一種新型三維凝膠劑量計材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫用高分子材料技術領域，尤其涉及一種新型三維凝膠劑量計材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]放射治療技術作為腫瘤治療的主要手段之一，近年來一直朝著精確放療的方向在發展，國際輻射單位和測量委員會(ICRU)第24號報告和第42號報告中闡述了放射治療劑量的準確度，必須在5%以內，才能實現有效的治療，同時減少并發癥的發生，實現照射的利益最大化。要實現上述目標，放療計劃需通過質量保證(QA)措施后方可進行。實施劑量驗證，并未有統一的標準流程。先后出現了電離室法、半導體法、電子射野影像裝置(EPID)和凝膠劑量計等。
[0003]凝膠劑量計是一種新型的三維劑量計，凝膠作為空間結構的支撐體，輻射敏感物質均勻分布于凝膠中。整個體系密度與人體類似，不用再進行密度校正。因此，凝膠劑量計可用于人體三維劑量分布的測量，同時空間分辨率高，劑量精準，組織等效性好。
[0004]凝膠劑量計最早是1984年由Gore等人提出的，發展至今已研究出一系列的凝膠劑量計。凝膠劑量計組織等效性好，能實現檢測的空間分辨率< 1mm3，完成整個檢測時間< 1小時，精密度為1?2%，劑量準確度2?4%。按光衰減物理機制可分為光吸收型和光散射型兩種。
[0005]光吸收型比較典型的是Fricke凝膠，依據的原理是Fe2+在受照射后被定量氧化為Fe3+，發生顏色的變化從而引起劑量劑光吸收譜線產生偏移。方法步驟:瓊脂糖、明膠等加入到75 %的去離子水中，磁力攪拌、加熱致其充分溶解;將硫酸亞鐵銨、硫酸加入25 %的去離子水中，磁力攪拌、加熱，與先前配置的凝膠溶液混合，保持短時的高溫，磁力攪拌保證兩種溶液混合均勻;停止加熱使凝膠凝固。
[0006]光散射型主要依靠輻射聚合反應，劑量計經照射之后單體發生聚合反應，生成大分子后，其散射指數發生改變，進而推算出劑量分布信息。方法步驟:去離子水89 %、明膠5%、丙烯酰胺3%、交聯劑3%、除氧劑lOmmol/L。將明膠加入去離子水，用磁力攪拌器加熱(43攝氏度)并攪拌致其完全溶解;保持溫度，加入交聯劑，磁力攪拌15分鐘;保持溫度，加入丙烯酰胺攪拌至透明；保持溫度，加入除氧劑，磁力攪拌25分鐘;將制好的樣本裝入模具，密封備用。
[0007]現有的凝膠劑量計如Fricke凝膠劑量計，Fe2+很容易被氧氣氧化為Fe3+，制備和存貯條件苛刻，不宜長期保存，劑量信息載體Fe3+極易擴散，梯度信息會在短時間內丟失，時間與溫度穩定性較差，不宜長期保存，使用成本過高，只供一次性使用；聚合物凝膠劑量計依靠散射效應進行檢測，同時散射信號也會對探測器陣列的相鄰單元造成干擾，使劑量檢測的精度和準確度下降；有些凝膠如PAGAT凝膠，在溫度較高時容易變形，也會丟失劑量的空間分布信息。
[0008]有鑒于上述的內容，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種新型三維凝膠劑量計材料及其制備方法，使其更具有產業上的利用價值。
【發明內容】
[0009]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種易儲存，不易被氧化，能夠節約成本，可重復使用，穩定性好，還能獲取準確的劑量空間分布信息的新型三維凝膠劑量計材料及其制備方法。
[0010]本發明提出的一種新型三維凝膠劑量計材料，其特征在于:包括水凝膠，所述水凝膠中摻有量子點，所述水凝膠的單體為丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯這三者中的一種或幾種，所述量子點為鎘系化合物半導體納米粒子。
[0011]本發明提出的一種新型三維凝膠劑量計材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0012]步驟(1)在輻照管中加入一定體積比的去離子水和異丙醇，混合均勻得到“1#”溶液；
[0013]步驟(2)在“1#”溶液中加入一定量的水凝膠單體，攪拌均勻得到“2#”溶液；
[0014]步驟(3)在“2#”溶液中加入一定量的氯化鎘、硫代硫酸鈉，攪拌均勻獲得“3#”溶液；
[0015]步驟(4)在“3#”溶液通入氮氣排氧，密封輻照管，然后通過鈷源或電子束輻照，得到新型三維劑量凝膠材料樣品；
[0016]步驟(5)對新型三維劑量凝膠材料樣品進行清洗，最終獲得純凈的新型三維劑量凝膠材料。
[0017]進一步的，步驟(1)中所述的“1#”溶液中異丙醇與去離子水體積比的范圍是1:10?1:100。
[0018]進一步的，步驟(2)中所述水凝膠單體為丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯這三者中的一種或幾種。
[0019]進一步的，步驟(3)中所述的“3#”溶液中氯化鎘的濃度為0.0OOlmol/L-0.0lmol/L0
