辐射法制备Fricke凝胶剂量计
发布时间：2020-07-18 04:46
【摘要】：辐射剂量验证技术是肿瘤放射治疗过程中的关键技术,Fricke凝胶剂量计因其制备简单、组织等效性好正逐步成为研究的热点。本研究采用辐射交联"一步法"制备Fricke凝胶剂量计,利用傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)、X线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)与热重分析仪(Thermo-gravimetric analyser,TGA)等仪器对凝胶样品的化学结构和成分进行了分析,利用分子动力学模拟研究了亚铁离子在凝胶剂量计中的扩散行为,并在医用加速器下对凝胶进行辐照,利用多功能酶标仪测定凝胶的辐射剂量响应。结果表明,辐射法制备的Fricke凝胶剂量计中,聚丙烯酸链可以抑制亚铁离子在凝胶样品中的扩散行为,添加二甲酚橙(Xylenol orange,XO)可以改善Fricke凝胶剂量计的剂量敏感性。
【图文】：
，然后利用一台6MV西门子Primus加速器（苏州大学附属第一医院放疗科）对样品进行标定实验，剂量率为2Gy·min-1，5份样品的受照剂量分别为0Gy、5Gy、10Gy、30Gy、50Gy。然后用多功能酶标仪测量受照剂量为0Gy和50Gy的样品在400-700nm之间的吸光度，依据结果绘制吸收光谱图。选择吸光度差别最大的波长作为，并测量在此处5份样品的吸光度，依据结果绘制标准曲线，从而得到Fricke凝胶剂量计在临床放疗剂量范围内的剂量响应关系。2结果与分析2.1凝胶含量测定结果不同反应条件下的样品凝胶含量的百分数如图1所示。图1(a)为丙烯酸浓度20%、受照剂量为50kGy的条件下凝胶含量与Fe2+浓度之间的关系，由图1(a)可见，随着体系中亚铁离子浓度的增加，所得样品的凝胶含量降低，这是由于亚铁离子具有抑制自由基的聚合反应作用[14]，其中硫酸亚铁铵就是一种常见的阻聚剂。图1(b)显示了Fe2+浓度为10-3mol·L-1时单体浓度对凝胶含量的影响，可以看出，单体浓度低于10%时，样品中凝胶含量曲线增长的速度非常缓慢；当单体浓度在10%-15%时，凝胶含量曲线呈指数增长趋势，而单体浓度大于15%时，凝胶含量达到100%。这是由于单体浓度较低时，高分子链段不足以形成三维网状结构的凝胶，同时Fe2+对交联过程也有一定的抑制作用。由图1(c)可以看出，当吸收剂量位于30-100kGy时，所得样品中的凝胶含量呈现缓慢下降趋势，这是由于在辐照过程中，辐照聚合及交联反应与辐照降解反应存在一定的竞争关系，随着吸收剂量的增加，降解反应增加，因而凝胶含量随着剂量的增加而降低。图1不同反应条件下剂量计中的凝胶含量Fig.1GelcontentofFrickegeldosimetervs.differentreactioncondition.2.2Fricke凝胶结构及热性能分析图2(a
降低了9.8oC（图2(c),B）和11.4oC（图2(c),C），这说明亚铁离子和二甲酚橙的存在对于水凝胶的热性能没有太大影响。吸水能力是水凝胶的一个重要特性[20]，图2(d)显示了凝胶样品的吸水能力。可以看出，随着时间的增加，凝胶的吸水率也不断上升，并且在30h之后趋于饱和。同时可以看出，水凝胶的吸水能力可以达到自身重量的60倍以上，并且实验过程中发现，水凝胶在吸水测试之后仍然保持着良好的机械性能，这就意味着Fricke凝胶除了具有良好的组织等效性之外，还具有良好的机械性，可以作为放疗剂量验证材料使用。图2Fricke凝胶结构热性能分析及吸水性测试结果(a)傅里叶红外光谱分析，(b)X线衍射分析,(c)热重分析，(d)吸水性Fig.2TheresultofTGAandwaterabsorptionanalysis.(a)FTIRspectra,(b)XRDspectra,(c)TGAspectraofnormalgelandFrickegel,(d)WaterabsorptionofFrickegel2.3自氧化与扩散行为当Fricke凝胶暴露在空气中时，将会吸收空气中的氧气而自动发生氧化反应。图3为4份样品在空气中暴露不同时间之后颜色变化的对比图片。样品A1、A2中的Fe2+的浓度分别为0.001mol·L-1和0.005mol·L-1，B1、B2中Fe2+浓度相同而二甲酚橙的浓度不同，分别为0.0003mol·L-1与0.0015mol·L-1。其他实验条件与图2相同。比较A1和A2以及B1和B2，可以发现随着Fe2+含量的增加，颜色变化越来越明显，说明提高Fe2+含量有助于提高Fricke凝胶剂量计的灵敏度。B1、B2是添加了二甲酚橙的Fricke凝胶剂量计样品，比较A2和B1或B2可见，添加二甲酚橙可以使凝胶的颜色变化更加明显。因为Fe2+的自身氧化反应是受Fe3+/Fe2+离子对的氧化还原电势影响的，而添加合适的配体，选择性地同其中一种离子结合，将改变F
