生物组织光学仿生材料的制备方法及用该材料制备的模型技术

本申请公开了一种生物组织光学仿生材料的制备方法及用该材料制备的模型。其中所述材料具有０．１～１０ｃｍ－１范围内的吸收系数和１～１０００ｃｍ－１范围内的散射系数，所述方法包括：Ａ、提供基体树脂，所述基体树脂以１．０ｍｍ厚的薄板在６００～１０００ｎｍ的近红外光区测量其透光率大于等于８０％；Ｂ、用所述基体树脂和吸收剂混合制备吸收体，并确定吸收常数Ｋａ的值；Ｃ、用所述基体树脂和散射剂混合制备散射体，并确定散射常数Ｋｓ的值；和Ｄ、根据所确定的Ｋａ和Ｋｓ值，制备所述生物组织光学仿生材料。该方法工艺简单，操作方便，而且制得的模型光学性质均匀稳定，易于加工成各种形状，并可重复使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物组织仿生材料的制备方法，具体涉及一种具有任意给定的光学常数的生物组织仿生材料的制备方法。
技术介绍
研究用于癌症早期诊断的近红外光(600 1000nm)成像方法，是目前生物医学光 学中的重要课题，这是因为用近红外光对生物组织进行成像具有无损、活体、实时的特点。 要想用近红外光成像，就要了解近红外光与组织的相互作用规律，而这正是目前学术界研 究的一个重要领域。只有在了解了光与组织相互作用的基本规律的基础上，才能作进一步 的成像研究。生物体本身是一个实时变化的生命体，任何外界环境的变化都会改变其原来 的状态，即使外界环境不变，其自身每时每刻也在不断变化。理论研究的结果需要实验来验 证，但是，这些变化的因素给实验研究带来复杂性。 生物组织与近红外光相互作用时表现为弱吸收和高度前向散射，这一规律可以用 两个基本的，也是最重要的光学常数来描述，即吸收系数P a和散射系数P s。如果能够制备 出一种仿生模型，其具有与生物组织相近的光学性质，即相近的光学常数，并且性质稳定、 形状可塑性强，又可以重复使用，这将有助于在实验中用来模拟生物组织，它将复杂问题简 化，有利于基础理论研究的实验验证。 目前，光学仿生模型概括说来有两种，一种是液体仿生模型，另一种是固体仿生模 型。在制备液体仿生模型时，大多选择脂肪乳剂(Intralipid)作为散射体，其中的水是基 底，吸收体是墨水、血液、染料等。液体仿生模型制作灵活，可以实时制备和使用，直至今天 依然被采用。但是，其缺点也十分显著。首先，稳定性差，主要表现是易变质。其次，不能重 复使用，这将影响实验的重复性和可靠性。固体仿生模型是近年来发展起来的一种模拟生 物组织光学性质的模型，它所具备的性能稳定、可重复使用等特点成为近年来关注的热点。 固体仿生模型的基体可以是树脂、硅胶、凝胶，散射体是聚苯乙烯球、氧化钛、氧化铝、硅颗 粒等，吸收体一般选用墨水、血液、染料等。它的制备工艺相对复杂，设备也相对昂贵。而且 有关制备工艺在文献上少有报道，基本属于技术保密范畴。 因此，在癌症诊断与治疗的基础研究中迫切需要一种工艺简单、制备方便的固体 生物组织仿生模型的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固体生物组织光学仿生材料的制备方法。该方法所用设 备简单，易于操作和控制。 本专利技术进一步的目的是提供一种用该方法得到的材料制备的固体生物组织光学 仿生模型，该模型光学性质稳定，可以长期保存和反复使用。 为此，本专利技术提供一种生物组织光学仿生材料的制备方法，其中所述生物组织光 学仿生材料具有0. 1 10cm—1范围内的吸收系数和1 1000cm—1范围内的散射系数，所述方法包括 A、提供基体树脂，所述基体树脂以1. 