生物活性聚乙烯共聚物、聚乙烯大分子及其相关方法与流程

1.本公开广泛地涉及生物活性聚乙烯共聚物、聚乙烯大分子和包含所述生物活性聚乙烯共聚物的材料。本公开还涉及制备所述生物活性聚乙烯共聚物、所述聚乙烯大分子和所述材料的方法。
2.背景
3.多年来，对生物的生物学和生理学的更好了解导致人们认识到使用替代材料来提高或取代生物学系统中现有功能的潜力。
4.然而，确定一种同时满足机械和生物学要求以在生物学系统中或与生物学系统一起理想地发挥功能的合适材料经常具有挑战性。
5.这是因为具有所需生物学特性的生物活性分子(例如胶原、壳聚糖等)经常缺乏有用的生物医学应用所需的机械强度。例如，许多这样的生物活性分子是非常吸湿的并且在吸收水分后以凝胶形式存在，使得它们太弱而不能单独用于承重生物医学应用如可植入装置。
6.另一方面，具有优异机械特性的合成材料缺乏被适当地用于需要与生物学系统持续相互作用的应用所需的生物学属性。
7.特别令人感兴趣的是聚乙烯(pe)，尽管其生物相容性一般，但它经常被用于生物医学应用。pe是一种常见的塑料，并且由于其性能如惰性、高机械强度、良好的热稳定性、良好/容易的材料可加工性、易于灭菌和低成本，常用于消费者护理和一次性产品(例如尿布和卫生用品)以及医疗器械(例如胆道支架、胃肠道支架、关节成形术植入物和关节植入物，其形式为高密度聚乙烯(hdpe)或交联聚乙烯(xpe))。
8.然而，有几个与聚乙烯的使用相关的关键问题。例如，聚乙烯植入物在插入人体时能够引起异物反应(fbr)。这能够导致在植入部位周围引发的炎症和其它类型的不良免疫反应，这需要免疫抑制剂给药来减轻炎症。如果免疫抑制剂给药失败，则可能需要移除植入物并继续给予免疫抑制剂。在基于聚乙烯的胃肠支架和胆道支架中，生物污染也可能是导致支架闭塞和需要重新植入支架的问题。由于与材料的摩擦，皮肤过敏对于基于聚乙烯的产品也很常见。例如，尿布皮炎是婴儿最常见的皮肤病，严重时能够导致溃疡和脓疱形成。对于因失禁和行动不便等原因需要穿尿布的成年人，皮炎也可以导致褥疮，而褥疮经常会导致脓毒病。此外，使用聚乙烯也具有挑战性，因为所述合成聚合物不仅不溶于大多数有机溶剂，而且它本身也是一种相对惰性的聚合物。
9.将这些不同的材料组合，希望所得材料能够同时实现所需的生物学和机械性能，也是有挑战性的。这是因为生物活性分子如肽和糖经常与聚乙烯不相容，因为前者是亲水性的，而后者是疏水性的。
10.因此，将所述两种不同的材料物理共混在一起经常会导致所述两种互不相容的材料的相分离，使得所获得的整个材料无效。
11.它们的亲水性的固有差异同样使得从这些材料化学合成生物活性聚乙烯共聚物极其困难，尤其是当这些材料的分子量相对较高时。这是在尝试将这两种化学上不同类型
的材料化学组合在一起时需要克服的各种复杂的化学障碍(例如由于聚乙烯的惰性导致的低反应性、不希望的副产物化学浸出等)之外的障碍。
12.鉴于上述情况，需要解决或至少改善上述问题。特别地，需要提供解决或至少改善上述问题的生物活性聚乙烯共聚物、聚乙烯大分子、包含所述生物活性聚乙烯共聚物的材料和相关方法。
13.概述
14.在一个方面，本公开提供了具有聚(降冰片烯)主链的生物活性聚乙烯共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(i)表示的重复单元和一个或多个由通式(ii)表示的重复单元：
[0015][0016]
其中
[0017]
r1是任选取代的烷基；
[0018]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0019]
r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0020]
l是亚杂烷基；
[0021]
x包含选自下组的生物活性的结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；
[0022]
y包含聚乙烯或者其部分；并且
[0023]
z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0024]
在一个实施方案中，y由通式(iii)表示：
[0025][0026]
其中
[0027]
a任选地作为nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0028]
b作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环任选地存在；
[0029]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0030]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0031]
n为10-350。
[0032]
在一个实施方案中，n为20-250。
[0033]
在一个实施方案中，b存在且由以下结构表示：
[0034][0035]
其中
[0036]r6a
，r
6b
，r
6c
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0037]r7a
、r
7b
和r
7c
作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc任选地存在。
[0038]
在一个实施方案中，y选自以下通式(iiia)、(iiib)或者(iiic)：
[0039][0040]
其中
[0041]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0042]r6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0043]r7a
作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc任选地存在；
[0044]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0045]
n为10-350。
[0046]
在一个实施方案中，y选自以下通式(iiid)、(iiie)或者(iiif)：
[0047][0048]
其中
[0049]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0050]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0051]
n为10-350。
[0052]
在一个实施方案中，由通式(i)表示的重复单元的量为1-100摩尔％，相对于所述共聚物计。
[0053]
在一个实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差不超过通式(ii)的分子量的30％。
[0054]
在一个实施方案中，l是具有20个碳原子至300个碳原子的亚杂烷基。
[0055]
在一个实施方案中，l是聚乙二醇(peg)。
[0056]
在一个实施方案中，l是具有介于500和7,000之间的数均分子量的聚乙二醇(peg)。
[0057]
在一个实施方案中，r1是c
