CN108578790A - 一种可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法，海藻酸基生物材料包括如下组分：组分A：水溶性的海藻酸盐，海藻酸盐在海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；组分B：含二价或多价金属阳离子的交联剂，交联剂在海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；组分C：显影剂，显影剂为医用可显影的液剂或粉剂，显影剂在海藻酸基生物材料中的含量为0.001～260％(g/ml)；其余：注射用水。本发明的生物材料便于采用微创血管介入手术进行注射植入，力学支撑性能均一且稳定，可通过多种预混合等措施调控临床所需的关键性能指标，包括凝胶化进程和力学支撑性能，进而起到充足的力学支撑功效，组织相容性良好，手术操作难度低，适用范围广，风险小，安全有效性佳。

Description

一种可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及海藻酸基生物材料领域，特别是涉及一种用于心衰辅助治疗的可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法。

背景技术

心衰亦即心力衰竭，是指由于心脏的收缩功能和舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍。心衰的主要发病机制之一为心室病理性重构，其主要表现为左心室形态和结构方面的改变，如心室扩张、肥大、球形膨大等，而这些改变又会进一步加剧患者临床病症的恶化。目前心衰的治疗分为药物治疗和非药物治疗，尽管作为标准策略的药物治疗取得了长足进展，但研究表明，现有信号分子相关药物并不能逆转心室重构，单纯接受药物治疗，无症状的左心室功能严重减退患者一年死亡率高达50％。非药物治疗包括左心室辅助装置，心脏复律除颤器以及最终的心脏移植，但前两种治疗方法都存在各种临床并发症、持续治疗时间短、治疗成本昂贵等局限性，难以推广，而心脏移植又受供体缺乏、手术风险高等的限制，患者等待供体期间一年死亡率达到41％。临床研究已证实，心衰的进展与心室扩张之间存在密不可分的关系，因此，如何遏制或者逆转左心室的扩张，已经成为目前心衰治疗领域的一个关键着力点，基于这种机制来设计构筑相应的医疗器械将有望为治疗心衰创造新的可能。

水凝胶是一类以水为分散介质的聚合物材料，其具有的三维网状交联结构为细胞提供三维立体的生长环境，并为周围组织提供力学支撑。以水凝胶形式存在的海藻酸基生物材料是一种水状胶体的多糖类物质，和其他的生物材料相比，这种海藻酸基生物材料具有良好的生物惰性不会引起抗原反应，结构上与胞外基质相近的特点，目前已经被广泛应用在组织工程和组织再生领域。将海藻酸基生物材料注射植入至左心室心肌壁中，作为“假体支架”起到一定的力学支撑作用以支撑心室壁，进而缩小心室容积，降低心室壁张力，改善心脏整体功能，从而达到阻止甚至逆转心室重构，因此这是一种治疗心衰的新型治疗途径。然而，对于现有技术中能够满足注射植入要求的海藻酸基生物材料而言，由于受到组分配方的限制，导致其制备方法以及最终形成的海藻酸基生物材料的力学支撑性能表现存在如下不足：1)制备方法通常为海藻酸钠溶解于水中形成溶液的海藻酸钠体系与海藻酸钙悬浮于水中形成悬浮液的海藻酸钙体系(亦即：交联剂体系)相互混合接触后交联形成，由于海藻酸钙不溶于水，导致海藻酸钙体系不是溶液，而是悬浮液，悬浮液具有不均一、不稳定、静置后会出现分层等诸多缺点，进一步地，海藻酸钙体系在静止状态下海藻酸钙并未均匀分散在水中，而是因重力沉降会快速堆积在体系的底部，这就致使：a)操作者在使用前不得不以一定方式，例如摇晃或搅拌，使海藻酸钙分散在此体系中，这无疑在一定程度上增加了手术操作者的操作难度，也在一定程度上延长了手术时间，增加了患者的手术风险；b)尽管在使用时“作为不得已的应付方法”临时性地进行摇晃或搅拌等操作，但依然很难保证海藻酸钙能够充分且均匀地分散在此体系中，这种制备过程的不可控致使海藻酸钙体系与海藻酸钠体系混合后进行交联反应的程度极可能不充分，以致于最终形成的海藻酸基生物材料的支撑强度不均，因此其提供的力学支撑性能的均一性不足，进而影响手术治疗的有效性；2)更重要的是，在满足能够注射植入的前提下，现有技术最终形成的海藻酸基生物材料能提供的支撑强度仅在0.1KPa至6KPa之间，这远低于人体心脏心肌在心舒张末期时自身能提供的支撑强度(约数十千帕及以上)，因此现有技术的可注射植入的海藻酸基生物材料植入于人体心脏组织时提供的力学支撑性能十分有限，其作为“假体支架”起到的力学支撑效果大打折扣。

另一方面，在现有技术条件下，目前可注射的海藻酸基生物材料植入于心室壁采用外科手术，在临床实际的手术中已暴露出如下问题：1)需开胸并充分暴露心脏至少左心室游离壁的外表面，此开胸手术创伤大，手术危险性极高，容易发生并发症，且部分年老患者及患有相关禁忌症患者不适于实施该手术；2)手术操作者确认左心室中间水平线为注射部位后，通常需使用外科标记笔在左心室的心室壁外表面划一直线作为标记参考线，在标记参考线附近，如标记参考线的上下两侧需再次使用标记笔标记多达近20个的注射定位点以便于所有注射靶点的定位可视，而实际上，在整个手术过程中，心脏一直处于跳动状态，手术操作者用标记笔在心脏外表面划标记参考线和注射定位点的操作较为困难，会大大延长手术时间，增加患者的风险；同时，标记使用的颜料也会在心脏跳动的过程中扩散甚至脱落，导致标记注射点模糊甚至消失，需要多次重复补划，进一步增加操作难度，且影响标记的精度；此外，标记颜料脱落后存留于患者体内，无法随着患者的代谢全部排出体外，在体内造成污染，以增加生物学风险。

微创血管介入手术因其创伤小、安全性高、患者痛苦轻、术后恢复快、并发症少等特点，成为医学界公认的治疗心血管病的前沿技术手段，它是在数字减影血管造影机、CT、超声和磁共振等影像设备的引导和监视下，利用穿刺针、导管和其他介入器材，通过人体自身血管入路将特定医疗器械导入病变部位进行诊治的一种先进技术。但是，现有技术可注射植入的海藻酸基生物材料如直接运用微创血管介入手术进行注射植入则需要解决无法通过肉眼直视下多个注射靶点定位这一关键问题，这就带来如下弊端：1)不得不额外设计并使用功能非常强大的注射系统以满足心室内壁多次寻找注射靶点的临床实际需求，这不仅给患者增加巨大的经济负担，还给手术操作者的操作水平提出高要求；2)在每一次寻找注射目标靶点以及进行每一个靶点最终定位时均需额外使用大量显影剂来持续增强影像观察效果，使无法肉眼直视到的血管和左心室内壁等组织借助于造影设备等清晰成像，以协助医生进行微创手术，但对于每位患者而言，由于注射靶点多达数十个，累计使用的显影剂总量将多至数百毫升，而显影剂的过多使用通常会造成显影剂肾病等副作用。

综上，开发一种具有更接近于人体心脏组织的支撑强度或可根据患者心脏组织需要适时进行支撑强度调节，且还便于通过微创血管介入手术注射植入的方式植入到心室壁的海藻酸基生物材料迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便于通过微创血管介入手术注射植入的方式植入到心室壁以用于心衰辅助治疗的可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法，以解决现有技术由于受到组分配方的限制，导致其制备方法和制成的材料只适合采用外科手术而导致的对患者心脏创伤大、手术操作难度高、适应症局限、生物安全性差，以及植入于人体心脏组织起到的力学支撑效果严重不足等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可显影型海藻酸基生物材料，所述海藻酸基生物材料包括如下组分：

组分A：水溶性的海藻酸盐，所述海藻酸盐在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；

组分B：含二价或多价金属阳离子的交联剂，所述交联剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；

组分C：显影剂，所述显影剂为医用可显影的液剂或粉剂，所述显影剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.001～260％(g/ml)；