0mm厚的薄板在600 1000nm的近红外光区 测量其透光率大于等于80% ; B、用所述基体树脂和吸收剂混合制备吸收体，并确定式1中吸收常数Ka的值，其 中P a表示所述吸收体的吸收系数，Ca表示所述吸收体中所述吸收剂的浓度， ii a = KaCa [式1]; C、以所述基体树脂和给定的散射剂制备一系列散射体，并确定式2中的散射常数 Ks的值，其中P s表示所述散射体的散射系数，Cs表示所述散射体中所述散射剂的浓度， PS = KSCS [式2]; D、根据所确定的Ka和Ks值，制备所述生物组织光学仿生材料。 根据本专利技术的实施方式，上述步骤B中所制备的吸收体的吸收系数a《1. 2cm一1 ;且步骤C中所制备的散射体的散射系数P s《6cm—、 根据本专利技术的一种实施方式，所述基体树脂可以为可固化树脂，并优选固化时间 在15 30分钟的范围内。所述可固化树脂可为热固性树脂、UV固化树脂、常温固化树脂 等。优选采用常温固化树脂，其中以每克所述常温固化树脂中添加固化剂促进剂为3 5 ii L : 5 10 ii L的量加入固化剂和促进剂。 当基体树脂采用可固化树脂时，上述步骤D包括在使所述可固化树脂固化前均 匀分散加入所述可固化树脂中的所述吸收剂和散射剂以得到混合物，并用真空设备除去所 述混合物中的气泡。 根据本专利技术的另一种实施方式，所述基体树脂可以为热塑性树脂。 当基体树脂采用热塑性树脂时，上述步骤D包括在制备所述生物组织光学仿生模型之前，用所述热塑性树脂制备吸收剂母料和散射剂母料；和在所述热塑性树脂中加入所述吸收剂母料和所述散射剂母料，并通过熔融共混制备所述生物组织光学仿生材料。 本专利技术的光吸收剂的粒径优选在1 20ym的范围内；光散射剂的粒径优选在1 lOiim的范围内。 本专利技术所提供的方法具有易操作、成本低的特点，对于同一种原材料(包括树脂、 吸收剂、散射剂和其他添加剂)，只需测定一次Ka和Ks值，因而可以根据需要在短时间内制 备出具有任意给定的光学常数的仿生模型，还适于进行规模化的生产。所制备的仿生模型 的光学常数可变范围宽，吸收系数的范围可在O. 1 10cm—工之间，散射系数的范围可在1 1000cm—1之间。而且制得的模型具有预期的光学常数，避免了多次试制的麻烦，且制备后不 需进行光学测定，可以直接应用。此外，所制备的光学模型的光学常数在600 1000nm波 长范围内基本一致，且具有长期稳定性。该方法以树脂作为基体，所制备的仿生材料的形状 可塑性强，可以后期加工成各种所需的形状，而且可长期存放并可重复使用，节约了时间和 成本。附图说明 图1为根据本专利技术实施例的制备具有任意光学常数的光学仿生模型的示意性流 程图。 图2为根据本专利技术实施例的制备光学仿生模型方法中制备的一系列吸收体的吸4收系数与作为吸收剂的石墨粉的质量分数的关系图。 图3为根据本专利技术实施例的制备光学仿生模型方法中制备的一系列散射体的散 射系数与作为散射剂的二氧化钛粉的质量分数的关系图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例详细描述本专利技术。本领域的普通技术人员应理解，本申请中所描述的实施例仅用于解释本专利技术，而不是用来限制本专利技术的范围。 如前所述，目前固体生物组织光学仿生材料的制备工艺少有公开，而且国内尚缺少可稳定生产这种材料的方法以及可商购的生物组织仿生材料或模型。为此本专利技术提供一种生物组织光学仿生材料的制备方法。 