本發(fā)明涉及醫(yī)療器械測(cè)試，特別涉及一種蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超聲刀，全稱超聲軟組織切割止血設(shè)備，是采用超聲能對(duì)軟組織進(jìn)行切割和止血凝閉的醫(yī)療外殼手術(shù)設(shè)備,其適用于需要控制出血和最小程度熱損傷的軟組織進(jìn)行切開的應(yīng)用場(chǎng)景，具有精確、快速、出血少、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢(shì),越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用于外科手術(shù)。然而，隨著超聲刀的廣泛使用，其潛在的安全隱患也逐漸暴露。尤其是在臨床應(yīng)用中，超聲刀高頻振動(dòng)頻率可達(dá)55.5khz，在半小時(shí)內(nèi)振動(dòng)次數(shù)接近1×10^8次，但過(guò)高的振動(dòng)頻率難免會(huì)引起材料的疲勞損傷，從而導(dǎo)致超聲刀頭的手術(shù)效能下降，甚至出現(xiàn)刀頭斷裂等醫(yī)療事故。

2、由于超聲刀刀頭的高頻機(jī)械振動(dòng)直接關(guān)系到手術(shù)的成敗和患者的生命安全，其可靠性至關(guān)重要。然而，在狹窄的手術(shù)空間內(nèi)，難以配置監(jiān)測(cè)或冗余備份設(shè)備來(lái)提高其可靠性。因此，開展超聲刀的疲勞試驗(yàn)變得尤為重要。這種試驗(yàn)幫助評(píng)估超聲刀在長(zhǎng)期使用后的耐久性和可靠性，是產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)超聲刀進(jìn)行嚴(yán)格的疲勞試驗(yàn)，不僅可以保證其在手術(shù)中的性能不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間使用而降低，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)潛在的缺陷，提高手術(shù)的安全性和效果。此外，這種試驗(yàn)還能幫助制造商延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，減少手術(shù)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。因此，進(jìn)行超聲刀的疲勞試驗(yàn)是確保其在醫(yī)療微創(chuàng)手術(shù)中可靠運(yùn)行和高效性能的必要步驟。此外，定期的疲勞測(cè)試也是監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)證過(guò)程的一部分，有助于保證超聲刀符合醫(yī)療行業(yè)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。

3、目前進(jìn)行超聲刀疲勞試驗(yàn)的常用材料為動(dòng)物組織，這種材料雖然常見，但存在多重缺點(diǎn)：

4、1.使用動(dòng)物組織對(duì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)效要求高，動(dòng)物組織會(huì)腐爛，生物特性隨時(shí)間變化快，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保存。

5、2.動(dòng)物試驗(yàn)還受到樣本數(shù)量和生物個(gè)體差異的限制，這影響了試驗(yàn)的規(guī)模和結(jié)果的一致性。

6、3.動(dòng)物與人類的生物學(xué)差異可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不完全適用于人類，降低了試驗(yàn)的可靠性和普適性。

7、4.這種方法涉及倫理爭(zhēng)議，因?yàn)樗枰獱奚鼊?dòng)物來(lái)獲取組織，這與許多人的道德觀念相沖突。

8、5.動(dòng)物試驗(yàn)成本高昂，涉及專用設(shè)備、動(dòng)物的維護(hù)護(hù)理及符合倫理的實(shí)驗(yàn)條件，這不僅增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也延長(zhǎng)了產(chǎn)品的研發(fā)到市場(chǎng)的時(shí)間。

9、因此，開發(fā)一種新的、穩(wěn)定、成本較低且容易獲取的實(shí)驗(yàn)材料，不僅可以避免上述問題，還能提高試驗(yàn)效率和可靠性，更加符合倫理和科學(xué)的要求。同時(shí)也將對(duì)超聲刀的疲勞試驗(yàn)和未來(lái)的醫(yī)療工具開發(fā)帶來(lái)新的發(fā)展前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料及其制備方法，其設(shè)計(jì)充分考慮了真實(shí)血管的結(jié)構(gòu)特性，采用蛋白質(zhì)編織管狀結(jié)構(gòu)以作為血管框架，模仿血管壁的彈性和抗壓性；采用明膠-蛋清溶液形成凝膠基質(zhì)包裹并填充蛋白質(zhì)編織管，充當(dāng)血管內(nèi)平滑?。徊粌H能有效替代動(dòng)物組織進(jìn)行超聲刀疲勞試驗(yàn)，還可以避免材料易腐的問題，同時(shí)提供可以更一致和可控的試驗(yàn)條件。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料，該材料用于超聲手術(shù)刀疲勞試驗(yàn)，包括作為血管框架的蛋白質(zhì)編織管，所述蛋白質(zhì)編織管采用蛋白質(zhì)紗線編織而成，并使用浸漬-旋轉(zhuǎn)法包裹并填充凝膠基質(zhì)以形成血管內(nèi)平滑肌，所述凝膠基質(zhì)由動(dòng)物明膠和蛋清溶液配置而成。

