方法也会破坏医疗器械本身的结构与力学性能，降低其刚性、强度等，造成使用时力学性能不达标甚至断裂的不良影响。
将超声显影涂层用于医疗器械，是不损耗器械力学性能，且能增加图像可视性的有效办法。但是由于神经阻滞针结构的特殊性，目前将超声显影涂层用于神经阻滞针的较少。更重要的是，目前提供的显影性材料，如聚氨酯材料，其通常是采用带有显影能力的小分子扩链剂实现超声显影的功能，但这种小分子扩链剂容易被人体吸收，若后续清洗不完全，人体吸收过量容易引起甲亢、甲减、亚甲减等疾病的发生。此外，一些超声显影材料引入高声阻抗无机金属粒子以实现超声显影的功能，所述无机粒子对尺寸要求高，价格昂贵。
因此，亟需提供一种超声显影涂层，能够增强超声显影的效果，且制备成本低，不会产生对人体有害的小分子物质。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明一种超声显影液及利用其制备的神经阻滞针，所述超声显影液能够增强超声显影的效果，且制备成本低，不会产生对人体有害的小分子物质。
本发明第一方面提供了聚氨酯泡沫材料在超声显影中的应用。
本发明第二方面提供了聚氨酯泡沫材料在具有超声显影功能的植入性医疗器械中的应用。所述植入性医疗器械包括骨板、骨钉、骨针、阻滞针、固定器或人工关节。
本发明第三方面提供了一种超声显影液。
具体的，一种超声显影液，含有聚氨酯发泡聚合物，制备所述聚氨酯发泡聚合物的原料包括异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂和交联剂。
优选的，制备所述聚氨酯发泡聚合物的原料，还包括扩链剂和泡沫稳定剂。
异氰酸酯与扩链剂反应构成硬段，多元醇和扩链剂构成软段。异氰酸酯、多元醇、交联剂、扩链剂共同调整硬段和软段的比例，从而使超声显影涂层具有良好的力学性能。泡沫稳定剂能够协助发泡剂来控制气泡的数量、大小，以及均匀度，从而提高超声显影的效果。
本发明第四方面提供了一种超声显影涂层的制备方法。
具体的，一种超声显影涂层的制备方法，将上述超声显影液涂覆于物体的表面，固化，制得所述超声显影涂层。通过该方法制备的超声显影涂层其实质为一种聚氨酯发泡层(聚氨酯泡沫涂层)。
本发明第五方面提供了一种神经阻滞针。
具体的，一种神经阻滞针，所述神经阻滞针的针管外壁表面涂覆有上述制备方法制备得到的超声显影涂层。
本发明通过在植入性医疗器械(尤其是神经阻滞针)的表面构建含有几微米到几百微米气泡的聚氨酯泡沫涂层作为超声显影涂层，来增强神经阻滞针在超声图像上的可见性。在该涂层中，每个气泡会产生一个固-气表面，而该固-气表面会对超声波产生透射、反射作用，当多个气泡产生多个固-气表面时，超声显影涂层会增强超声波的漫反射现象，减弱镜面反射现象，从而增加超声仪探头接收到的回声信号，增加超声图像上的可见性。
优选的，所述超声显影涂层的内部包含气泡，所述气泡的直径为0.5-200μm；进一步优选的，所述气泡的直径为0.5-50μm。
优选的，所述超声显影涂层的厚度为0.05-2mm；进一步优选的，所述超声显影涂层的厚度为0.1-1mm。
优选的，在所述神经阻滞针中，外壁表面涂覆有超声显影涂层的针管的长度占针管总长度的75％及以上。可以理解的是，所述外壁表面涂覆有超声显影涂层的针管，是自针头端开始涂覆所述超声显影涂层。通过控制外壁表面涂覆有超声显影涂层的针管的长度，既可以满足实际使用的需求，又能方便神经阻滞针上超声显影涂层的制备。
本发明第六方面提供了上述神经阻滞针的制备方法。
具体的，所述神经阻滞针的制备方法，包括以下步骤：
将异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂和交联剂混合形成涂层液，然后将所述涂层液涂覆于所述针管的表面，固化形成超声显影涂层，制得所述神经阻滞针。
所述涂层液在反应的开始阶段，其为液态，涂层液在反应中产生二氧化碳气泡；在固化后，气泡也随之固定，从而产生气相-固相界面。