[0020]進一步的，步驟(3)中所述的“3#”溶液中氯化鎘與硫代硫酸鈉的濃度比范圍是1:1
?1:2.5ο
[0021]進一步的，步驟(4)中所述福照的劑量為20kGy-100kGy。
[0022]進一步的，步驟(5)中所述通氮氣排氧的時間為20min。
[0023]借由上述方案，本發明至少具有以下優點:本發明提出的一種新型三維凝膠劑量計材料是根據均勻分散在水凝膠中的量子點發光強度來計算劑量信息的，避免了 Fricke凝膠劑量計的離子濃度擴散問題;該新型三維凝膠劑量計材料合成所需原料簡單，且無需隔絕環境中的氧氣，無需高溫，易于合成，方便大量生產;合成過程中不會生成有害氣體，對環境危害小;所得材料物理和化學穩定性好，不易被氧化，易于存儲，方便多次使用。
[0024]本發明采用輻射交聯的制備方法，操作簡單易行，制備周期短，利用該方法制備的新型三維劑量計材料純凈不含雜質。
[0025]通過本發明方法合成一種新型三維凝膠劑量計材料。在高分子水凝膠中摻入量子點(quantum dots)又稱半導體納米粒子(semiconductor nanoparticles)，具有量子尺寸效應、表面效應、介電限域效應以及很好的光穩定性。激發產生的熒光強烈依賴于量子點的尺寸，可廣泛應用于細胞標記、活體成像和臨床診斷。研究發現I1-VI族元素的量子點是水溶性的，產率高，含有鎘(元素符號:Cd)的量子點有較強的發光強度。CdX，X為S、Se、Te等，量子點由于尺寸的不同會呈現出不同顏色。本發明合成的新型三維凝膠劑量計材料中的量子點受到不同強度的輻射照射后會激發產生不同強度的熒光，通過CCD相機檢測所產生的熒光信號，重建劑量的三維分布信息。
[0026]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例詳細說明如后。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0028]實施例一:
[0029]步驟(1)、在輻照管中加入5mL的異丙醇和65mL的去離子水(體積比為1:13)，混合均勻得到“1#”溶液；
[0030]步驟(2)、在“1#”溶液中加入30mL的丙烯酸，攪拌均勻得到“2#”溶液；
[0031]步驟(3)、在“2#”溶液中加入0.0OOlmol氯化鎘、0.0002mol硫代硫酸鈉，攪拌均勻獲得“3#”溶液；
[0032]步驟(4)、在“3#”溶液中通入氮氣20min除去體系中的氧，密封輻照管，然后通過鈷源照射20kGy，得到新型三維劑量凝膠材料樣品；
[0033]步驟(5)、對新型三維劑量凝膠材料樣品進行清洗，最終獲得純凈的新型三維劑量凝膠材料。
[0034]實施例二:
[0035]步驟(1)、在輻照管中加入5mL的異丙醇和65mL的去離子水(體積比為1:13)，混合均勻得到“1#”溶液；
[0036]步驟(2)、在“1#”溶液中加入30mL的丙烯酸，攪拌均勻得到“2#”溶液；
[0037]步驟(3)、在“2#”溶液中加入0.0OOlmol氯化鎘、0.0002mol硫代硫酸鈉，攪拌均勻獲得“3#”溶液；
[0038]步驟(4)、在“3#”溶液中通入氮氣20min除去體系中的氧，密封輻照管，然后通過鈷源照射30kGy，得到新型三維劑量凝膠材料樣品；
[0039]步驟(5)、對新型三維劑量凝膠材料樣品進行清洗，最終獲得純凈的新型三維劑量凝膠材料。
[0040]實施例三:
[0041 ] 步驟(1)、在福照管中加入5mL的異丙醇和65mL的去離子水(體積比為1:13)，混合均勻得到“1#”溶液；
[0042]步驟(2)、在“1#”溶液中加入30mL的丙烯酸，攪拌均勻得到“2#”溶液；
[0043]步驟(3)、在“2#”溶液中加入0.0OOlmol氯化鎘、0.0002mol硫代硫酸鈉，攪拌均勻獲得“3#”溶液；
[0044]步驟(4)、在“3#”溶液中通入氮氣20min除去體系中的氧，密封輻照管，然后通過鈷源照射lOOkGy，得到新型三維劑量凝膠材料樣品；
[0045]步驟(5)、對新型三維劑量凝膠材料樣品進行清洗，最終獲得純凈的新型三維劑量凝膠材料。
[0046]實施例一、二、三均以丙烯酸作為凝膠單體，以氯化鎘和硫代硫酸鈉作為量子點合成原料，并添加異丙醇作為還原劑，采用劑量:20kGy、30kGy、lOOkGy合成新型三維劑量凝膠材料。
[0047]實施例四:
[0048]步驟(1)、在輻照管中加入7mL的異丙醇和70mL的去離子水(體積比為1:10)，混合均勻得到“1#”溶液；
[0049]步驟(2)、在“1#”溶液中加入30mL的丙烯酸、5g丙烯酰胺，攪拌均勻得到“2#”溶液；
[0050]步驟(3)、在“2#”溶液中加入0.0OOlmol氯化鎘、0.0002mol硫代硫酸鈉，攪拌均勻獲得“3#”溶液；
[0051]步驟(4)、在“3#”溶液中通入氮氣20min除去體系中的氧，密封輻照管，然后通過鈷源照射20kGy，得到新型三維劑量凝膠材料樣品；