郑噫釠
本文编号：2760435
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，然后利用一台6MV西门子Primus加速器（苏州大学附属第一医院放疗科）对样品进行标定实验，剂量率为2Gy·min-1，5份样品的受照剂量分别为0Gy、5Gy、10Gy、30Gy、50Gy。然后用多功能酶标仪测量受照剂量为0Gy和50Gy的样品在400-700nm之间的吸光度，依据结果绘制吸收光谱图。选择吸光度差别最大的波长作为，并测量在此处5份样品的吸光度，依据结果绘制标准曲线，从而得到Fricke凝胶剂量计在临床放疗剂量范围内的剂量响应关系。2结果与分析2.1凝胶含量测定结果不同反应条件下的样品凝胶含量的百分数如图1所示。图1(a)为丙烯酸浓度20%、受照剂量为50kGy的条件下凝胶含量与Fe2+浓度之间的关系，由图1(a)可见，随着体系中亚铁离子浓度的增加，所得样品的凝胶含量降低，这是由于亚铁离子具有抑制自由基的聚合反应作用[14]，其中硫酸亚铁铵就是一种常见的阻聚剂。图1(b)显示了Fe2+浓度为10-3mol·L-1时单体浓度对凝胶含量的影响，可以看出，单体浓度低于10%时，样品中凝胶含量曲线增长的速度非常缓慢；当单体浓度在10%-15%时，凝胶含量曲线呈指数增长趋势，而单体浓度大于15%时，凝胶含量达到100%。这是由于单体浓度较低时，高分子链段不足以形成三维网状结构的凝胶，同时Fe2+对交联过程也有一定的抑制作用。由图1(c)可以看出，当吸收剂量位于30-100kGy时，所得样品中的凝胶含量呈现缓慢下降趋势，这是由于在辐照过程中，辐照聚合及交联反应与辐照降解反应存在一定的竞争关系，随着吸收剂量的增加，降解反应增加，因而凝胶含量随着剂量的增加而降低。图1不同反应条件下剂量计中的凝胶含量Fig.1GelcontentofFrickegeldosimetervs.differentreactioncondition.2.2Fricke凝胶结构及热性能分析图2(a
降低了9.8oC（图2(c),B）和11.4oC（图2(c),C），这说明亚铁离子和二甲酚橙的存在对于水凝胶的热性能没有太大影响。吸水能力是水凝胶的一个重要特性[20]，图2(d)显示了凝胶样品的吸水能力。可以看出，随着时间的增加，凝胶的吸水率也不断上升，并且在30h之后趋于饱和。同时可以看出，水凝胶的吸水能力可以达到自身重量的60倍以上，并且实验过程中发现，水凝胶在吸水测试之后仍然保持着良好的机械性能，这就意味着Fricke凝胶除了具有良好的组织等效性之外，还具有良好的机械性，可以作为放疗剂量验证材料使用。图2Fricke凝胶结构热性能分析及吸水性测试结果(a)傅里叶红外光谱分析，(b)X线衍射分析,(c)热重分析，(d)吸水性Fig.2TheresultofTGAandwaterabsorptionanalysis.(a)FTIRspectra,(b)XRDspectra,(c)TGAspectraofnormalgelandFrickegel,(d)WaterabsorptionofFrickegel2.3自氧化与扩散行为当Fricke凝胶暴露在空气中时，将会吸收空气中的氧气而自动发生氧化反应。图3为4份样品在空气中暴露不同时间之后颜色变化的对比图片。样品A1、A2中的Fe2+的浓度分别为0.001mol·L-1和0.005mol·L-1，B1、B2中Fe2+浓度相同而二甲酚橙的浓度不同，分别为0.0003mol·L-1与0.0015mol·L-1。其他实验条件与图2相同。比较A1和A2以及B1和B2，可以发现随着Fe2+含量的增加，颜色变化越来越明显，说明提高Fe2+含量有助于提高Fricke凝胶剂量计的灵敏度。B1、B2是添加了二甲酚橙的Fricke凝胶剂量计样品，比较A2和B1或B2可见，添加二甲酚橙可以使凝胶的颜色变化更加明显。因为Fe2+的自身氧化反应是受Fe3+/Fe2+离子对的氧化还原电势影响的，而添加合适的配体，选择性地同其中一种离子结合，将改变F
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