CN114870064A - 一种含造影剂光固化复合水凝胶及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及A61L，更具体地，本发明涉及一种含造影剂光固化复合水凝胶及其制备和使用方法。包括：海藻酸钠溶液，造影剂，本发明提供一种水凝胶溶液，通过选择合适的R‑X改性剂对海藻酸钠进行改性后，得到一定浓度的海藻酸钠溶液，可用于离子交联和光引发自由基交联双重作用，实现快速交联的同时，可保证造影剂在交联固化后的固体凝胶中均匀混合，避免造影性分散不均造成海藻酸钠材料强度下降。本发明提供的复合凝胶可用于微创介入栓塞等，可有效实现动脉瘤或栓塞病灶组织血管的填充，避免不完全填充造成的瘤体再通、再出血和破裂等问题的同时，具有高的安全性。

Description

一种含造影剂光固化复合水凝胶及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及A61L，更具体地，本发明涉及一种含造影剂光固化复合水凝胶及其制备和使用方法。

背景技术

动脉瘤作为一种常见血管畸形疾病，若发生破裂会造成死亡率大于40％，尤其是当颅内动脉瘤出血更难以治疗，目前常用方法主要通过栓塞材料填充动脉瘤腔阻断血液供应实现缺血性坏死，其中常用的栓塞材料有两种，一种为金属弹簧线圈，但其高机械强度难以实现完全填充，且不适用血液凝固问题人群，两一种是以Onyx为代表的含造影钽粉的EVOH-DMSO溶液的液体栓塞剂，虽然具有较好填充率，但随着液体扩散容易出现碎片迁移影响填充效果以及其他器官。故需要提供一种高填充、无碎片、生物相容性好的材料。

作为天然多糖的海藻酸钠具有生物相容性好、可快速和阳离子发生离子交换形成凝胶的特性，且凝胶形成条件温和，可避免敏感性药物，或者蛋白质、细胞和酶等活性物质的失活，其中形成凝胶的方法主要有物理方法——在阳离子下发生离子交换，或者化学交联等，但因为其较快交联速度会造成交联均匀性差，影响力学性能和填充性等，且可能出现碎片。

CN105713106B公开了一种海藻酸钠双交联水凝胶，将呋喃改性海藻酸钠和马来酰亚胺封端的聚乙烯醇交联得到凝胶后，在氯化钙溶液中进行物理交联，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶，提高抗溶胀性，但是该方法为先点击化学交联得到固体凝胶后，再离子交联的二步法，反应繁琐的同时，两步交联均需要长时间反应，且难以加入造影剂或者其他活性成分形成均匀体系，影响了水凝胶在填充或者栓塞中的应用。

发明内容

为了解决上述问题，提供一种用于颅内或体内囊性动脉瘤腔体的填充，或用于肿瘤血管栓塞的包含造影剂的可经导管光固化的复合凝胶。本发明第一个方面提供了一种含造影剂光固化复合水凝胶，包括：

海藻酸钠溶液，所述海藻酸钠溶液中改性海藻酸钠的质量体积浓度为1～5％(w/v)，如1％(w/v)、2％(w/v)、3％(w/v)、4％(w/v)、5％(w/v)；质量体积浓度为改性海藻酸钠的质量(单位g)在海藻酸钠溶液(单位mL)的百分数。

造影剂，所述造影剂和改性海藻酸钠的重量比为2～10：1，如2：1、3：1、4：1；

光引发剂，所述光引发剂质量为改性海藻酸钠质量的1％～6％，如1％、2％、3％、4％、5％、6％；

交联剂，所述交联剂含量为改性海藻酸钠质量的0.01～0.3mmol/g，如0.01mmol/g、0.05mmol/g、0.08mmol/g、0.1mmol/g、0.2mmol/g、0.3mmol/g。

作为本发明一种优选的技术方案，所述改性海藻酸钠由改性剂和海藻酸钠制备得到；

所述改性剂的结构式为R-X，X为羟基、氨基、酰胺、羧基、酸酐中的一种或多种，用于和海藻酸钠的羧基或羟基反应；

R为带有交联基团的烃基，所述烃基为烷基、环烷基或芳基，所述交联基团选自酚羟基、碳碳双键、炔基中的一种或多种，用于后续在光引发剂、交联剂下发生交联反应；

所述造影剂选自金、钛、钽、铂、钨中的至少一种，本发明不对造影剂的粒径做具体限定，优选为0.5～5μm，如0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述改性剂和海藻酸钠的重量比为0.2～10：1，如0.2：1、0.5：1、1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1；所述改性剂选自甲基丙烯酸酐、5-降冰片烯-2-甲胺、酪胺盐酸盐、丙烯酰胺、2-(1-环己烯基)乙胺、5-降冰片烯-2-甲酰胺、苯乙烯顺丁烯二酸酐中的一种或多种。本发明改性剂的用量可根据反应原料进行选择，本发明不对改性剂和海藻酸钠的用量做具体限定，其中海藻酸钠的重均分子量可在60～80kDa左右。