优选的，在所述涂层液中，按重量份计，异氰酸酯为40-80份，多元醇为80-120份，发泡剂为0.1-3份，催化剂为0.1-5份，交联剂为0.1-3份。在制备聚氨酯泡沫涂层时，其中异氰酸酯与扩链剂反应构成硬段，多元醇构成软段。通过严格控制异氰酸酯、多元醇、交联剂的比例来调整硬段和软段的比例，从而使超声显影涂层具有良好的力学性能。
优选的，在所述涂层液中，按重量份计，还包括0.1-3份扩链剂，0.1-3份泡沫稳定剂。扩链剂能够进一步调整硬段和软段的比例，提高超声显影涂层的力学性能。泡沫稳定剂能够协助发泡剂来控制气泡的数量、大小，以及均匀度，从而提高超声显影的效果。
优选的，在所述涂层液中，按重量份计，异氰酸酯为50-80份，多元醇为90-120份，发泡剂为0.1-2份，催化剂为1-5份，交联剂为0.5-2份，扩链剂为0.5-2份，泡沫稳定剂为0.5-2份。
优选的，所述涂覆的过程选自刷涂、浸涂、喷涂或静电涂装中的一种。
优选的，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)、三氨基壬烷三异氰酸酯(TTI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)或对苯二异氰酸酯(PPDI)中的至少一种。
优选的，所述多元醇选自聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、三羟甲基丙烷聚醚、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸一缩二乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸-1,6-己二醇聚酯二醇、聚邻苯二甲酸新戊二醇聚酯二醇、聚己内酯二醇、聚己内酯三醇或聚碳酸酯二醇中的至少一种。
优选的，所述催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、油酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡、N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺、N,N-二甲基苄胺、固胺、N-乙基吗啉、N-甲基吗啉、N,N'-二乙基哌嗪、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、吡啶或N,N'-二甲基吡啶中的至少一种。
优选的，所述泡沫稳定剂为Si-C型(非水解)聚氨酯泡沫稳定剂，如硅油。添加硅油可以稳定泡沫尺寸，避免泡沫破裂。
优选的，所述发泡剂选自水和/或氟碳化合物。
优选的，所述交联剂选自1,1,1-三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、蓖麻油、季戊四醇或甘油中的至少一种。
优选的，所述扩链剂选自乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、三甘醇、新戊二醇、山梨醇、二乙氨基乙醇、4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、乙二胺、N，N-二羟基(二异丙基)苯胺或氢醌-二(β-羟乙基)醚中的至少一种。以上交联剂和扩链剂能够有效提高超声显影涂层的力学性能。
聚氨酯具有机械强度高、耐磨性强、血液相容性好等特点，已经能制成一系列生物医用制品。聚氨酯泡沫塑料分具有优良的弹性、伸长率、压缩强度和柔软性，以及良好的化学稳定性，以及优良的加工性、黏合性、绝热性等性能。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明将聚氨酯泡沫材料应用到超声显影中，利用聚氨酯泡沫材料中的气泡形成的多个固-气表面，增强超声波的漫反射现象，减弱镜面反射现象，从而增加超声仪探头接收到的回声信号，增强超声显影的效果；同时，利用聚氨酯泡沫材料制备的超声显影涂层，其制备成本低，化学稳定性强，血液相容性好，不会产生对人体有害的小分子物质。
