本發明屬于生物醫療領域，涉及一種能夠代替生物軟組織的假體組織，具體為一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料及其制備方法和應用。
背景技術：
癌癥是人類的一大克星，它至今仍是全球性的醫學難題，每年有幾百萬人因它而失去生命。近年來，惡性腫瘤的發病率和死亡率均有逐漸增加的趨勢，已成為威脅人類生命健康的主要殺手。
細胞病理學檢查是診斷癌癥的主要方法，該檢查首先需要獲取目標器官的組織樣本。由于具有花費低，創傷小，并發癥少，愈合較快等優點，目前臨床上提取組織標本的首選方法是穿刺活檢法。穿刺活檢就是利用中空取樣針剌入目標軟組織，切下少量組織樣本并保存在針芯空腔中一并取出的方法。在實際臨床中，穿刺活檢的取樣精度及取樣效率一直不盡人意，原因在于穿刺過程中，穿剌距離不定，再加上人體內環境復雜，活檢針在穿刺過程中極易與不相關的器官接觸產生彎曲變形而導致穿刺的失敗。實際操作中，醫生通常借助超聲(B超)圖像引導操作穿刺活檢，穿刺過程中通過不斷手動調整活檢針柄以提高穿刺精度。但該方法要求醫生具有一定的實操經驗，并且需要多人配合操作，耗時費力，并且會加劇患者的痛苦和繼發癥。由此可見，行之有效的手段是通過對軟組織進行研究，降低穿刺活檢過程中針與組織的相互作用力，減少針與組織的變形，同時，制備與人體組織相近的假體材料供醫學者模擬練習穿刺技術，最終達到提高活檢取樣精度和效率的目的。
高分子水凝膠是由網狀結構的高聚物和水組成。它是通過化學共價鍵相交聯和氫鍵、范德華力相互聯接形成網狀結構，才使水凝膠具有強的吸水性、溶脹性、觸變性、脫水收縮性、彈性和生物相容性。由于水凝膠具有這些特性使其可作人體軟組織的替代物，才引起許多科學工作者廣泛的重視并進行了研究，特別是在醫學和生物學方面的基礎與應用研究更引人矚目。目前通過化學合成的醫用水凝膠，已經在生物細胞的培養、蛋白酶的活性控制、藥物釋放載體、酶、抗原、抗體的分離、人體軟組織填充以及組織工程等方面得到應用，在智能材料方面具有潛在的應用價值。它將成為生物材料學科最活躍、最引人注目、發展最快的研究領域之一。
聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，簡稱PVA)是一種線性水溶性聚合物，白色顆粒狀樹脂，主要以1,3-二醇鍵(頭-尾)的化學結構形式存在，并含有少量(約2％)的1,2-二醇鍵(頭-頭)以及微量的其他多種形式的鏈結構，是一種含有大量側羥基的聚合物。羥基是強親水性基團，因此聚乙烯醇是水溶性高分子化合物。完全醇解型聚乙烯醇是含乙酸根很少而結晶度頗高的聚乙烯醇，由于大分子鏈間的強烈相互作用，水溶性較差。所以通常聚乙烯醇需要在90℃至95℃的熱水中才可完全溶解。同時，聚乙烯醇還可溶于二甲基亞砜、酞胺及脂肪族多羥基化合物，除此之外，幾乎不溶于其它有機溶劑。由于PVA水凝膠除了具備一般水凝膠的性能外，特別具有毒性低、機械性能優良(高彈性模量和高的機械強度)、吸水量高和生物相容性好等優點，因而倍受青睞，目前已成為世界上產量最大的水溶性聚合物。PVA水凝膠在生物醫學和實驗方面的用途非常廣泛，可以做為人造皮膚，人造肌肉等人工代用品。
目前常用的穿刺假體材料有仿肌肉彈道測試材料、塑料溶膠、PVC(聚氯乙稀)、瓊脂等，然而一些材料的力學屬性與真實組織相比有一定差距，作為穿刺假體并不可靠，并且一次或多次穿刺后留下的針道將嚴重導致B超成像質量下降。PVA水溶液與硼砂可以迅速形成水凝膠，但是由于硼砂與PVA反應過于迅速，從而導致形成的水凝膠不均勻，不適合倒入模具成型。
技術實現要素：
解決的技術問題：為了克服現有技術的缺陷，獲得一種高度均一、易于成型，具有與生物組織相近的力學屬性，透超聲，可自修復，能夠循環使用的水凝膠仿生材料，本發明提供了一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料及其制備方法和應用。
技術方案：一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料的制備方法，包含以下步驟：
(1)將聚乙烯醇溶于水中，配制質量分數為5～10％的聚乙烯醇水溶液，室溫保存；
(2)將硼砂溶于甘油中，硼砂的濃度為0.01～0.02g/mL，加入蒸餾水助溶，室溫條件下完全溶解；
(3)將步驟(2)獲得的硼砂的甘油溶液加入步驟(1)的聚乙烯醇水溶液中混合體積比為1:20～1:10，混合均勻后靜置，溶液呈無色透明狀；
(4)向步驟(3)獲得的溶液中加入堿溶液，至形成水凝膠；
(5)步驟(4)中的凝膠用于超聲穿刺后，將其加熱至溶解，再冷卻成型，實現循環使用。
優選的，步驟(1)中聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的質量分數為10％。
優選的，步驟(2)中硼砂的濃度為0.02g/mL。