作为本发明一种优选的技术方案，所述光引发剂为水溶性光引发剂。

作为本发明一种优选的技术方案，所述光引发剂选自二盐酸2，2′-偶氮双(2-脒基丙烷)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂、偶氮双氰基戊酸、三联吡啶氯化钌和4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺及其衍生物中的一种或多种。本发明不对光引发剂做具体限定，其中优选为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)、三联吡啶氯化钌六水合物和4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺中的一种或多种，其激发波长分别为405nm、452nm和457nm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述交联剂选自过氧化物、过硫化物、巯基交联剂、四嗪交联剂、脲基交联剂中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述交联剂选自双氧水、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、双巯基PEG、双四嗪基PEG、丙烯酸酯、多臂巯基封端PEG中的至少一种。本发明不对交联剂做具体限定，只需能在光引发剂下促进交联基团的交联反应即可，其分子量可在1000以下，如100～600。

作为本发明一种优选的技术方案，当X为羟基、氨基、酰胺中的至少一种时，所述改性海藻酸钠还包括羧酸活性剂，所述羧酸活性剂选自1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐、N-羟基磺基琥珀酰亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐中的至少一种。本发明活化剂可为一种或多种，当为两种时，如4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐EDC和N-羟基磺基琥珀酰亚胺NHS时，其重量比可在1～15：1左右。

作为本发明一种优选的技术方案，所述羧酸活化剂和海藻酸钠的重量比为6～0.5：1，如6：1、5：1、4：1、3：1、2：1、1：1、0.7：1、0.5：1。

作为本发明一种优选的技术方案，当X为羟基、氨基、酰胺中的至少一种时，所述改性海藻酸钠的制备方法包括：将海藻酸钠加入水或缓冲液中混合，加入羧酸活性剂活化羧酸后，加入改性剂，在pH为7～10，如7～9、7.5～8.5上反应、透析、干燥，得到所述改性海藻酸钠。

当X为羧基、酸酐中的至少一种时，所述改性海藻酸钠的制备方法包括：将海藻酸钠加入水或缓冲液中混合后，升温至40～80℃，在pH为7.5～10，如7.5～9、7.5～8.5上反应、透析、干燥，得到所述改性海藻酸钠。

改性海藻酸钠制备过程中缓冲液可为磷酸二氢钠缓冲液、MES缓冲液、碳酸氢钠缓冲液、磷酸氢二钠缓冲液等，不做具体限定。

本发明第二个方面提供了一种所述的含造影剂光固化复合水凝胶的制备方法，包括：

将海藻酸钠溶液、造影剂、光引发剂、交联剂混合，得到所述复合水凝胶。

本发明第三个方面提供了一种所述的含造影剂光固化复合水凝胶的使用方法，包括：

将水凝胶中加入离子溶液，并光照，得到固体水凝胶。

作为本发明一种优选的技术方案，所述离子溶液中的金属离子选自Ca²⁺、Mg²⁺、Zn^{2 +}、Fe³⁺、Sr²⁺中的至少一种，所述金属离子在离子溶液的浓度为1～8mmol/L，如1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L、6mmol/L、7mmol/L、8mmol/L。另外，本发明所述光照的波长可根据光引发剂的激发波长确定，不做具体限定。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种水凝胶溶液，通过选择合适的R-X改性剂对海藻酸钠进行改性后，得到一定浓度的海藻酸钠溶液，可用于离子交联和光引发自由基交联双重作用，实现快速交联的同时，可保证造影剂在交联固化后的固体凝胶中均匀混合，避免造影性分散不均造成海藻酸钠材料强度下降。

(2)且发明人发现，通过本发明提供的改性海藻酸钠，在钙离子快速和海藻酸钠的钠离子交换的同时，其接枝的R基团上的交联基团配合水溶性光引发剂和与交联基团适配的交联剂，如碳碳双键和巯基交联剂或四嗪交联剂，羟基和过硫化物或过氧化物等发生高效光点击化学交联、或者光氧化交联反应，利用双重快速交联来快速均匀包裹造影剂，减少团聚的同时，得到的胶体完整，无碎片扩散。