(2)将本发明提供的超声显影液应用到神经阻滞针上，形成超声显影涂层(其实质为聚氨酯泡沫层)，制备的神经阻滞针能够有效增强超声显影的效果，其超声显影效果明显优于带螺纹的神经阻滞针，且能保证神经阻滞针力学性能不变。
附图说明
图1为实施例1提供的神经阻滞针的结构图；
图2为实施例1提供的神经阻滞针上超声显影涂层的扫描电镜图；
图3为实施例1提供的神经阻滞针的超声显影原理示意图；
图4为实施例1提供的神经阻滞针的成品图；
图5为实施例1提供的神经阻滞针的超声图像；
图6为对比例1和对比例2提供的神经阻滞针的超声图像。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种神经阻滞针，其结构如图1所示，包括针座1、针芯5、针体2、针管3和超声显影涂层4；针管3设置于针体2上，针管3的外壁表面涂覆有超声显影涂层4(外壁表面涂覆有超声显影涂层的针管的长度占针管总长度的75％)，超声显影涂层4为聚氨酯泡沫层；针芯5设置于针座1上。使用时，针芯5通过针体2插入针管3内，针体2可拆卸地设置于针座1上。
一种神经阻滞针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取65份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、100份聚丙二醇和0.5份水、1份硅油、3份三乙醇胺、1份1,1,1-三羟甲基丙烷、1份1,4-丁二醇，然后进行混合，制得超声显影涂层液，并倒入浸漆槽中。
(2)取一塑料片材，在塑料片材表面钻一个比神经阻滞针外径大0.2mm的限位孔，将清洗烘干的神经阻滞针穿过此孔，塑料片材拉至针体2一端。
(3)将神经阻滞针以垂直方向浸入浸漆槽中3-5秒，缓慢提拉，随即将针体2端塑料片材拉到针尖端抽出，使神经阻滞针的针管3表面多余的超声显影涂层液滴落，静置固化，形成约0.1mm厚度的超声显影涂层4。图4为神经阻滞针的成品图，其中a代表本实施例提供的神经阻滞针，b代表带有螺纹的神经阻滞针。
对上述神经阻滞针的超声显影涂层的截面的进行扫描电镜测试。将超声显影涂层用液氮冻硬，在冷冻断面上先剪一个切口，将冻硬的样品沿着切口断开，形成自然脆断的断面，将脆断的超声显影涂层液薄膜用导电胶固定在样品座上，待导电胶干燥后，将样品座放在离子溅射仪中进行表面镀金，镀金完成后放入扫描电镜内进行观察，超声显影涂层的截面的进行扫描电镜图如图2所示。由图2可知，超声显影涂层(实质为聚氨酯泡沫涂层)的内部富含均匀密集的气泡，气泡的直径为1-20μm。该神经阻滞针的超声显影功能即通过这些气泡实现。本发明中神经阻滞针的超声显影原理如图3所示，在图3中，a代表未涂覆超声显影层的神经阻滞针，b代表本实施例提供的具有聚氨酯泡沫涂层的神经阻滞针。由图3可知，当不具有超声显影层时，超声波到达针管的表面产生镜面反射，只有极少部分回声信号能被超声探头所收集到，利用回声信号所示的图像的可见性也自然很差。当具有聚氨酯泡沫涂层(超声显影涂层)时，超声显影涂层中包含大小均匀、数量多、分布均匀的气泡，每个气泡会产生一个固-气表面，而该固-气表面会对超声波产生透射、反射作用，当多个气泡产生多个固-气表面时，超声显影涂层会增强超声波的漫反射现象，减弱镜面反射现象，从而增加超声仪探头接收到的回声信号，增加超声图像上的可见性。
实施例2
一种神经阻滞针，包括针座、针体、针管、超声显影涂层，以及针芯，针体设置于针座上，针管设置于针体上，针管的外壁表面涂覆有超声显影涂层，超声显影涂层为聚氨酯泡沫层；使用时，针芯插入针管内。
一种神经阻滞针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取65份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、100份聚丙二醇和0.5份水、1份硅油、3份三乙醇胺、1份1,1,1-三羟甲基丙烷、1份1,4-丁二醇，然后进行混合，制得超声显影涂层液，迅速倒入喷枪料罐中。