優選的，步驟(3)中硼砂的甘油溶液與聚乙烯醇水溶液的混合體積比為1:10。
優選的，步驟(4)中堿溶液使用的終濃度為10％。
任一所述方法制備獲得的自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料。
所述的自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料在B型超聲引導穿刺活檢中的應用。
有益效果：(1)本發明所述自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料高度均一、易于成型，具有與生物組織相近的力學屬性，透超聲，可自修復，能夠循環使用；(2)本發明所述自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料在超聲引導下實現穿刺練習，假體材料制備簡單、成本低，可用于教學指導和聯系操作。
具體實施方式
以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。
實施例1
一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料的制備方法，包含以下步驟：
(1)95℃恒溫水浴，將聚乙烯醇溶于水中，配制質量分數為5％的聚乙烯醇水溶液，完全溶解后降至室溫保存；
(2)將硼砂溶于甘油中，硼砂的濃度為0.02g/mL，加入蒸餾水助溶，室溫條件下攪拌至完全溶解；
(3)將步驟(2)獲得的硼砂的甘油溶液加入步驟(1)的聚乙烯醇水溶液中,混合體積比為1:20，高速攪拌至混合均勻后靜置2小時，溶液呈無色透明狀；
(4)向步驟(3)獲得的溶液中加入10％NaOH水溶液，至形成水凝膠；
(5)步驟(4)中的凝膠用于超聲穿刺后，將其加熱至100℃溶解，再降溫至20℃冷卻成型，實現循環使用。
由所述方法制備獲得的自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料。
將上述自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料用于B型超聲引導穿刺活檢中，活檢針柄能比較精確的到達指定位置，且針與凝膠的變形較小。并且可對多次進行穿刺實驗的凝膠進行回收，并進行步驟(5)從而達到PVA材料的回收再利用。
實施例2
一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料的制備方法，包含以下步驟：
(1)95℃恒溫水浴，將聚乙烯醇溶于水中，配制質量分數為7％的聚乙烯醇水溶液，完全溶解后降至室溫保存；
(2)將硼砂溶于甘油中，硼砂的濃度為0.0125g/mL，加入蒸餾水助溶，室溫條件下攪拌至完全溶解；
(3)將步驟(2)獲得的硼砂的甘油溶液加入步驟(1)的聚乙烯醇水溶液中，混合體積比為2:10，高速攪拌至混合均勻后靜置2小時，溶液呈無色透明狀；
(4)向步驟(3)獲得的溶液中加入10％NaOH水溶液，至形成水凝膠；
(5)步驟(4)中的凝膠用于超聲穿刺后，將其加熱至100℃溶解，再降溫至20℃冷卻成型，實現循環使用。
由所述方法制備獲得的自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料。
將上述自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料用于B型超聲引導穿刺活檢中，活檢針柄能比較精確的到達指定位置，且針與凝膠的變形較小。并且可對多次進行穿刺實驗的凝膠進行回收，并進行步驟(5)從而達到PVA材料的回收再利用。
實施例3
一種自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料的制備方法，包含以下步驟：
(1)95℃恒溫水浴，將聚乙烯醇溶于水中，配制質量分數為10％的聚乙烯醇水溶液，完全溶解后降至室溫保存；
(2)將硼砂溶于甘油中，硼砂的濃度為0.01g/mL，加入蒸餾水助溶，室溫條件下攪拌至完全溶解；
(3)將步驟(2)獲得的硼砂的甘油溶液加入步驟(1)的聚乙烯醇水溶液中,混合體積比為1:10，高速攪拌至混合均勻后靜置2小時，溶液呈無色透明狀；
(4)向步驟(3)獲得的溶液中加入10％NaOH水溶液，至形成水凝膠；
(5)步驟(4)中的凝膠用于超聲穿刺后，將其加熱至100℃溶解，再降溫至20℃冷卻成型，實現循環使用。
由所述方法制備獲得的自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料。
將上述自修復超聲穿刺用聚乙烯醇水凝膠仿生材料用于B型超聲引導穿刺活檢中，活檢針柄能比較精確的到達指定位置，且針與凝膠的變形較小。并且可對多次進行穿刺實驗的凝膠進行回收，并進行步驟(5)從而達到PVA材料的回收再利用。