其余：注射用水。

本发明目的还通过以下的技术方案来进一步实现：

在一个实施方式中，所述显影剂包括碘化物、钡盐、铋类化合物、金属氧化物和金属粉末。

在一个优选的实施方式中，所述碘化物包括碘比醇、碘帕醇、碘海醇、碘佛醇、碘克沙醇、碘普罗胺、碘昔兰、碘他拉葡胺、碘他拉酸钠、碘苯酯、碘番酸、碘卡酸、碘阿芬酸、醋碘苯酸、醋碘苯酸钠、泛影酸、泛影酸钠、泛影葡胺、甲泛影酸、甲泛葡胺、双碘肽葡胺、胆影酸、胆影酸葡甲胺、碘克酸、碘苯扎酸、碘甘卡酸、碘美普尔、碘曲仑、碘吡啦啥、碘多啥、碘克沙酸、碘喷托、碘化钠、碘化油、乙碘油、丙碘酮。

在一个优选的实施方式中，所述碘化物中的碘元素在所述海藻酸基生物材料中的含量为3～60％(g/ml)。

在一个优选的实施方式中，所述钡盐包括硫酸钡；所述铋类化合物包括碱式碳酸铋、氯氧化铋；所述金属氧化物包括氧化锆、氧化铋、氧化钛、氧化铌；所述金属粉末包括钽、铂、铱、铂铱合金、钴、铬、钴铬合金、锇、钨、铑、金、钯、铼。

在一个优选的实施方式中，所述钡盐，或所述铋类化合物，或所述金属氧化物，或所述金属粉末在所述海藻酸基生物材料中的含量为1～100％(g/ml)。

在一个优选的实施方式中，所述粉末的最大尺寸≤1mm。

在一个实施方式中，所述海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵、海藻酸丙二醇酯，所述海藻酸钠的分子式是(C₆H₇NaO₆)x。

在一个优选的实施方式中，所述海藻酸钠的分子量为5～400kDa。

在一个实施方式中，所述的二价金属阳离子包括钙阳离子、钡阳离子、锌阳离子、铁阳离子、镁阳离子、铜阳离子，所述的多价金属阳离子包括铝阳离子、铬阳离子、钼阳离子、锡阳离子。

在一个优选的实施方式中，所述交联剂包括海藻酸钙、葡萄糖酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氯化钙的一种或多种的组合，所述海藻酸钙的分子式是(C₁₂H₁₄O₁₂Ca)x。

在一个优选的实施方式中，所述海藻酸钙的固体颗粒粒径≤1mm。

在一个优选的实施方式中，所述海藻酸钙的固体颗粒粒径为10～300μm。

在一个实施方式中，所述海藻酸基生物材料进一步包括组分D：等渗剂，或者组分E：调节剂，或者组分D等渗剂和组分E调节剂的组合，所述等渗剂调节所述海藻酸基生物材料的渗透压，使其符合应用领域环境要求，所述调节剂调节所述海藻酸基生物材料的pH值，使其符合应用领域环境要求。

在一个优选的实施方式中，所述等渗剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为280～320mmol/L，所述调节剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.001～25％(g/ml)。

在一个优选的实施方式中，所述等渗剂包括碳酸氢钠、磷酸二氢钠、氯化钠、乳酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、葡萄糖、木糖醇、甘露醇、山梨醇、右旋糖酐、三羟甲基氨基甲烷；所述调节剂包括氨丁三醇、氯丁三醇、乙二胺四乙酸二钠、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠钙、氯化氢、葡甲胺。

本发明的另一个目的是通过以下技术方案实现的：

一种上述可显影型海藻酸基生物材料的制备方法，包括如下步骤：(1)预混阶段，在所述预混阶段中，将所述组分C与所述组分A、所述组分B、所述组分D、所述组分E中的一种或多种进行预混合，所述预混合定义为将所需组分先后或一起或分别均匀混合于注射用水中，其中组分A与组分B不能同时存在于同一个预混合物中；(2)反应阶段，在所述反应阶段中，将含有组分A的所述预混合物与组分B进行混合反应，或者将组分A与含有组分B的所述预混合物进行混合反应，或者将含有组分A的所述预混合物与含有组分B的所述预混合物进行混合反应，最终的混合物形成稳定的可显影型海藻酸基生物材料。

本发明的另一个目的还可以通过以下技术方案来进一步实现：

在一个实施方式中，在制备过程中所述的组分A、组分B、组分C、组分D和所述分E均为无菌无热原。

在一个实施方式中，所述预混合和所述混合反应均在室温且无菌条件下进行，反应时间≤50min。

同现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：

1、本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料由于组分C显影剂的引入，使得手术操作者不仅能精确地控制在心肌壁内的实际注射量，确保其注射植入到了心肌壁内，且可实时判断其是否泄漏到左心室腔体内，以便于手术操作者及时纠正手术或尽早采取挽救措施，降低由于泄露导致的高风险；还能根据每位患者的心肌厚度不同等个性差异化需求，进一步实施注射植入手术满足个性化注射，充分确保增强左心室泵血功能这一临床效果有效，其适用范围广；更能大大降低手术操作难度，同时也能降低对配套的注射系统的设计要求。总之，本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料完全且充分地满足手术操作者采用具有革新性的手术方式，即：运用微创血管介入手术将可显影型海藻酸基生物材料注射植入到心肌壁内，这种手术方式便于术中的实时监测和控制，以及术后的随访观察，能确保该手术足够的安全性和有效性，因此具有非常显著的临床价值。

2、本发明在可显影型海藻酸基生物材料中引入组分E调节剂，由此产生的益处有：1)调节其整体的pH值至人体心脏组织适合范围，确保其具有良好的生物相容性；2)提高其在反应阶段前，例如在存储或运输过程中以预混合物形式存在时的性能稳定性；3)引入组分E或改变组分E的材质等调控措施，不仅能够显著调节本生物材料的凝胶化时间，一定程度上满足了临床上对于最佳的凝胶化时间这一实际需求，还能较大幅度调节其支撑强度，一定程度上调整其作为“假体支架”起到的力学支撑效果。

3、本发明的制备过程中，预混阶段的各种实施方式的预混合都带来了异常突出的优点，包括：1)交联剂+显影剂体系中的预混合使得组分B交联剂充分均匀分散并全溶解于注射用水，这种分散均匀、分散程度充分且彻底，完全确保最终形成可显影型海藻酸基生物材料的力学支撑性能均一且稳定，进而增强手术治疗的有效性；2)海藻酸钠+显影剂体系的预混合加上组分C显影剂的含量改变等手段，使得该体系的粘稠度与现有技术相比，得到不同程度的增加(或减少)，这有力地调节反应阶段的凝胶化过程所需的凝胶化时间，故而控制凝胶化进程；3)显影剂体系的预混合，以及上述两种方式的预混合，均使得预混合物形成溶液，溶液具有性能长期稳定的优点，便于运输和持久性存储，确保其及时可用性；4)通过各种实施方式的预混合，以及改变组分C的材质及其含量等调控措施，不仅能大幅度调节凝胶化时间，使得在临床应用中能够满足最佳的凝胶化进程这一关键需求，还能极其有效地调节支撑强度，使其最终能满足于各患者心脏组织对力学支撑性能要求不同的个性化需求，因此具有显著性的临床实用价值；5)值得特别说明的是，通过本发明提供的调控措施，最终获得的可显影型海藻酸基生物材料的支撑强度高达31.9kPa(这一数值几乎能匹配于人体心脏在心舒张末期时自身提供的支撑强度)，相比于现有技术获得的生物材料的支撑强度仅4.6kPa而言其提高幅度达到593％，这使其植入于人体心脏组织时作为“假体支架”起到充足的力学支撑功效，有效增强手术治疗的有效性。

4、对于交联剂+显影剂体系的预混合而言，其均匀的分散过程是自发且快速地进行，不需要如现有技术中进行摇晃或搅拌等被动性的混合操作，降低了手术操作难度，缩短手术时间，减少了患者的手术风险。