据文献报道，生物组织的吸收系数范围在O. 1 10cm—、散射系数范围在1 1000cm—、本专利技术旨在提供一种能用于制备具有任何给定的在上述范围内光学常数的生物 组织光学仿生材料的方法以及用所述方法制备的生物组织光学仿生模型。所述方法包括下 述步骤首先，提供一种基体树脂，所述基体树脂具有以1. 0mm厚的薄板在600 1000nm的 近红外光区测量时大于等于80%的透光率；其次，将所述基体树脂和某种给定的吸收剂混 合制备出一系列具有较低吸收系数的吸收体，例如小于等于1. 2cm—1的吸收系数，并通过测 量各吸收体的吸收系数根据下式1确定吸收常数Ka的值，式1中y a表示吸收体的吸收系 数，Ca表示吸收体中吸收剂的浓度， ii a = KaCa [式1]; 类似地，将所述基体树脂和某种给定的散射剂混合制备出一系列具有较低散射系 数的散射体，例如小于等于6cm—1的散射系数，并通过测量各散射体的散射系数根据下式2 确定散射常数Ks的值，式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物组织光学仿生材料的制备方法，其中所述生物组织光学仿生材料具有０．１～１０ｃｍ－１范围内的吸收系数和１～１０００ｃｍ－１范围内的散射系数，所述方法包括：　　Ａ、提供基体树脂，所述基体树脂以１．０ｍｍ厚的薄板在６００～１０００ｎｍ的近红外光区测量其透光率大于等于８０％；　　Ｂ、用所述基体树脂和吸收剂混合制备吸收体，并确定式１中吸收常数Ｋ↓［ａ］的值，其中μ↓［ａ］表示所述吸收体的吸收系数，Ｃ↓［ａ］表示所述吸收体中所述吸收剂的浓度，　　μ↓［ａ］＝Ｋ↓［ａ］Ｃ↓［ａ］　［式１］；　　Ｃ、用所述基体树脂和散射剂混合制备散射体，并确定式２中散射常数Ｋ↓［ｓ］的值，其中μ↓［ｓ］表示所述散射体的散射系数，Ｃ↓［ｓ］表示所述散射体中所述散射剂的浓度，　　μ↓［ｓ］＝Ｋ↓［ｓ］Ｃ↓［ｓ］　［式２］；　　Ｄ、根据所确定的Ｋ↓［ａ］和Ｋ↓［ｓ］值，制备所述生物组织光学仿生材料。

【技术特征摘要】
一种生物组织光学仿生材料的制备方法，其中所述生物组织光学仿生材料具有0.1～10cm-1范围内的吸收系数和1～1000cm-1范围内的散射系数，所述方法包括A、提供基体树脂，所述基体树脂以1.0mm厚的薄板在600～1000nm的近红外光区测量其透光率大于等于80％；B、用所述基体树脂和吸收剂混合制备吸收体，并确定式1中吸收常数Ka的值，其中μa表示所述吸收体的吸收系数，Ca表示所述吸收体中所述吸收剂的浓度，μa＝KaCa [式1]；C、用所述基体树脂和散射剂混合制备散射体，并确定式2中散射常数Ks的值，其中μs表示所述散射体的散射系数，Cs表示所述散射体中所述散射剂的浓度，μs＝KsCs [式2]；D、根据所确定的Ka和Ks值，制备所述生物组织光学仿生材料。2. 如权利要求1所述的生物组织光学仿生材料的制备方法，其中步骤B中所制备的吸 收体的吸收系数P a《1. 2cm—1 ;且步骤C中所制备的散射体的散射系数P s《6cm—、3. 如权利要求1或2所述的生物组织光学仿生材料的制备方法，其中所述基体树脂为 可固化树脂。4. 如权利要求3所述的生物组织光学仿生材料的制备方法，其中所述可固化树脂为常 温固化树脂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙萍，杨润秋，刘剑，丁嘉琪，张付强，谢风华，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]