4、進(jìn)一步的，所述蛋白質(zhì)編織管的直徑為4.5-5.5mm，厚度為1-1.5mm。

5、一種蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料的制備方法，包括以下步驟：

6、步驟1、對(duì)蛋白質(zhì)紗線進(jìn)行雙層編結(jié)，制成作為血管框架的蛋白質(zhì)編織管；

7、步驟2、在40～45℃下完成制備凝膠基質(zhì)；

8、2.1、將蛋清溶液和動(dòng)物明膠放置在容器中，攪拌使其均混直至兩者完全融合得到第一混合物；蛋清溶液和動(dòng)物明膠的質(zhì)量比為1:2～1:3；

9、2.2、在第一混合物中加入交聯(lián)劑繼續(xù)攪拌得到凝膠基質(zhì)溶液；

10、步驟1與步驟2無(wú)先后順序；

11、步驟3、使用浸漬-旋轉(zhuǎn)法將凝膠基質(zhì)均勻的包裹在蛋白質(zhì)管上，從而制得用于超聲手術(shù)刀疲勞試驗(yàn)的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管。

12、進(jìn)一步的，所述在40～45℃下完成制備凝膠基質(zhì)中，還包括制備第一混合物前對(duì)動(dòng)物明膠預(yù)處理步驟，包括：

13、將動(dòng)物明膠粉在冷水中浸泡5～10min，使其充分吸水膨脹；動(dòng)物明膠粉末與水的質(zhì)量比為1:1.5到1:2。

14、進(jìn)一步的，所述步驟1中的蛋白質(zhì)紗線規(guī)格為260d216f，類型為dty長(zhǎng)絲。

15、進(jìn)一步的，所述步驟2.1蛋清溶液中蛋白質(zhì)濃度為0.1g/ml，所述步驟2.2中的交聯(lián)劑為磷酸鉀，最終得到凝膠基質(zhì)溶液中該磷酸鉀的濃度為0.05-0.1g/ml。

16、進(jìn)一步的，所述步驟2.1中的攪拌條件為：攪拌轉(zhuǎn)速為3～5r/s、總攪拌的時(shí)間為15～20min；步驟2.2中繼續(xù)攪拌的攪拌條件為：攪拌轉(zhuǎn)速為3～5r/s，攪拌時(shí)間為8～12min。

17、進(jìn)一步的，使用浸漬-旋轉(zhuǎn)法將凝膠基質(zhì)均勻的包裹在蛋白質(zhì)管上的方法，其步驟包括：

18、3.1、先將蛋白質(zhì)編織管浸泡在步驟2制備的凝膠基質(zhì)溶液中浸泡3～5min后取出放置在離心機(jī)上；

19、3.2、采用旋轉(zhuǎn)離心方式使凝膠基質(zhì)溶液均勻地附著在蛋白質(zhì)編織管表面，離心轉(zhuǎn)速在1000～2000rpm，時(shí)間為10～15min；

20、3.3、等待20～30min使凝膠基質(zhì)固化，從離心機(jī)中取出蛋白質(zhì)復(fù)合管。

21、進(jìn)一步的，上述蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料的制備方法，還包括步驟4對(duì)蛋白質(zhì)復(fù)合管進(jìn)行后續(xù)步驟，包括：

22、根據(jù)需求對(duì)蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管依次進(jìn)行剪裁、修整、洗滌和滅菌步驟，然后放置在干燥的環(huán)境中冷藏，以用于超聲手術(shù)刀的疲勞試驗(yàn)；冷藏溫度為2℃到8℃。

23、超聲手術(shù)刀最重要的功能是對(duì)血管的凝閉作用，其原理為：超聲手術(shù)刀的振動(dòng)刀頭接觸血管時(shí)，高頻振動(dòng)使得刀頭與人體組織間發(fā)生極高速度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生剪切力，直接物理切開血管，使血管分離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)血管的切斷功能。同時(shí)由于超聲波振動(dòng)引起的組織間摩擦，會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量使得血管組織中的蛋白質(zhì)(如膠原蛋白和彈性蛋白)發(fā)生變性，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在血管組織中，這種熱效應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固，形成固體堵塞物。血管壁的損傷部位被這些凝固的蛋白質(zhì)封閉，形成一種自然的“封口”，阻止了血液流出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)血管的凝閉功能。