5、在预混阶段，组分C显影剂的引入非常有助于促进海藻酸基生物材料的凝胶化进程，从而使得在制备过程中，海藻酸盐的最低使用含量能够降低到0.1％(g/ml)，最终拓展了极低含量的海藻酸盐的使用范围，特别是在组织工程等生物医用领域。

附图说明

图1为现有技术中常用的设计简单型的注射系统的样品实物图。

图2为本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料在经微创血管介入注射植入手术中正在进行第3个靶点注射的状态图。

图3a至图3d为本发明中分别按照实施例9，实施例10，实施例20和实施例21所述的制备方法获得的可显影型海藻酸基生物材料的样品实物图。

图4a和图4b为现有技术中的海藻酸钙体系在静止状态下海藻酸钙不能均匀分散在水中，而是堆积在体系的底部的状态图。

图5示出了本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料在制备过程的预混阶段中，交联剂+显影剂体系的预混合物形成了透明的溶液的状态图。

图6为相比于现有技术而言，本发明提供的各种实施例获得的可显影型海藻酸基生物材料的支撑强度和凝胶化时间实验结果图。

图7a至图7d为本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料注射植入1个月后显示出具有优异的组织相容性，其中图7a和图7b是其在左心室壁内的解剖形态图，图7c和图7d是图7a和图7b的不同放大倍数的微观电镜图。

其中，1是可显影型海藻酸基生物材料，2是设计简单型的注射系统，3是心肌壁。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

为了更加清楚地描述本发明提供的用于心衰辅助治疗的可显影型海藻酸基生物材料及其制备方法，此处限定术语“近端”和“远端”，上述术语为介入医疗器械领域的惯用术语。具体而言，“近端”是指手术过程中靠近手术操作者的一端，“远端”是指手术过程中远离手术操作者的一端。

支撑强度(亦即：力学支撑性能)实验：

将按本发明提供的制备方法充分混合好的可显影型海藻酸基生物材料置于圆柱腔体模具内，待可显影型海藻酸基生物材料试样充分凝胶后，制成直径20mm，高度20mm的圆柱体试样，用万能材料试验机测试试样的支撑强度，设置加压速度为2mm/min，夹距为20mm，直接通过万能材料试验机设备输出的数据得到试样的支撑强度。

微创血管介入手术注射植入的多个靶点注射实验：

将按本发明提供的制备方法充分混合好的可显影型海藻酸基生物材料进行动物试验，动物试验对象为猪，采用股动脉切口，经股动脉→髂动脉→腹主动脉→胸主动脉→降主动脉→主动脉弓→升主动脉→主动脉瓣→左心室的入路路径，选用现有技术中常用的设计简单型的注射系统2(如图1所示，注射系统总长度1.3m，内径1.5mm，其位于远端的针头规格为27G，针头长度为6mm)，进行左心室内壁多靶点注射(含靶点定位)实验。在可显影型海藻酸基生物材料经注射系统注射到左心室壁内时，观察其在X光机下的显影性能。

组织相容性实验：

在微创血管介入手术注射植入的注射靶点定位实验完成后，对试验动物猪饲养1月，解剖并观察可显影型海藻酸基生物材料在左心室壁内的形态，并通过扫描电镜方式观察其与左心室壁内的心肌组织的微观形态。

本发明涉及用于心衰辅助治疗的可显影型海藻酸基生物材料(以下简称为：本生物材料)，本生物材料包括组分A：水溶性的海藻酸盐，海藻酸盐在本生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；组分B：含二价或多价金属阳离子的交联剂，交联剂在本生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；组分C：显影剂，显影剂为医用可显影的液剂或粉剂，显影剂在本生物材料中的含量为0.001～260％(g/ml)；其余：注射用水。对于显影剂而言，优选的，显影剂应具备能够使X光无法穿透的性能。

很显然地，组分C显影剂的加入赋予本生物材料的自显影性能，这带来了如下优点：1)将本生物材料每一次注射植入到左心室心肌壁内时，借助于X光机，手术操作者便可观察到本生物材料是否注射植入到了心肌壁内，这有利于：a)只需使用如图1所示的普通注射系统，不需额外使用设计较复杂、成本十分昂贵的注射系统，极大地减轻患者的经济负担。在考虑运用微创血管介入手术，将生物材料经长1m多的注射系统注射植入到心肌壁内这一迫切临床需求下，对于注射系统生产制造商而言，出于设计简单性和经济性考虑，现有技术的注射系统常优先使用较低弹性模量的高分子材质，如聚酰胺、聚醚嵌段酰胺、聚烯烃、聚氨酯、聚四氟乙烯等，这极易导致注射系统的注射通道的内部空间受到一定的注射压力而发生空间膨大，也就是说，每一次通过注射系统进行生物材料的注射植入时，生物材料在注射系统的近端加料口处进入到注射系统的体积(定义为：注射系统的加料量)并不完全等于注射系统的远端处(亦即：注射针头处)射出的体积(定义为：注射系统的出料量)，当然也不完全等于随后经注射针头注射进入到心肌壁内的体积(定义为：心肌壁内的实际注射量)，且注射系统的加料量通常显著性大于注射系统的出料量。而从目前临床实际上来说，每一次在心肌壁内的实际注射量需控制在一个很小且体积值较为精确的范围，例如0.25-0.35ml。另外，手术操作者惯性思维是：心肌壁内的实际注射量＝注射系统的出料量＝注射系统的加料量，因此注射系统的加料量也应为0.25-0.35ml，在这种情况下，如果手术操作者依然选用现有技术的注射系统来注射植入现有技术的海藻酸基生物材料，便会轻易发生生物材料几乎不能从注射系统的注射针头处注射出来这一临床不良事件，亦即：心肌壁内的实际注射量＝0，致使注射植入手术无效。而对于本发明提供的本生物材料，手术操作者依然可选用现有技术的注射系统，当进行手术操作时，在注射系统的近端加料口处缓慢增加本生物材料的加料量，借助于X光机的辅助，直至判断出本生物材料能从注射系统的注射针头处射出并刚刚进入到心肌壁内这一临界时点，此后，本生物材料在注射系统的加料量＝注射系统的出料量＝心肌壁内的实际注射量，因此本发明提供的本生物材料不需额外使用设计较复杂成本十分昂贵的注射系统，极大地减轻患者的经济负担。b)进一步地，当注射到心肌壁内的实际注射量达到某一值后，手术操作者还可根据每位患者的心肌厚度不同等个性差异化需求，进一步实施注射植入手术满足个性化注射，例如，在X光机的辅助下，缓慢增加本生物材料在注射系统的加料量，直至心肌壁内的实际注射量足以使每位患者的心肌厚度的增加到理想值为止，最终充分确保本生物材料真正发挥增厚心肌厚度，缩小左心室的腔体体积进而增强左心室泵血功能的临床实际效果。c)更进一步地，如果手术操作者实施注射植入手术时，输送系统的加料量过多，或者输送系统的注射针头因心脏的不断跳动致使其与左心室内壁发生脱离，这些情况均可导致生物材料从左心室内壁的注射靶点或输送系统的注射针头处泄露到左心室腔体内，进而造成血管栓塞等手术不良事件的发生，而本发明提供的本生物材料，可便于手术操作者在X光机的辅助下，及时判断本生物材料是否泄漏到左心室腔体内，进而便于手术操作者及时纠正手术或尽早采取挽救措施，降低材料泄露导致的高风险。2)特别重要的是，本生物材料每一次被注射植入到了左心室心肌壁内后，所有的被植入的本生物材料均可自显影，这使得所有的被植入的本生物材料能够形成立体空间坐标点阵，如图2所示，手术操作者可将已形成的立体空间坐标点阵作为后续新注射靶点的重要参考，也就是说，在进行第二次以及后续的多次注射植入时，手术操作者可轻松地观察到之前所有被注射植入到的本生物材料的注射靶点，通过简单地操作现有技术的注射系统，如旋转操作注射系统近端的手柄使注射系统在血管入路内旋转等方式，即可确保所有注射植入靶点不重复，因此大大降低手术操作难度，一定程度上也降低对注射系统的设计要求，当然也有利于术后的随访观察。概而言之，本发明提供的本生物材料，手术操作者不仅能精确地控制在心肌壁内的实际注射量，确保本生物材料注射植入到了心肌壁内，且可实时判断其是否泄漏到左心室腔体内，以便于手术操作者及时纠正手术或尽早采取挽救措施，降低由于泄露导致的高风险；还能根据每位患者的心肌厚度不同等个性化差异，进一步实施注射植入手术以满足个性化注射需求，充分确保增强左心室泵血功能这一临床效果有效，其适用范围广；更能大大降低手术操作难度，同时也能降低对配套的注射系统的设计要求。总之，本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料完全且充分地满足手术操作者采用具有革新性的手术方式，即：运用微创血管介入手术将本生物材料注射植入到心肌壁内，这种手术方式便于术中的实时监测和控制，以及术后的随访观察，能确保该手术足够的安全性和有效性，因此能产生具有非常显著性意义的临床价值。

