发明内容
本申请提供了一种植入式柔性磁响应人工膀胱基体及其制造方法,解决或部分解决了现有技术中人工逼尿肌提供的液压压力有限,与人类肌肉水平相差甚远,缺乏现实医疗设计和生物安全性的优化,无法实现可靠长期功能的技术问题;实现了提供一种能制作成植入式柔性磁响应人工膀胱的基体,受益于铁磁复合体中永磁粒子的高矫顽力和分布的致动源,铁磁显示出可靠的致动,同时输出大量的磁力,起到人工逼尿肌作用挤压排空膀胱。
本申请所提供的一种植入式柔性磁响应人工膀胱基体,包括:柔性无磁基体及与所述柔性无磁基体粘结的铁磁复合体;所述柔性无磁基体包括以下组分:有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂,所述有机硅胶与所述聚二甲基硅氧烷树脂的体积比为(4~10):1;所述铁磁复合体包括以下组分:有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、磁颗粒,所述有机硅胶与所述聚二甲基硅氧烷树脂的体积比为(4~10):1,所述磁颗粒占所述铁磁复合体的体积分数为20%~40%。
作为优选,所述磁颗粒为NdFeB、Fe、FeC中任一种或多种组合;所述磁颗粒被均匀磁化。
作为优选,所述磁颗粒为NdFeB,平均粒径为5μm。
作为优选,所述柔性无磁基体热熔后与所述铁磁复合体经过固化粘结成为一体;所述铁磁复合体的磁颗粒在磁感应强度为3.0T的脉冲磁场中被均匀磁化。
基于同样的发明创造,本申请还提供了一种所述植入式柔性磁响应人工膀胱基体的制造方法,包括以下步骤:
将所述有机硅胶与所述聚二甲基硅氧烷树脂按设定体积比混合均匀,形成未固化基质复合胶料;
将设定体积分数的所述磁颗粒加入所述未固化基质复合胶料中混合均匀,形成未固化铁磁复合物;
将含铂固化剂加入所述未固化铁磁复合物中搅拌均匀后进行固化,获得铁磁复合物;
将所述铁磁复合物中的所述磁颗粒均匀磁化,制得所述铁磁复合体;
将所述有机硅胶与所述聚二甲基硅氧烷树脂按设定体积比混合均匀,获得柔性无磁基体溶液;
将所述柔性无磁基体溶液与所述铁磁复合体混合后进行固化,制得所述植入式柔性磁响应人工膀胱基体。
作为优选,形成所述未固化基质复合胶料时,所述有机硅胶与所述聚二甲基硅氧烷树脂通过行星式混合机进行混合,转速控制为800~1500rpm,混合时间控制为2~5min。
作为优选,所述磁颗粒与所述未固化基质复合胶料通过振动混合器进行混合,混合时间控制为2~10min。
作为优选,所述含铂固化剂占所述未固化铁磁复合物的重量百分比为5.0%~10.3%;所述含铂固化剂加入所述未固化铁磁复合物后搅拌的时间控制为5~20min;固化过程的温度控制为35~50℃,时间控制为2~24h。
作为优选,所述柔性无磁基体溶液通过注塑方式与所述铁磁复合体混合后进行固化,所述注塑过程的时间控制在30min之内;所述柔性无磁基体溶液与所述铁磁复合体进行固化时,温度控制为35~50℃,时间控制为2~24h。
作为优选,制得所述铁磁复合体后,还包括:
通过乙醇和异丙醇清洗所述铁磁复合体,并在氮气流环境中干燥;
将设定体积比的有机硅胶与亮光剂混合,获得有机硅胶溶液;
将所述有机硅胶溶液均匀喷涂于所述铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本申请的植入式柔性磁响应人工膀胱基体用于制造柔性磁响应膀胱泵,通过由有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、磁颗粒组成的铁磁复合体,能起到人造逼尿肌的作用,使柔性磁响应膀胱泵进行接触式挤压排空膀胱;将铁磁复合体排列进一个与充盈膀胱共形的柔性无磁基体框架中形成柔性磁响应膀胱泵,每一个磁颗粒都被均匀地磁化,使其在永磁体产生的梯度磁场下挤压充盈的膀胱,以对抗括约肌的阻力,继而重建残疾膀胱的排尿功能,而且,与天然人体器官相比,铁磁复合体具有更高的模量和更高的密度。与铁磁复合体粘结的柔性无磁基体由有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、亮光剂组成,使其具有良好的生物相容性。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请所提供的植入式柔性磁响应人工膀胱基体,包括:柔性无磁基体及与柔性无磁基体粘结的铁磁复合体;柔性无磁基体包括以下组分:有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂,有机硅胶与聚二甲基硅氧烷树脂的体积比为(4~10):1;铁磁复合体包括以下组分:有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、磁颗粒,有机硅胶与聚二甲基硅氧烷树脂的体积比为(4~10):1,磁颗粒占铁磁复合体的体积分数为20%~40%。