24、而本發(fā)明提供的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料充分考慮了真實(shí)血管的結(jié)構(gòu)特性，其中蛋白質(zhì)編織管提供結(jié)構(gòu)支持，模仿血管壁的彈性和抗壓性，明膠和蛋清形成的凝膠基質(zhì)則提供類似血管內(nèi)平滑肌的彈性和密度。即該材料構(gòu)建所使用的蛋白質(zhì)沙線、動(dòng)物明膠和蛋清溶液的最主要組成部分也是蛋白質(zhì)，因此能夠?qū)Τ暿中g(shù)刀最重要的功能進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，測(cè)試超聲手術(shù)刀凝閉血管的能力。

25、本發(fā)明提供的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料相較于傳動(dòng)的動(dòng)物組織材料試驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

26、1、穩(wěn)定性好且可長(zhǎng)期儲(chǔ)存：傳統(tǒng)動(dòng)物組織易腐爛，需要在特定的低溫條件下儲(chǔ)存，且使用期限相對(duì)較短；不僅增加了試驗(yàn)材料的維護(hù)成本，還存在因儲(chǔ)存不當(dāng)導(dǎo)致試驗(yàn)材料變質(zhì)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性問題。相比之下，蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料具有更好的化學(xué)和生物穩(wěn)定性，避免快速腐敗和復(fù)雜的儲(chǔ)存需求，在較為簡(jiǎn)單的冷藏條件下即可長(zhǎng)期保存，顯著降低了維護(hù)和儲(chǔ)存的難度及成本。

27、2、一致性和可重復(fù)性：動(dòng)物組織由于基因和環(huán)境因素的影響，每個(gè)樣本之間可能存在顯著差異，而本發(fā)明的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料為人造材料，可以保證每次實(shí)驗(yàn)的一致性和重復(fù)性，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

28、3、降低成本：動(dòng)物試驗(yàn)涉及動(dòng)物的購(gòu)買、飼養(yǎng)、處理和處置等多項(xiàng)成本，而合成材料的生產(chǎn)成本相對(duì)較低，且易于大規(guī)模生產(chǎn)和儲(chǔ)存，減少整體試驗(yàn)成本

29、4、便于規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化測(cè)試：本發(fā)明規(guī)格尺寸可控，便于進(jìn)行大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，十分便于超聲手術(shù)刀疲勞試驗(yàn)進(jìn)行多次測(cè)試。

30、5、與人體組織條件接近：本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了真實(shí)人體血管的結(jié)構(gòu)和物理特性，如彈性、密度和切割反應(yīng)，采用蛋白質(zhì)編織管狀結(jié)構(gòu)作為血管框架，使其能夠模仿血管壁的彈性和抗壓性；采用明膠-蛋清溶液形成凝膠基質(zhì)包裹并填充蛋白質(zhì)編織管，使其能夠充當(dāng)血管內(nèi)平滑肌。因此可以較準(zhǔn)確地反映超聲手術(shù)刀在實(shí)際醫(yī)療條件下的表現(xiàn)。

31、6、倫理性：使用模擬材料可以避免使用活體動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減少動(dòng)物的痛苦和犧牲，符合現(xiàn)代科研倫理標(biāo)準(zhǔn)。

32、7、避免生物安全風(fēng)險(xiǎn)：動(dòng)物組織可能攜帶病原體，使用人造材料則不存在這種風(fēng)險(xiǎn)，提高了實(shí)驗(yàn)的生物安全性。

33、8、可以靈活調(diào)整材料特性：本發(fā)明的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料能夠根據(jù)需要進(jìn)行剪裁、修整、洗滌和滅菌處理，以適應(yīng)不同的測(cè)試要求和手術(shù)工具的特性，提供更廣泛的應(yīng)用可能。

34、綜上可見，本發(fā)明的蛋白質(zhì)紗線凝膠復(fù)合管材料在成本、獲取難易度、操作、道德和科學(xué)等多個(gè)層面上提供了傳統(tǒng)動(dòng)物試驗(yàn)方法所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)超聲手術(shù)刀疲勞試驗(yàn)的具有積極意義。