针对显影剂来说，从形状上讲，显影剂应为具有流体性质的液剂，或为细小粉末状的粉剂，优选的，粉末的最大尺寸≤1mm，以便于采用微创血管介入手术进行注射植入。这两种形状的显影剂均具有分散性良好的优点，因此，显影剂在本生物材料的制备过程中能快速、充分且均匀地分散在本生物材料内，进而确保显影剂在其中任一位置处的分散密度(或体积密度)都相同，最终使得制得的本生物材料的显影性能均一。

从材质上讲，液剂包括碘化物；粉剂包括碘化物、钡盐、铋类化合物、金属氧化物和金属粉末，其中值得一提的是，碘化物包括但不仅限于碘比醇、碘帕醇、碘海醇、碘佛醇、碘克沙醇、碘普罗胺、碘昔兰、碘羟拉葡胺、碘他拉酸钠、碘苯酯、碘番酸、碘卡酸、碘阿芬酸、醋碘苯酸、醋碘苯酸钠、泛影酸、泛影酸钠、泛影葡胺、甲泛影酸、甲泛葡胺、胆影酸、胆影酸葡甲胺、碘克酸、碘苯扎酸、碘甘卡酸、碘美普尔、碘曲仑、碘吡啦啥、碘多啥、碘克沙酸、碘喷托、碘化钠、碘化油、乙碘油、丙碘酮。显影剂的添加量可根据组分A或组分B的量来调整，为确保临床上足够的显影效果，结合考虑碘化物的成本等因素，作为优选的，碘化物中的碘元素在可显影型海藻酸基生物材料中的含量为3～60％(g/ml)。

上述提及的钡盐包括但不仅限于硫酸钡，铋类化合物包括但不仅限于碱式碳酸铋、氯氧化铋，金属氧化物包括但不仅限于氧化锆、氧化铋、氧化钛、氧化铌，金属粉末包括但不仅限于钽、铂、铱、铂铱合金、钴、铬、钴铬合金、锇、钨、铑、金、钯、铼。相比于碘化物来说，此处提及的显影剂，特别是如硫酸钡、氧化铋，氧化锆等，具有更好的生物惰性，更容易的材料获取性，和更低的成本，因此具有更高的性价比。显影剂的添加量可根据组分A或组分B的量来调整，为满足临床上具有显著性的显影功效，结合考虑显影剂的成本以及在本生物材料中的分散均匀性等因素，作为优选的，此处提及的显影剂在本生物材料中的含量为1～100％(g/ml)。

生产制造商或手术操作者可选择使用上述任一种材质制成任一种形状，包括粉末或液体的显影剂，也可选择使用本发明中提及的多种材质配制成粉末或液体的显影剂组合。作为更优选的，显影剂为液剂，在这种情况下，可择优选择医用领域常用且市场上能采购获得的含碘化物且具有水溶性的造影液，例如商品名为三代显，典比乐，欧乃派克，安射力，威视派克，优维显，台利显，典迈伦，安其格纳芬，海赛显，伊索显，等。从上面的描述可知，适合做显影剂的材料很多，本领域技术人员可以根据具体使用环境和使用目的进行选择，以满足临床要求。上面描述的显影剂在本生物材料中的含量范围仅仅是示例性的优选范围，本领域技术人员也可以选择其它的可显影材料，通过有限次的实验获得其适合的使用范围。

对于海藻酸盐来说，适用的海藻酸盐包括但不仅限于海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵、海藻酸丙二醇酯。在一个优选的实施方式中，海藻酸盐为具有良好生物相容性的海藻酸钠，海藻酸钠的分子式是(C₆H₇NaO₆)x，在一个更优选的实施方式中，海藻酸钠的分子量为5～400kDa。对于交联剂而言，其含有的二价金属阳离子包括但不仅限于钙阳离子、钡阳离子、锌阳离子、铁阳离子、镁阳离子、铜阳离子，其含有的多价金属阳离子包括但不仅限于铝阳离子、铬阳离子、钼阳离子、锡阳离子，在一个优选的实施方式中，交联剂包括海藻酸钙、葡萄糖酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氯化钙的一种或多种的组合；进一步地，出于性价比考虑，优先考虑选择使用海藻酸钙，其分子式是(C₁₂H₁₄O₁₂Ca)x；更进一步地，海藻酸钙的固体颗粒粒径≤1mm，以使其在水中具有较好的分散性；再进一步地，海藻酸钙的固体颗粒直径择优选为目前市场有售的常规规格10～300μm。

本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料进一步包括组分D：等渗剂，使用组分D的目的是为了调节本生物材料的整体渗透压，使其符合应用领域环境的生理性液体要求，例如，在应用于左心室心肌壁内时，能避免本生物材料因其组分A、组分B及组分C的存在导致其总体渗透压过高造成各种高危损害，例如：内皮细胞皱缩、细胞间连接变得松散及断裂、血脑屏障受损、红细胞变硬引起微循环紊乱、血容量快速增加使心脏负荷增加、房室间传导及室间传导和复极化作用减弱引起心电改变使心率不齐和心室颤动的发生率增加。为达到此目的，等渗剂可为碳酸氢钠、磷酸二氢钠、氯化钠、乳酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、葡萄糖、木糖醇、甘露醇、山梨醇、右旋糖酐、三羟甲基氨基甲烷的一种或多种，等渗剂在本生物材料中的含量优选为280～320mmol/L。

此外，本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料还进一步包括组分E：调节剂，调节剂可为氨丁三醇、氯丁三醇、乙二胺四乙酸二钠、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠钙、氯化氢、葡甲胺的一种或多种，且调节剂在本生物材料中的含量0.001～25％(g/ml)，组分E的使用具有如下益处：1)调节本生物材料整体的pH值至人体心脏组织适合范围，避免pH过低引起的酸中毒或pH过高引起的碱中毒，以确保其具有良好的生物相容性；2)提高本生物材料在后续提及的反应阶段前，例如在存储或运输过程中以预混合物形式存在时的性能稳定性；3)更重要的是，我们在研究中发现，在本生物材料中加入组分E这一做法能显著调节本生物材料的凝胶化时间，例如，分别选用氢氧化钠和氨丁三醇作为调节剂，能够使得其凝胶化时间从未使用调节剂时的6.83min分别缩短至6.17min和延长至9.33min，具体参见实施例1至3。也就是说，手术操作者能够综合考虑临床实际中对涉及本生物材料相关各手术步骤的耗时，包括：本生物材料从注射前的各组分混合用时，再经设计简单型的注射系统2的整个注射腔流道(包括远端的注射针内腔)的流动用时，随后进入到左心室心肌壁内的目标位置，直至心肌壁内的实际注射量达到临床手术既定体积(至少0.25ml)的注射植入用时，并结合患者对整个手术的耐受时间长短，以确定本生物材料应满足最佳的凝胶化时间，进而从组分配方这一设计源头上来选择组分E的最佳材质，简言之，通过改变组分E的材质，可满足临床上对于最佳的凝胶化时间这一实际需求，因此具有显著性的临床实用价值；4)此外，我们还发现，改变组分E的材质，还可较大幅度地调节本生物材料的支撑强度，例如，分别选用氢氧化钠和氨丁三醇作为调节剂，能够使得本生物材料的支撑强度分别为8.9kPa和5.2kPa，具体参见实施例2至3。因此，通过改变组分E的材质这一措施，在一定程度上可调整本生物材料作为“假体支架”起到的力学支撑效果。