进一步的,柔性无磁基体的有机硅胶及铁磁复合体的有机硅胶都为双组份材料的铂金固化硅胶Ecoflex 00-30,铂金固化硅胶Ecoflex 00-30的A组分与B组分的体积比为1:1。聚二甲基硅氧烷树脂(PDMS树脂)的型号为Sylgard 184。
磁颗粒为NdFeB、Fe、FeC中任一种或多种组合;磁颗粒被均匀磁化。作为一种优选地实施例,磁颗粒为NdFeB,平均粒径为5μm。
进一步的,柔性无磁基体热熔后与铁磁复合体经过固化粘结成为一体;铁磁复合体的磁颗粒在磁感应强度为3.0T的脉冲磁场中被均匀磁化。
基于同样的发明创造,参见附图1,本申请还提供了一种植入式柔性磁响应人工膀胱基体的制造方法,包括以下步骤:
S1:将有机硅胶与聚二甲基硅氧烷树脂按设定体积比混合均匀,形成未固化基质复合胶料;
S2:将设定体积分数的磁颗粒加入未固化基质复合胶料中混合均匀,形成未固化铁磁复合物;
S3:将含铂固化剂加入未固化铁磁复合物中搅拌均匀后进行固化,获得铁磁复合物;
S4:将铁磁复合物中的磁颗粒均匀磁化,制得铁磁复合体;
S5:将有机硅胶与聚二甲基硅氧烷树脂按设定体积比混合均匀,获得柔性无磁基体溶液;
S6:将柔性无磁基体溶液与铁磁复合体混合后进行固化,制得植入式柔性磁响应人工膀胱基体。
进一步的,形成未固化基质复合胶料时,有机硅胶与聚二甲基硅氧烷树脂通过行星式混合机进行混合,转速控制为800~1500rpm,混合时间控制为2~5min。磁颗粒与未固化基质复合胶料通过振动混合器进行混合,混合时间控制为2~10min。
含铂固化剂占未固化铁磁复合物的重量百分比为5.0%~10.3%;含铂固化剂加入未固化铁磁复合物后搅拌的时间控制为5~20min;固化过程的温度控制为35~50℃,时间控制为2~24h。
进一步的,柔性无磁基体溶液通过注塑方式与铁磁复合体混合后进行固化,注塑过程的时间控制在30min之内,以避免柔性无磁基体局部固化。柔性无磁基体溶液与铁磁复合体进行固化时,温度控制为35~50℃,时间控制为2~24h。
进一步的,制得铁磁复合体后,还包括:通过乙醇和异丙醇清洗铁磁复合体,并在氮气流环境中干燥;通过离心机混合有机硅胶(具体为:Ecoflex 00-30(A部分:B部分=1:1))与亮光剂,转速控制为800~1500rpm;有机硅胶与亮光剂的体积比为1.5:1;通过带有气泵的喷枪将有机硅胶溶液均匀喷涂于铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层,硅胶皮层的胶凝过程中,温度控制为35~50℃,时间控制为1~3h。硅胶皮层的设计一方面是为了防止磁颗粒的泄露,另一方面是方便与柔性无磁基体的粘结。
下面通过具体实施例来详细介绍植入式柔性磁响应人工膀胱基体的制备方法:
实施例1
首先通过使用行星式混合机将两种有机硅基材料Ecoflex 00-30(Smooth-onInc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))以5:1的体积比均匀混合,制备未固化基质复合胶料,以800rpm的转速持续2min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
通过振动混合器在10速齿轮上将体积分数为25%、平均粒径为5μm的NdFeB微粒与未固化基质复合胶料均匀混合2min,除泡1min,制备未固化铁磁复合物。
在未固化铁磁复合物中加入5.5wt%的含铂固化剂,搅拌均匀后进行固化,以上操作在30min内完成。在40℃环境下固化4h获得铁磁复合物。铁磁复合物中的磁颗粒在大功率电源(7000V以上)供能的直径180mm的脉冲励磁线圈产生的脉冲磁场(约3.0T)中被均匀磁化后制得铁磁复合体。