(2)采用重力式喷枪，喷雾方式采用扁平型，涂料喷嘴口径采用0.6mm，喷雾图形幅宽采用15mm，喷涂距离采用100mm，喷枪移动速度采用5cm/s，喷枪采用多孔型空气帽，压缩空气喷出量采用45L/min，喷涂空气压力采用0.1MPa，喷雾图形采用椭圆形；超声显影涂层液喷出量的调节机构位于喷雾图形的调节机构的下方，旋动旋钮调节喷嘴开启的大小，超声显影涂层液喷出量采用15ml/min。
(3)按上述的参数设置，对神经阻滞针进行喷涂，使神经阻滞针表面形成具有一定厚度的超声显影涂层，喷涂过程中喷涂距离保持恒定，喷枪必须与神经阻滞针垂直，运行轨迹保持与神经阻滞针平行，喷枪喷涂完成后立即使用N,N-二甲基甲酰胺来清洗；然后将其放入电烘箱，电烘箱采用80℃，固化时间为60min，形成约0.1mm厚度的超声显影涂层。
实施例3
一种神经阻滞针，包括针座、针体、针管、超声显影涂层，以及针芯，针体设置于针座上，针管设置于针体上，针管的外壁表面涂覆有超声显影涂层，超声显影涂层为聚氨酯泡沫层；使用时，针芯插入针管内。
一种神经阻滞针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取65份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、100份聚丙二醇和0.5份水、1份硅油、3份三乙醇胺、1份1,1,1-三羟甲基丙烷、1份1,4-丁二醇，然后进行混合，制得超声显影涂层液，倒入静电喷涂设备的高位槽中。
(2)静电喷涂法采用圆盘式静电喷涂设备，喷盘与地之间接上直流高压电源，喷盘为负极，神经阻滞针为正极，圆盘式静电喷涂设备平均电场强度采用3kV/cm，电压采用50kV，神经阻滞针与喷盘距离采用25cm，喷盘转速采用2000r/min，喷盘直径采用200mm，神经阻滞针自转速度为3次/min，静电涂装室通风设备风速采用0.3m/s，输漆量采用20ml/min。一般超声显影涂层液电阻率较高，可使用水调整超声显影涂层液的电阻率至5MΩ.cm，高压静电发生器输入电压采用220V，输出直流电压采用60kV，输出电流采用300μA，功率采用185W，高频整流倍压级数采用8级，供漆装置采用依靠重力供漆的自流式供漆装置，喷漆室采用通过式，采用悬挂输送机运送神经阻滞针，神经阻滞针离地高度为1.5m。打开喷盘电动机使喷盘旋转，打开高压静电发生器低压和高压开关，使用缠绕着接地电线的绝缘棒靠近喷盘来测试仪器是否正常运作，若产生火花放电则正常。工件进入时打开输液泵。从输液泵供应超声显影涂层液到喷盘处，喷盘旋转，超声显影涂层液由切线方向负荷飞出雾化，迅速飞向神经阻滞针并放电，吸附在神经阻滞针表面。喷涂完毕后，关闭输液泵、高压发生器、喷盘动力，接地放电，用棉纱蘸N,N-二甲基甲酰胺擦洗管道。
(3)将喷涂后的神经阻滞针放入电烘箱中，电烘箱设置80℃，加热60min，固化，形成约0.1mm厚度的超声显影涂层。
对比例1
对比例1提供的是一种带有螺纹的神经阻滞针。
对比例2
对比例1与实施例1的区别在于，不涂覆超声显影涂层。
产品效果测试
使用模拟人体组织的体模(由质量分数为5％的琼脂和面粉制成)进行体外测试，得到对比例2提供的不涂覆超声显影涂层的神经阻滞针、对比例1提供的带有螺纹的神经阻滞针，以及实施例1提供的神经阻滞针的超声图像。测试仪器为：mindray-M9CV彩色超声诊断仪；仪器探头：L12-4S线阵探头；测试采用与探头呈50°的针插入角度。
测试结果如图5、6所示，其中实施例1提供的神经阻滞针的超声图像如图5所示，对比例2提供的不涂覆超声显影涂层的神经阻滞针、对比例1提供的带有螺纹的神经阻滞针的超声图像如图6所示。在图6中，a代表对比例2提供的不涂覆超声显影涂层的神经阻滞针，b代表对比例1提供的带有螺纹的神经阻滞针。由图5和图6可知，本发明提供的神经阻滞针的超声显影效果明显优于涂覆超声显影涂层和带有螺纹的神经阻滞针，能够增加超声图像上的可见性，起到良好的超声显影效果。
使用ImageJ软件处理对比例2提供的不涂覆超声显影涂层的神经阻滞针、对比例1提供的带有螺纹的神经阻滞针，以及实施例1提供的神经阻滞针的超声图像。在超声图像的针管处随机选取5根与针管3垂直的线，用软件处理得出5根线的灰度值积分，并取5个灰度值积分的平均值作为评价超声显影能力的数据。