本发明提供的用于心衰辅助治疗的可显影型海藻酸基生物材料的制备方法，包括如下步骤：(1)预混阶段，在预混阶段中，将组分C与组分A、组分B、组分D、组分E中的一种或多种进行预混合并得到预混合物，此处的预混合定义为将所需组分先后或一起或分别均匀混合于注射用水中，其中组分A与组分B不能同时存在于同一个预混合物中；(2)反应阶段，在反应阶段中，将含有组分A的预混合物与组分B进行混合反应，或者将组分A与含有组分B的预混合物进行混合反应，或者将含有组分A的预混合物与含有组分B的预混合物进行混合反应，最终的混合物形成稳定的本生物材料。反应时间优选在50min以内。为满足临床实际需求，确保所形成的本生物材料的安全性，上述制备过程(也包括下述的所有实施例中的制备全过程)中所用的组分应均为无菌无热原，并且预混合和混合反应在室温且无菌条件下进行。

下面结合具体的实施例对本发明提供的可显影型海藻酸基生物材料由不同的组分配方及制备方法所带来的种种优点，包括：制备过程的便捷性，本生物材料的凝胶化时间的调整性，以及最终形成的本生物材料的力学支撑的调控能力等，作更进一步的详细阐述。

实施例1：

(一)预混阶段

(1)含有组分B，组分C和组分D的预混合物(即：交联剂+显影剂体系)的制备：称取计算量的组分B(海藻酸钙，固体颗粒粒径为75μm)，组分C(碘海醇)和组分D(甘露醇)这三种粉末一起溶解于注射用水中，充分溶解，使得组分B，组分C和组分D在此预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为具有水溶性的溶液，此溶液的pH值为3.9。

(2)含有组分A和组分D的预混合物(即：海藻酸钠体系)的制备：称取计算量的组分A(海藻酸钠，分子量为180kDa)和组分D(甘露醇)这两种粉末一起溶解于注射用水中，充分溶解，使得组分A和组分D在此预混合物中的含量分别为2％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为具有水溶性的溶液，此溶液的pH值为7.0。

(二)反应阶段

(3)将上述制备的海藻酸钠体系与交联剂+显影剂体系按体积比1∶1分别灌装到无菌注射器中，再经三通注射器混匀并连接于注射针头管或本发明提及的注射系统注射。

(4)平衡6.83min(亦即：凝胶化时间)可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为5.0，力学支撑强度为8.8kPa。

实施例2：

(一)预混阶段

(1)含有组分B，组分C，组分D和组分E的预混合物(即：交联剂+显影剂体系)的制备：称取计算量的组分B(海藻酸钙，固体颗粒粒径为75μm)，组分C(碘海醇)和组分D(甘露醇)这三种粉末一起溶解于注射用水中，充分溶解，使得组分B，组分C和组分D在此预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，最后选用氢氧化钠作为组分E调节剂，使预混合物的pH值从3.9提升至7.0，最终的预混合物为具有水溶性的溶液。

(2)同实施例1所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例1所述的(3)。

(4)平衡6.17min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为8.9kPa。

实施例3：

(一)预混阶段

(1)组分E调节剂由氢氧化钠替换为氨丁三醇，其他同实施例2所述的(1)。

(2)同实施例1所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例1所述的(3)。

(4)平衡9.33min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为5.2kPa。

实施例4：

(一)预混阶段

(1)含有组分B和组分D的预混合物(即：交联剂体系)的制备：称取计算量的组分B(海藻酸钙，固体颗粒粒径为75μm)和组分D(甘露醇)这两种粉末一起分散于注射用水中，充分混合，使得组分B和组分D在此预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为悬浮液，但此悬浮液的pH值为4.1。

(2)含有组分A，组分C和组分D的预混合物(即：海藻酸钠+显影剂体系)的制备：称取计算量的组分A(海藻酸钠，分子量为180kDa)，组分C(碘海醇)和组分D(甘露醇)这三种粉末一起溶解于注射用水中，充分溶解，使得组分A，组分C和组分D在此预混合物中的含量分别为2％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为具有水溶性的溶液，此溶液的pH值为6.9。

(二)反应阶段

(3)将上述制备的海藻酸钠+显影剂体系与交联剂体系按体积比1∶1分别灌装到无菌注射器中，再经三通注射器混匀并连接于注射针头管或本发明提及的注射系统注射。

(4)平衡9.83min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为5.0，力学支撑强度为9.2kPa。

实施例5：

(一)预混阶段

(1)含有组分B，组分D和组分E的预混合物(即：交联剂体系)的制备：称取计算量的组分B(海藻酸钙，固体颗粒粒径为75μm)和组分D(甘露醇)这两种粉末一起分散于注射用水中，充分混合，使得组分B和组分D在此预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为悬浮液，最后选用氢氧化钠作为组分E调节剂，使悬浮液的pH值从4.1提升至7.0。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为100％，其他同实施例4所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡9.92min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，50％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为8.3kPa。

实施例6：

(一)预混阶段

(1)同实施例5所述的(1)。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为10％，其他同实施例5所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡4.17min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，5％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为7.3kPa。

实施例7：

(一)预混阶段

(1)同实施例5所述的(1)。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为30％，其他同实施例5所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡4.33min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，15％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为7.5kPa。

实施例8：

(一)预混阶段

(1)同实施例5所述的(1)。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为50％，其他同实施例5所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡4.5min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，25％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为9.9kPa。

实施例9：

(一)预混阶段

(1)同实施例5所述的(1)。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为70％，其他同实施例5所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡6.67min可形成稳定的本生物材料，如图3a所示，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，35％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为11.0kPa。

实施例10：

(一)预混阶段

(1)同实施例5所述的(1)。

(2)组分C(碘海醇)在预混合物中的含量为150％，其他同实施例5所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡7.9min可形成稳定的本生物材料，如图3b所示，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.0，力学支撑强度为7.6kPa。

实施例11：

(一)预混阶段

(1)含有组分C和组分E的预混合物(即：显影剂体系)的制备：称取计算量的组分C(碘海醇)，组分E(氨丁三醇)，组分E(乙二胺四乙酸二钠钙)这三种粉末按序先后溶解于注射用水中，充分溶解，使得组分C，组分E(氨丁三醇)，组分E(乙二胺四乙酸二钠钙)在此预混合物中的含量分别为75.5％(g/ml)，0.121％(g/ml)和0.01％(g/ml)，最后选用氯化氢液(0.5M)作为组分E的最终调节剂，使预混合物的pH值从8.8降低至7.0，此时的预混合物为具有水溶性的溶液。

(2)含有组分B，组分C和组分D和组分E的预混合物(即：交联剂+显影剂体系)的制备：称取计算量的组分B(海藻酸钙，固体颗粒粒径为150μm)和组分D(甘露醇)这两种粉末一起溶解于上述步骤(1)的显影剂体系中，充分溶解，使得组分B，组分C和组分D在此预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，最后选用氨丁三醇作为组分E调节剂，使此预混合物的pH值从4.3提升至7.0，最终的预混合物为具有水溶性的溶液。

(3)含有组分A，组分C和组分D和组分E的预混合物(即：海藻酸钠+显影剂体系)的制备：称取计算量的组分A(海藻酸钠，分子量为180kDa)和组分D(甘露醇)这两种粉末一起溶解于上述步骤(1)的显影剂体系中，充分溶解，使得组分A，组分C和组分D在此预混合物中的含量分别为2％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，此预混合物形成为具有水溶性的溶液，此溶液的pH值为7.3。