通过乙醇和异丙醇清洗铁磁复合体,并在氮气流环境中干燥;通过离心机混合Ecoflex 00-30(A部分:B部分=1:1)与亮光剂,转速控制为800rpm;Ecoflex 00-30与亮光剂的体积比为1.5:1;通过带有气泵的喷枪将有机硅胶溶液均匀喷涂于铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层;硅胶皮层的胶凝过程中,温度控制为38℃,时间控制为1.5h。
再通过使用行星式混合机将Ecoflex 00-30(Smooth-on Inc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))均匀混合,制备柔性无磁基体溶液,Ecoflex 00-30与PDMS树脂的体积比为4.5:1,行星式混合机以800rpm的转速持续2min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
最后,将柔性无磁基体溶液通过注塑方式与铁磁复合体混合后进行固化,制得植入式柔性磁响应人工膀胱基体;注塑过程的时间控制在30min,进行固化时,温度控制为38℃,时间控制为5h。
实施例2
首先通过使用行星式混合机将两种有机硅基材料Ecoflex 00-30(Smooth-onInc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))以6:1的体积比均匀混合,制备未固化基质复合胶料,以800rpm的转速持续3min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
通过振动混合器在10速齿轮上将体积分数为30%、平均粒径为5μm的NdFeB微粒与未固化基质复合胶料均匀混合4min,除泡1min,制备未固化铁磁复合物。
在未固化铁磁复合物中加入7.85wt%的含铂固化剂,搅拌均匀后进行固化,以上操作在30min内完成。在40℃环境下固化10h获得铁磁复合物。铁磁复合物中的磁颗粒在大功率电源(7000V以上)供能的直径180mm的脉冲励磁线圈产生的脉冲磁场(约3.0T)中被均匀磁化后制得铁磁复合体。
通过乙醇和异丙醇清洗铁磁基体,并在氮气流环境中干燥;通过离心机混合Ecoflex 00-30(A部分:B部分=1:1)与亮光剂,转速控制为800rpm;Ecoflex 00-30与亮光剂的体积比为1.5:1;通过带有气泵的喷枪将有机硅胶溶液均匀喷涂于铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层;硅胶皮层的胶凝过程中,温度控制为40℃,时间控制为2h。
再通过使用行星式混合机将Ecoflex 00-30(Smooth-on Inc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))均匀混合,制备柔性无磁基体溶液,Ecoflex 00-30与PDMS树脂的体积比为5.5:1,行星式混合机以800rpm的转速持续2min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
最后,将柔性无磁基体溶液通过注塑方式与铁磁复合体混合后进行固化,制得植入式柔性磁响应人工膀胱基体;注塑过程的时间控制在20min,进行固化时,温度控制为40℃,时间控制为12h。
实施例3
首先通过使用行星式混合机将两种有机硅基材料Ecoflex 00-30(Smooth-onInc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))以9:1的体积比均匀混合,制备未固化基质复合胶料,以1200rpm的转速持续3min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
通过振动混合器在10速齿轮上将体积分数为40%、平均粒径为5μm的NdFeB微粒与未固化基质复合胶料均匀混合6min,除泡1min,制备未固化铁磁复合物。
在未固化铁磁复合物中加入9.09wt%的含铂固化剂,搅拌均匀后进行固化,以上操作在30min内完成。在42℃环境下固化20h获得铁磁复合物。铁磁复合物中的磁颗粒在大功率电源(7000V以上)供能的直径180mm的脉冲励磁线圈产生的脉冲磁场(约3.0T)中被均匀磁化后制得铁磁复合体。