(3)此外，通过本发明双重固化，在离子液体交换和渗透的同时，利用其化合固化可减少凝胶的扩散，得到完整凝胶体的同时，促进高填充以及固化后胶体稳定性，且尤其利用海藻酸钠无法在血液中降解以及好的血液相容性，可进一步减少碎片扩散，得到更好填充和稳定的凝胶材料。

(4)本发明提供的复合凝胶可用于微创介入栓塞等，可有效实现动脉瘤或栓塞病灶组织血管的填充，避免不完全填充造成的瘤体再通、再出血和破裂等问题的同时，具有高的安全性。

附图说明

图1为本发明复合凝胶经双重固化后的图片。

图2为固化前制备得到的复合水凝胶(图2a)和固化中(图2b)、固化后(图2c)的图片。

具体实施方式

实施例

实施例1

本例提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g海藻酸钠(70kDa)溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.0312g三联吡啶氯化钌六水合物、0.0120g的过硫酸钠，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，交联3～5s s，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。

实施例2

本例提供一种改性海藻酸钠及其制备方法，包括：称取2.16g海藻酸钠(70kDa)溶解在缓冲液(2g磷酸二氢钠和200mL去离子水)中，待溶解完全后加入6.20g EDC和5.75gNHS继续反应30min后；加入8.22g酪胺盐酸盐，将pH调节至7.5，在室温下反应12h；反应结束后，在4℃下透析96h，期间每12h更换透析液；最后将透析后的溶液进行冻干得改性海藻酸钠。

本例还提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g改性海藻酸钠溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.0312g三联吡啶氯化钌六水合物、0.0120g的过硫酸钠，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，并同时在光强为200～300mW/cm²，波长为452nm左右进行双重固化3～5s左右，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。

实施例3

本例提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g海藻酸钠溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.0312g三联吡啶氯化钌六水合物、0.0120g的过硫酸钠和10g金属钽粉(粒径～1um)，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，交联3～5s s，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。

实施例4

本例提供一种改性海藻酸钠及其制备方法，包括：称取2.16g海藻酸钠(70kDa)溶解在缓冲液(2g磷酸二氢钠和200mL去离子水)中，待溶解完全后加入6.20g EDC和5.75gNHS继续反应30min后；加入8.22g酪胺盐酸盐，将pH调节至7.5，在室温下反应12h；反应结束后，在4℃下透析96h，期间每12h更换透析液；最后将透析后的溶液进行冻干得改性海藻酸钠。

本例还提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g改性海藻酸钠溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.0312g三联吡啶氯化钌六水合物、0.0120g的过硫酸钠和10g金属钽粉(粒径～1um)，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，并同时在光强为200～300mW/cm²，波长为452nm左右进行双重固化3～5s左右，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。其中如图1和图2所示，本发明得到黑色复合凝胶经过针筒打入离子溶液，进行双重固化过程中无碎片扩散，且干燥后结构为颜色均一稳定固体。

实施例5

本例提供一种改性海藻酸钠及其制备方法，包括：称取0.506g海藻酸钠(70kDa)溶解在50mL 0.05M的MES缓冲液中，待溶解完全后用1M NaOH将pH调节至6.5，加入0.466g EDC和0.0360g NHS继续反应30min后；用1M NaOH将pH调节至8，加入0.204g 5-降冰片烯-2-甲胺，在室温下反应18h；反应结束后，在4℃下用25mM NaCl溶液透析96h，期间每12h更换透析液；最后将透析后的溶液进行冻干得改性海藻酸钠。

本例还提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g改性海藻酸钠溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.148g苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)、0.280g SH-PEG400-SH和10g金属钽粉(粒径～1um)，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，并同时在光强为200～300mW/cm²，波长为452nm左右进行双重固化3～5s左右，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。本例提供的复合凝胶固化中和固化后和实施例4类似，均无扩散，且结构稳定。

实施例6

本例提供一种改性海藻酸钠及其制备方法，包括：称取1.0g海藻酸钠(70kDa)溶解在缓冲溶液(2g碳酸氢钠和100mL去离子水)中，待溶解完全后升温至50℃，缓慢加入7.30g甲基丙烯酸酐，反应6h，期间用5M NaOH溶液调节pH维持在8左右；反应结束后，在4℃下用25mM NaCl溶液透析96h，期间每12h更换透析液；最后将透析后的溶液进行冻干得改性海藻酸钠。

本例还提供一种复合凝胶及其制备方法，包括：将3g改性海藻酸钠溶解在100mL生理盐水中配置成3％(w/v)水凝胶溶液，向其中加入0.1060g 4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺、0.280g SH-PEG400-SH和10g金属钽粉(粒径～1um)，混合得到最终产物。