(二)反应阶段

(4)将上述制备的海藻酸钠+显影剂体系与交联剂+显影剂体系按体积比1∶1分别灌装到无菌注射器中，再经三通注射器混匀并连接于注射针头管或本发明提及的注射系统注射。

(5)平衡6min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.3，力学支撑强度为24.0kPa。

实施例12：

(一)预混阶段

(1)组分C由碘海醇改为碘比醇，组分C(碘比醇)和组分E(氨丁三醇)在预混合物中的含量分别为76.8％(g/ml)和0.3％(g/ml)，最后选用氯化氢液(0.1M)和氢氧化钠作为组分E的最终调节剂，使预混合物的pH值调为7.0，其他同实施例11所述的(1)。

(2)组分C(碘比醇)在此预混合物中的含量为76.8％(g/ml)，组分E调节剂由氨丁三醇改为氢氧化钠，使预混合物的pH值调为7.0，其他同实施例11所述的(2)。

(3)组分C(碘比醇)在此预混合物中的含量为76.8％(g/ml)，其他同实施例11所述的(3)。

(二)反应阶段

(4)同实施例11所述的(4)。

(5)平衡10.33min才可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，76.8％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.2，力学支撑强度为11.2kPa。

实施例13：

(一)预混阶段

(1)组分C由碘海醇改为碘帕醇，组分E(乙二胺四乙酸二钠钙)改为组分E(乙二胺四乙酸二钠)，且组分C(碘帕醇)，组分E(氨丁三醇)，组分E(乙二胺四乙酸二钠)在预混合物中的含量分别为75.5％(g/ml)，4.9％(g/ml)和5％(g/ml)，其他同实施例11所述的(1)。

(2)组分C(碘帕醇)在此预混合物中的含量为75.5％(g/ml)，其他同实施例11所述的(2)。

(3)组分C(碘帕醇)在此预混合物中的含量为75.5％(g/ml)，其他同实施例11所述的(3)。

(二)反应阶段

(4)同实施例11所述的(4)。

(5)平衡9.23min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，75.5％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.2，力学支撑强度为31.9kPa。

实施例14：

(一)预混阶段

(1)组分C由碘海醇改为碘克沙醇，且其在预混合物中的含量为65.2％(g/ml)，其他同实施例11所述的(1)。

(2)组分B海藻酸钙的固体颗粒粒径改为25μm，组分D由甘露醇改为木糖醇，组分C(碘克沙醇)和组分D(木糖醇)在此预混合物中的含量分别为65.2％(g/ml)和320mmol/L，其他同实施例11所述的(2)。

(3)组分C(碘克沙醇)和组分D(木糖醇)在此预混合物中的含量分别为65.2％(g/ml)和320mmol/L，其他同实施例11所述的(3)。

(二)反应阶段

(4)同实施例11所述的(4)。

(5)平衡1.83min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，65.2％(g/ml)和320mmol/L，本生物材料的pH值为7.3，力学支撑强度为9.3kPa。

实施例15：

(一)预混阶段

(1)组分C由碘海醇改为碘普罗胺，且其在预混合物中的含量为76.9％(g/ml)，其他同实施例11所述的(1)。

(2)组分B海藻酸钙的固体颗粒粒径改为300μm，组分D由甘露醇改为氯化钾，组分C(碘普罗胺)和组分D(氯化钾)在预混合物中的含量分别为76.9％(g/ml)和280mmol/L，其他同实施例11所述的(2)。

(3)组分C(碘普罗胺)和组分D(氯化钾)在预混合物中的含量分别为76.9％(g/ml)和280mmol/L，其他同实施例11所述的(3)。

(二)反应阶段

(4)同实施例11所述的(4)。

(5)平衡13.88min才可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，76.9％(g/ml)和280mmol/L，本生物材料的pH值为7.3，力学支撑强度为5.3kPa。

实施例16：

(一)预混阶段

(1)组分B在预混合物中的含量为3％(g/ml)，其他同实施例5所述的(1)。

(2)组分A在预混合物中的含量为4％(g/ml)，其他同实施例1所述的(2)。

(3)同实施例11所述的(1)。

(二)反应阶段

(4)将上述制备的(2)海藻酸钠体系，(3)显影剂体系以及(1)交联剂体系按体积比1∶1∶2分别灌装到无菌注射器中，先用三通注射器使海藻酸钠体系与显影剂体系混匀得到海藻酸钠+显影剂体系的预混合物，随即将此预混合物与交联剂体系经三通注射器混匀并连接于注射针头管或本发明提及的注射系统注射。

(5)平衡6.75min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为2％(g/ml)，1.5％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.5，力学支撑强度为12.5kPa。

实施例17：

(一)预混阶段

(1)组分B由海藻酸钙改为海藻酸钙+葡萄糖酸钙的组合，组分D由甘露醇改为葡萄糖，且组分B(海藻酸钙)，组分B(葡萄糖酸钙)和组分D(葡萄糖)在预混合物中的含量分别为1％(g/ml)，19％(g/ml)和640mmol/L，其他同实施例5所述的(1)。

(2)组分A海藻酸钠的分子量改为400kDa，组分D由甘露醇改为葡萄糖，且组分A(海藻酸钠)和组分D(葡萄糖)在预混合物中的含量分别为0.2％(g/ml)和640mmol/L，其他同实施例1所述的(2)。

(3)组分C(碘帕醇)和组分E(乙二胺四乙酸二钠)的含量分别改为520％(g/ml)和40.1％(g/ml)，其他同实施例13所述的(1)。

(二)反应阶段

(4)同实施例16所述的(4)。

(5)平衡2.5min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为0.1％(g/ml)，10％(g/ml)，260％(g/ml)和320mmol/L，本生物材料的pH值为7.7，力学支撑强度为16.6kPa。

实施例18：

(一)预混阶段

(1)组分D由甘露醇改为乳酸钠，且组分B(海藻酸钙)和组分D(乳酸钠)在预混合物中的含量分别为0.2％(g/ml)和560mmol/L，其他同实施例16所述的(1)。

(2)组分A海藻酸钠的分子量为5kDa，组分D由甘露醇改为乳酸钠，且组分A(海藻酸钠)和组分D(乳酸钠)在预混合物中的含量分别为20％(g/ml)和560mmol/L，其他同实施例16所述的(2)。

(3)同实施例17所述的(3)。

(二)反应阶段

(4)同实施例16所述的(4)。

(5)平衡50min才可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为10％(g/ml)，0.1％(g/ml)，260％(g/ml)和280mmol/L，本生物材料的pH值为7.3，力学支撑强度为0.16kPa。

实施例19：

(一)预混阶段

(1)组分B海藻酸钙的固体颗粒粒径改为48μm，且组分B在预混合物中的含量为20％(g/ml)，其他同实施例5所述的(1)。

(2)组分A海藻酸钠的分子量改为360kDa，且组分A在预混合物中的含量为0.2％(g/ml)，其他同实施例4所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡15min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为0.1％(g/ml)，10％(g/ml)，37.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.1，力学支撑强度为0.3kPa。

在此值得特别一提的是，参照本实施例，在步骤(2)中不添加任何材质的显影剂，而其他组分的材质和配方，及制备方法均完全相同，在步骤(4)中经过长达16h的持续观察，最终的混合物仍呈现流体形态，终不能获得形状固定，性能稳定的生物材料。进一步地，在现有技术中，组分A海藻酸盐，如海藻酸钠在极低含量(如0.1％-0.5％(g/ml))的情况下，几乎无法形成稳定的海藻酸基生物材料，而对于本发明而言，在预混阶段，组分C显影剂的引入非常有助于促进海藻酸基生物材料的凝胶化进程，从而使得在制备过程中，海藻酸盐的最低使用含量能够降低到0.1％(g/ml)，最终拓展了极低含量的海藻酸盐的使用范围，尤其是在组织工程等生物医用领域。

实施例20：

(一)预混阶段

(1)组分C由碘海醇改为粉末状的硫酸钡，且其在预混合物中的含量为30％(g/ml)，此预混合物为悬浮液，最后选用氢氧化钠作为组分E调节剂，使预混合物的pH值从4.8提升至7.0，其他同实施例2所述的(1)。