通过乙醇和异丙醇清洗铁磁基体,并在氮气流环境中干燥;通过离心机混合Ecoflex 00-30(A部分:B部分=1:1)与亮光剂,转速控制为1200rpm;Ecoflex 00-30与亮光剂的体积比为1.5:1;通过带有气泵的喷枪将有机硅胶溶液均匀喷涂于铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层;硅胶皮层的胶凝过程中,温度控制为42℃,时间控制为2h。
再通过使用行星式混合机将Ecoflex 00-30(Smooth-on Inc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))均匀混合,制备柔性无磁基体溶液,Ecoflex 00-30与PDMS树脂的体积比为1.5:1,行星式混合机以1200rpm的转速持续2min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
最后,将柔性无磁基体溶液通过注塑方式与铁磁复合体混合后进行固化,制得植入式柔性磁响应人工膀胱基体;注塑过程的时间控制在22min,进行固化时,温度控制为40℃,时间控制为20h。
实施例4
首先通过使用行星式混合机将两种有机硅基材料Ecoflex 00-30(Smooth-onInc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))以9.5:1的体积比均匀混合,制备未固化基质复合胶料,以1500rpm的转速持续4.5min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
通过振动混合器在10速齿轮上将体积分数为40%、平均粒径为5μm的NdFeB微粒与未固化基质复合胶料均匀混合5min,除泡1min,制备未固化铁磁复合物。
在未固化铁磁复合物中加入10.1wt%的含铂固化剂,搅拌均匀后进行固化,以上操作在30min内完成。在45℃环境下固化20h获得铁磁复合物。铁磁复合物中的磁颗粒在大功率电源(7000V以上)供能的直径180mm的脉冲励磁线圈产生的脉冲磁场(约3.0T)中被均匀磁化后制得铁磁复合体。
通过乙醇和异丙醇清洗铁磁基体,并在氮气流环境中干燥;通过离心机混合Ecoflex 00-30(A部分:B部分=1:1)与亮光剂,转速控制为1500rpm;Ecoflex 00-30与亮光剂的体积比为1.5:1;通过带有气泵的喷枪将有机硅胶溶液均匀喷涂于铁磁复合体的表面后胶凝形成硅胶皮层;硅胶皮层的胶凝过程中,温度控制为45℃,时间控制为2.5h。
再通过使用行星式混合机将Ecoflex 00-30(Smooth-on Inc)与PDMS树脂(Sylgard 184,道康宁(Dow Corning))均匀混合,制备柔性无磁基体溶液,Ecoflex 00-30与PDMS树脂的体积比为9:1,行星式混合机以1500rpm的转速持续2min,除泡1min。对于Ecoflex 00-30组分,A部分和B部分的体积比为1:1。
最后,将柔性无磁基体溶液通过注塑方式与铁磁复合体混合后进行固化,制得植入式柔性磁响应人工膀胱基体;注塑过程的时间控制在25min,进行固化时,温度控制为42℃,时间控制为24h。
本申请的植入式柔性磁响应人工膀胱基体用于制造柔性磁响应膀胱泵,通过由有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、磁颗粒组成的铁磁复合体,能起到人造逼尿肌的作用,使柔性磁响应膀胱泵进行接触式挤压排空膀胱;将铁磁复合体排列进一个与充盈膀胱共形的柔性无磁基体框架中形成柔性磁响应膀胱泵,再将柔性磁响应膀胱泵整体套装在残疾膀胱上,每一个磁颗粒都被均匀地磁化,使其在永磁体产生的梯度磁场下挤压充盈的膀胱,以对抗括约肌的阻力,继而重建残疾膀胱的排尿功能,而且,与天然人体器官相比,铁磁复合体具有更高的模量和更高的密度。与铁磁复合体粘结的柔性无磁基体由有机硅胶、聚二甲基硅氧烷树脂、亮光剂组成,使其具有良好的生物相容性。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。