其中，平均灰度值＝线上所有像素点的灰度值总和/像素点的个数；
灰度值积分为线上所有像素点的灰度值总和；
灰度值积分平均值＝5个随机位置的总灰度值总和/5。
实施例1提供的神经阻滞针的超声图像的灰度值、灰度值积分结果如表1所示；对比例1提供的带有螺纹的神经阻滞针的超声图像的灰度值、灰度值积分结果如表2所示；对比例2提供的不涂覆超声显影涂层的神经阻滞针的超声图像的灰度值、灰度值积分结果如表3所示。
表1
表2
| 位置 | 平均灰度值 | 灰度值积分 |
| 1 | 101.939 | 1223.27 |
| 2 | 69.339 | 832.067 |
| 3 | 103.253 | 1239.038 |
| 4 | 122.122 | 1465.463 |
| 5 | 118.57 | 1422.836 |
| 灰度值积分平均值 | / | 1236.5348 |
表3
| 位置 | 平均灰度值 | 灰度值积分 |
| 1 | 68.082 | 816.983 |
| 2 | 71.707 | 860.485 |
| 3 | 86.636 | 1039.63 |
| 4 | 94.921 | 1139.046 |
| 5 | 67.109 | 805.311 |
| 灰度值积分平均值 | / | 932.291 |
由表1-3可知，实施例1的神经阻滞针的灰度值积分平均值为1389.3032，对比例1的神经阻滞针的灰度值积分平均值为1236.5348，对比例2的神经阻滞针的灰度值积分平均值为932.291。实施例1提供的神经阻滞针超声显影能力明显优于对比例1和对比例2，具有良好的超声显影能力。
Claims (10)
1.聚氨酯泡沫材料在超声显影中的应用。
2.聚氨酯泡沫材料在具有超声显影功能的植入性医疗器械中的应用。
3.一种超声显影液，其特征在于，含有聚氨酯发泡聚合物，制备所述聚氨酯发泡聚合物的原料包括异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂和交联剂。
4.一种超声显影涂层的制备方法，其特征在于，将权利要求3所述的超声显影液涂覆于物体的表面，固化，制得所述超声显影涂层。
5.一种神经阻滞针，其特征在于，所述神经阻滞针的针管外壁表面涂覆有权利要求4所述制备方法制备得到的超声显影涂层。
6.根据权利要求5所述的神经阻滞针，其特征在于，所述超声显影涂层的内部包含气泡，所述气泡的直径为0.5-200μm。
7.根据权利要求5所述的神经阻滞针，其特征在于，所述超声显影涂层的厚度为0.05-2mm。
8.权利要求5-7中任一项所述的神经阻滞针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂和交联剂混合形成涂层液，然后将所述涂层液涂覆于所述针管的表面，固化形成超声显影涂层，制得所述神经阻滞针。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述涂层液中，按重量份计，异氰酸酯为40-80份，多元醇为80-120份，发泡剂为0.1-3份，催化剂为0.1-5份，交联剂为0.1-3份。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂选自水和/或氟碳化合物。
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| CN1236322A (zh) * | 1996-11-06 | 1999-11-24 | 斯蒂斯生物聚合物公司 | 用于超声成象的含有气体空间的回声涂层 |
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2021
- 2021-11-26 CN CN202111436341.XA patent/CN114191570A/zh active Pending
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