(2)同实施例1所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例1所述的(3)。

(4)平衡0.23min即可形成稳定的本生物材料，如图3c所示，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，15％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.1，力学支撑强度为12.0kPa。

实施例21：

(一)预混阶段

(1)组分C由硫酸钡改为粉末状的金属纯钽，且其在预混合物中的含量为30％(g/ml)，其他同实施例19所述的(1)。

(2)同实施例1所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例1所述的(3)。

(4)平衡0.25min即可形成稳定的本生物材料，如图3d所示，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，15％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.1，力学支撑强度为10.4kPa。

实施例22：

(一)预混阶段

(1)组分B(海藻酸钙)的固体颗粒粒径改为48μm，组分C由碘海醇改为纳米级的氧化钛，且其组分B(海藻酸钙)和组分C(氧化钛)在预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)和30％(g/ml)，其他同实施例2所述的(1)。

(2)组分A由海藻酸钠改为海藻酸铵，海藻酸铵的分子量为330kDa，且组分A(海藻酸铵)在预混合物中的含量为2％(g/ml)，其他同实施例1所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡2min即可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，0.75％(g/ml)，15％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.2，力学支撑强度为13.3kPa。

实施例23：

(一)预混阶段

(1)组分B由海藻酸钙改为硫酸铝，组分C有碘海醇改为碱式碳酸铋，且组分B(硫酸铝)和组分C(碱式碳酸铋)在预混合物中的含量分别为1.5％(g/ml)，30％(g/ml)，此预混合物形成为悬浮液，其他同实施例2所述的(1)。

(2)组分A由海藻酸钠改为海藻酸钠和海藻酸丙二醇酯的组合，海藻酸丙二醇酯的分子量为240kDa，且组分A(海藻酸钠)和组分A(海藻酸丙二醇酯)在预混合物中的含量均为2％(g/ml)，其他同实施例4所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例4所述的(3)。

(4)平衡6.25min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为2％(g/ml)，0.75％(g/ml)，52.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.1，力学支撑强度为28.5kPa。

实施例24：

(一)预混阶段

(1)组分B由海藻酸钙改为海藻酸钙+纳米级的碳酸钙的组合，且组分B(海藻酸钙)，组分B(碳酸钙)和组分C(碘海醇)在预混合物中的含量分别为15％(g/ml)，0.2％(g/ml)，260％(g/ml)，其他同实施例2所述的(1)。

(2)组分A由海藻酸钠改为海藻酸钾，海藻酸钾的分子量为210kDa，且组分A(海藻酸钾)在预混合物中的含量为2％(g/ml)，其他同实施例4所述的(2)。

(二)反应阶段

(3)同实施例11所述的(4)。

(4)平衡7min可形成稳定的本生物材料，本生物材料中组分A，组分B，组分C和组分D的含量分别为1％(g/ml)，7.6％(g/ml)，167.75％(g/ml)和302mmol/L，本生物材料的pH值为7.1，力学支撑强度为14.3kPa。

现有技术中的制备方法通常为海藻酸钠溶解于水中形成溶液的海藻酸钠体系与海藻酸钙悬浮于水中形成悬浮液的海藻酸钙体系相互混合接触后交联形成，由于海藻酸钙不溶于水，导致海藻酸钙体系不是溶液，而是悬浮液，悬浮液具有不均一、不稳定、静置后会出现分层等缺点，也就是说，如图4a和图4b所示，海藻酸钙体系在静止状态下海藻酸钙并未均匀分散在水中，而是因重力沉降会快速堆积在体系的底部，这就致使：a)操作者在使用前不得不以一定方式，例如摇晃或搅拌，使海藻酸钙分散在此体系中，这无疑在一定程度上增加了手术操作者的操作难度，也在一定程度上延长了手术时间，增加了患者的手术风险；b)尽管在使用时“作为不得已的应付方法”临时性地进行摇晃或搅拌等操作，但依然很难保证海藻酸钙能够充分且均匀地分散在此体系中，这种制备过程的不可控致使海藻酸钙体系与海藻酸钠体系混合后进行交联反应的程度极可能不充分，以致于最终形成的海藻酸基生物材料的支撑强度不均，因此其提供的力学支撑性能的均一性不足，进而影响手术治疗的有效性。本发明的制备方法包括预混阶段和反应阶段。对于预混阶段的预混合而言，在一种实施方式中，预混合的组分为组分C与组分B，但不含组分A，而组分D或组分E可选择性加入，即形成至少包含组分C和组分B的交联剂+显影剂体系，交联剂+显影剂体系的组合可以为：组分C+组分B、组分C+组分B+组分D(例如实施例1)、组分C+组分B+组分E、组分C+组分B+组分D+组分E(例如实施例2和实施例3)，经过大量的探索性实验后，我们发现这一类预混合能够带来异常显著的优点：1)正是由于组分C的加入，组分B有效分散于注射用水中才变得可能，特别地，随着组分C(包括多种碘化物)含量的增加，组分B在注射用水中的分散程度与现有技术中仅加组分B于注射用水中得到的悬浮液相比，获得非常显著的提升，并最终能够成为组分B充分均匀分散并全溶解于注射用水而成的水状溶液，如图5所示，这完全有效避免现有技术因交联剂难均匀分散的本性形成悬浮液而导致前述的种种弊端。首先，此预混合中这种分散过程是自发且快速地进行，不需要如现有技术中进行摇晃或搅拌等被动性的混合操作，因此降低了手术操作难度，缩短手术时间，减少了患者的手术风险；其次，这种分散均匀，分散程度充分且彻底，完全确保最终形成本生物材料的支撑强度均匀，力学支撑性能均一且稳定，进而增强手术治疗的有效性；此外，预混合形成的溶液具有性能长期稳定的优点，便于运输和持久性存储，确保此生物材料的及时可用性；2)重要的是，如实施例2所示，将此类预混合得到的交联剂+显影剂体系与海藻酸钠体系混合，由此得到的本生物材料的支撑强度为8.9kPa，而现有技术未添加使用组分C和组分E，在其他组分的成分及含量均相同的前提下得到的生物材料的支撑强度仅为4.6kPa，亦即：实施例2得到的力学支撑强度相比于现有技术提高了93％，因此，本发明提供的此类预混合能够促使本生物材料的支撑强度接近于人体心脏组织的支撑强度，进而使其植入于人体心脏组织时提供的力学支撑性能得到增强；3)进一步地，改变组分C的材质，能非常有效地调节本生物材料在临床实际使用中的关键性能(特别是支撑强度和凝胶化时间)，如实施例2，实施例20和实施例21所示的组分C的材质分别为碘海醇，硫酸钡和金属纯钽，其力学支撑强度分别为8.9kPa，12.0kPa和10.4kPa，其凝胶化时间分别为6.17min，0.23min和0.25min，支撑强度的调节使得本发明提供的本生物材料最终能够满足于各患者心脏组织对力学支撑性能要求不同的个性化需求，而凝胶化时间的大幅度调节使得其在临床应用中能够满足最佳的凝胶化进程这一关键需求，因此具有显著性的临床实用价值，值得一提的是，当选择使用非碘化物作为组分C时，制得的本生物材料更适合于凝胶化进程快速的手术，如经开胸途径注射植入到心室壁的外科手术。