用针筒称取复合凝胶打入3mmol/L的钙离子溶液中，并同时在光强为200～300mW/cm²，波长为452nm左右进行双重固化3～5s左右，干燥后，进行拉伸强度和压缩模量测试，结果见表1。本例提供的复合凝胶固化中和固化后和实施例4类似，均无扩散，且结构稳定。

实施例1～6测试结果见表1，其中拉伸强度的测试方法为：测试固化后凝胶的平均直径，计算截面积后，利用拉力计测试断裂力计算拉伸强度(底部固定，顶部夹持拉伸)。

压缩模量测试参考单纤维和纤维集合体类产品压缩模量测试方法，将固化后的多根凝胶线条置入四周具有约束的筒内，至凝胶线条充满筒内径(内径为1cm用于减少凝胶集合体受压缩时将向四周膨胀，若单根可充满内径，也可使用单根，本发明实施例使用固化后凝胶均用同一尺寸针筒打出)，利用测力装置进行压缩测试，得到压缩模量。

表1

由表1测试结果可知，通过本发明提供的含造影剂光固化复合水凝胶可通过离子交换和光交联双重固化实现高填充率和稳定性，且具有高的力学强度，可用于动脉瘤等病灶血管的填充，且具有好的相容性和安全性。

Claims (10)

1.一种含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，包括：

海藻酸钠溶液，所述海藻酸钠溶液中改性海藻酸钠的质量体积浓度为1～5％(w/v)；

造影剂，所述造影剂和改性海藻酸钠的重量比为2～10:1；

光引发剂，所述光引发剂质量为改性海藻酸钠质量的1％～6％；

交联剂，所述交联剂含量为改性海藻酸钠质量的0.01～0.3mmol/g。

2.根据权利要求1所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，所述改性海藻酸钠由改性剂和海藻酸钠制备得到；

所述改性剂的结构式为R-X，X为羟基、氨基、酰胺、羧基、酸酐中的一种或多种，用于和海藻酸钠的羧基或羟基反应；

R为带有交联基团的烃基，所述烃基为烷基、环烷基或芳基，所述交联基团选自酚羟基、碳碳双键、炔基中的一种或多种；

所述造影剂选自金、钛、钽、铂、钨中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，所述改性剂和海藻酸钠的重量比为0.2～10：1，所述改性剂选自甲基丙烯酸酐、5-降冰片烯-2-甲胺、酪胺盐酸盐、丙烯酰胺、2-(1-环己烯基)乙胺、5-降冰片烯-2-甲酰胺、苯乙烯顺丁烯二酸酐中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，所述光引发剂为水溶性光引发剂，所述交联剂选自过氧化物、过硫化物、巯基交联剂、四嗪交联剂、脲基交联剂中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，所述光引发剂选自二盐酸2，2′-偶氮双(2-脒基丙烷)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂、偶氮双氰基戊酸、三联吡啶氯化钌和4-氨基-1,8-萘二甲酰亚胺及其衍生物中的一种或多种；所述交联剂选自双氧水、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、双巯基PEG、双四嗪基PEG、丙烯酸酯、多臂巯基封端PEG中的至少一种。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，当X为羟基、氨基、酰胺中的至少一种时，所述改性海藻酸钠还包括羧酸活性剂，所述羧酸活性剂选自1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐、N-羟基磺基琥珀酰亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的含造影剂光固化复合水凝胶，其特征在于，当X为羟基、氨基、酰胺中的至少一种时，所述改性海藻酸钠的制备方法包括：将海藻酸钠加入水或缓冲液中混合，加入羧酸活性剂活化羧酸后，加入改性剂，在pH为7～10上反应、透析、干燥，得到所述改性海藻酸钠；

当X为羧基、酸酐中的至少一种时，所述改性海藻酸钠的制备方法包括：将海藻酸钠加入水或缓冲液中混合后，升温至40～80℃，在pH为7.5～10上反应、透析、干燥，得到所述改性海藻酸钠。

8.一种根据权利要求1～7任意一项所述的含造影剂光固化复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

将海藻酸钠溶液、造影剂、光引发剂、交联剂混合，得到所述复合水凝胶。

9.一种根据权利要求1～7任意一项所述的含造影剂光固化复合水凝胶的使用方法，其特征在于，包括：

将水凝胶中加入离子溶液，并光照，得到固体水凝胶。

10.根据权利要求9所述的含造影剂光固化复合水凝胶的使用方法，其特征在于，所述离子溶液中的金属离子选自Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Sr²⁺中的至少一种，所述金属离子在离子溶液的浓度为1～8mmol/L。

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