在另一种实施方式中，预混合的组分为组分C与组分A，但不含组分B，而组分D或组分E可选择性加入，即形成至少包含组分C和组分A的海藻酸钠+显影剂体系，海藻酸钠+交联剂体系的组合可以为：组分C+组分A、组分C+组分A+组分D(例如实施例4至实施例10)、组分C+组分A+组分E、组分C+组分A+组分D+组分E。经过大量的探索性实验后，我们发现这一类预混合也能带来非常显著的优点：1)组分C与组分A均能一并完全溶解于注射用水中形成溶液，溶液性能长期稳定，为最终形成的本生物材料的支撑强度的均匀性奠定了强有力的基础；2)随着组分C含量的增加，此类预混合得到的溶液的粘稠度与现有技术中仅把组分A和(或)组分D混合于注射用水中得到的海藻酸钠体系相比，有不同程度地增加(或减少)，这使得预混合得到的溶液与交联剂体系混合发生凝胶化过程所需的凝胶化时间这个注射植入手术需考虑的关键参数进行调节，故而控制凝胶化进程，可调节的凝胶化时间范围在50min以内，例如实施例5至实施例10，在确保其他所有组分的成分及含量均相同且制备过程均相同的前提下，当组分C(碘海醇)在本生物材料的含量在5％(g/ml)和75％(g/ml)之间变化时，本生物材料的凝胶化时间能在4.17min和9.92min之间变化，如图6所示，也就是说，手术操作者能够综合考虑临床实际中对涉及本生物材料相关各手术步骤的耗时，患者对整个手术的耐受时间长短，并结合本生物材料的显影效果来确定生物材料应满足最佳的凝胶化时间，进而确定组分C的最终添加量，简言之，改变组分C的添加量，可有力地满足临床实际需求，因此有着显著的临床实用价值；3)更重要的是，如实施例9所述，将此类预混合得到的海藻酸钠+显影剂体系与交联剂体系混合，由此得到的本生物材料的支撑强度可达到11kPa，而现有技术未添加使用组分C，在其他组分的成分及含量均相同的前提下得到的生物材料的支撑强度仅为4.6kPa，亦即：实施例9得到的支撑强度相比于现有技术提高了139％，因此，通过本发明提供的此类预混合能够促使本生物材料的支撑强度更加接近于人体心脏组织的支撑强度，进而使其植入于人体心脏组织时提供的力学支撑性能得到显著性增强。

在又一种实施方式中，预混合的组分为组分C与组分D或组分E，但不含组分A及组分B，即形成至少包含组分C但不含组分A和组分B的显影剂体系，显影剂体系的组合可以为：组分C+组分D、组分C+组分E(例如实施例11至实施例15)、组分C+组分D+组分E，当然也可单独将组分C与注射用水进行预混合，这一类预混合具有的优点包括：1)预混合使得组分C形成溶液状态的显影剂体系，溶液性能长期稳定，便于运输和持久性存储；2)预混阶段得到的显影剂体系，以及显影剂体系与组分B预混合得到的交联剂+显影剂体系的粘稠度均极低，几乎与水接近，这便于手术操作者在手术中能够轻松地使用取液仪器，如注射器、移液管等准确地量取预定体积的预混合物，以确保本生物材料在制备过程的更佳的操作性和最终获得的力学支撑性能数据的精准性；3)组分C先溶解于水后形成显影剂体系，而后再将组分B和组分A分别与显影剂体系进行预混合形成交联剂+显影剂体系和海藻酸钠+显影剂体系，二者反应得到的本生物材料的力学支撑强度得到异常显著的提高，例如实施例13所述的本生物材料的力学支撑强度高达31.9kPa(这一数值几乎能匹配于人体心脏在心舒张末期时自身提供的支撑强度)，相比于前述的现有技术获得的生物材料的支撑强度仅4.6kPa而言，其提高幅度达到593％，因此，此类预混合完全能促使本生物材料的支撑强度等同于甚至是高出人体心脏组织的支撑强度，进而使其植入于人体心脏组织时作为“假体支架”起到充足的力学支撑功效，有效增强手术治疗的有效性；4)当然，对于此类预混合，改变组分C的材质，也能够有效地调节本生物材料的支撑强度和凝胶化时间，例如实施例11至实施例15，在确保其他组分，如组分A和组分B的成分及含量均相同的前提下，本生物材料提供的力学支撑强度可在5.3kPa和31.9kPa之间大幅度调节，而其凝胶化时间也能在1.83min和13.88min之间大幅度调节，如图6所示，这种改变组分C的材质所带来的本生物材料在临床实际使用中的关键性能的可调节性，使得本生物材料最终能够满足于各患者心脏组织对这些关键性能的个性化需求。

按照本发明内容所述的制备方法制备的上述实施例1至实施例24中任一实施例制备的本生物材料进行微创血管介入手术注射植入的注射靶点定位实验和组织相容性实验，实验显示，本生物材料不仅在经微创血管介入注射植入的手术过程中具有良好的安全性，如图7a和图7b所示，还在注射植入后表现出优异的组织相容性，如图7c和图7d所示。上述实施例1至实施例24仅仅给出的组分A、组分B、组分C的、组分D和组分E的部分实例和含量范围，本领域技术人员应该了解，在本发明的内容的教导下，本领域的技术人员可根据组分A和组分B的不同含量选用不同的组分C材料，并通过有限次的实验获得合适的含量范围，制得本发明的生物材料。因此，组分C的具体材料选择和具体的含量范围，在此就不一一赘述。

本生物材料具有广泛的使用范围，可根据需要应用于不同的领域，例如，涵盖心肌组织、平滑机组织、横纹肌组织在内的各种组织工程等。

最后应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述海藻酸基生物材料包括如下组分：

组分A：水溶性的海藻酸盐，所述海藻酸盐在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；

组分B：含二价或多价金属阳离子的交联剂，所述交联剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.1～10％(g/ml)；

组分C：显影剂，所述显影剂为医用可显影的液剂或粉剂，所述显影剂在所述海藻酸基生物材料中的含量为0.001～260％(g/ml)；

其余：注射用水。

2.根据权利要求1所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述显影剂包括碘化物、钡盐、铋类化合物、金属氧化物和金属粉末。

3.根据权利要求1所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵、海藻酸丙二醇酯，所述海藻酸钠的分子式是(C₆H₇NaO₆)x。

4.根据权利要求1所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述的二价金属阳离子包括钙阳离子、钡阳离子、锌阳离子、铁阳离子、镁阳离子、铜阳离子，所述的多价金属阳离子包括铝阳离子、铬阳离子、钼阳离子、锡阳离子。

5.根据权利要求4所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述交联剂包括海藻酸钙、葡萄糖酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氯化钙的一种或多种的组合，所述海藻酸钙的分子式是(C₁₂H₁₄O₁₂Ca)x。

6.根据权利要求1所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述海藻酸基生物材料进一步包括组分D：等渗剂，或者组分E：调节剂，或者组分D等渗剂和组分E调节剂的组合，所述等渗剂调节所述海藻酸基生物材料的渗透压，使其符合应用领域环境要求，所述调节剂调节所述海藻酸基生物材料的pH值，使其符合应用领域环境要求。

7.根据权利要求6所述的可显影型海藻酸基生物材料，其特征在于：所述等渗剂包括碳酸氢钠、磷酸二氢钠、氯化钠、乳酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、葡萄糖、木糖醇、甘露醇、山梨醇、右旋糖酐、三羟甲基氨基甲烷；所述调节剂包括氨丁三醇、氯丁三醇、乙二胺四乙酸二钠、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠钙、氯化氢、葡甲胺。

8.一种前述任一项权利要求所述的可显影型海藻酸基生物材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)预混阶段，在所述预混阶段中，将所述组分C与所述组分A、所述组分B、所述组分D、所述组分E中的一种或多种进行预混合，所述预混合定义为将所需组分先后或一起或分别均匀混合于注射用水中，其中所述组分A与所述组分B不能同时存在于同一个预混合物中；(2)反应阶段，在所述反应阶段中，将含有组分A的所述预混合物与组分B进行混合反应，或者将组分A与含有组分B的所述预混合物进行混合反应，或者将含有组分A的所述预混合物与含有组分B的所述预混合物进行混合反应，最终的混合物形成稳定的可显影型海藻酸基生物材料。

9.根据权利要求8所述的可显影型海藻酸基生物材料的制备方法，其特征在于：在制备过程中所述的组分A、组分B、组分C、组分D和所述分E均为无菌无热原。

10.根据权利要求8所述的可显影型海藻酸基生物材料的制备方法，其特征在于：所述预混合和所述混合反应均在室温且无菌条件下进行，反应时间≤50min。