1-c4烷基，并且r2选自c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基或者c
3-c
20
烷基羰基烷基。
[0058]
在一个实施方案中，r1是直链或支化的c
1-c4烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基或者叔丁基，并且r2是直链或支化的c
1-c
20
烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基或者癸基。
[0059]
在一个实施方案中，z1和z2都是crarb，其中ra和rb各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0060]
在一个实施方案中，x包含选自下组的蛋白质、肽或者糖：肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原序列，胶原模拟物，胶原片段，硫酸肝素，葡糖胺基葡聚糖(gag)和它们的衍生物。
[0061]
在一个实施方案中，x选自下组：rgd，srgds，rgds，a5g81(agqwhrvsvrwgc)，svvyglr，(irik)2，(ikki)3，dgea，(phypg)n型序列，(pghyp)n型序列，(hypgp)n型序列，(hyppg)n型序列，(ghypp)n型序列，(gphyp)n型序列，肝素寡糖dp8，dp10，dp12，dp14，dp16，和透明质酸。
[0062]
在一个方面，本公开提供了制备本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的方法，所述方法包括：
[0063]
在催化剂存在下聚合一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子，以获得所述生物活性的聚乙烯共聚物：
[0064][0065]
其中
[0066]
r1是任选取代的烷基；
[0067]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0068]
r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0069]
l是亚杂烷基；
[0070]
x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；
[0071]
y包含聚乙烯或者其部分；并且
[0072]
z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0073]
在一个实施方案中，所述催化剂包含钌配合物。
[0074]
在一个实施方案中，所述方法包括开环易位聚合(romp)。
[0075]
在一个方面，本公开提供了用于制备本文中公开的共聚物的、由通式(viii)表示的聚乙烯大分子：
[0076][0077]
其中
[0078]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0079]
z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0080]
a作为nrc任选地存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0081]
b作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环任选地存在；
[0082]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0083]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0084]
n为10-350。
[0085]
在一个方面，本公开提供了制备本文中公开的聚乙烯大分子的方法，该方法包括：
[0086]
(i)提供具有通式(ix)的二羧酸酐：
[0087][0088]
其中z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0089]
(ii)使所述具有通式(ix)的二羧酸酐与胺反应以获得所述聚乙烯大分子，所述胺由通式(x)表示：
[0090][0091]
其中
[0092]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0093]
a作为nrc任选地存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0094]
b作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环任选地存在；
[0095]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0096]
t是选自氢和甲基的末端基团；
[0097]
n为10-350。
[0098]
在一个实施方案中，所述方法还包括在步骤(ii)之前，
[0099]
(a-i)提供具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯：
[0100][0101]
其中
[0102]r6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0103]r7a
作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc任选地存在；
[0104]
r8和r9各自独立地选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0105]
t是选自氢和甲基的末端基团；
[0106]
n为10-350；和
[0107]
(b-i)使所述具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯与二胺h2n
–
r2–
nh2或者氨nh3反应以获得所述具有通式(x)的胺。
[0108]
在一个实施方案中，步骤(ii)和步骤(b-i)中至少之一在有机溶剂和/或碱存在下进行。
[0109]
在一个实施方案中，所述有机溶剂包含芳族溶剂；并且所述碱包含叔胺。
[0110]
在一个方面，本公开提供了用于医药的、包含本文中公开的共聚物的材料。
[0111]
在一个实施方案中，所述材料是选自下组的器械的一部分：消费者护理产品，伤口敷料，皮肤支架，骨和骨髓类器官支架，软骨植入物，关节植入物，和医疗器械。
[0112]
定义
[0113]
本文中使用的术语“聚合物”是指包含重复单元并通过聚合过程产生的化合物。构成聚合物的单元通常衍生自单体和/或大分子单体。聚合物通常包含许多结构单元的重复。
[0114]
本文中使用的术语“单体”或“大分子单体”是指化学实体，其可以共价连接至一个或多个这样的实体以形成聚合物。
[0115]
本文中使用的术语“生物活性”广义地指具有生物学效应、优选对活生物体、组织或细胞的期望的或积极的生物学效应的性质。
[0116]
本文中使用的术语“生物相容的”广义地指与生物学系统或生物学系统的部分相容而基本上不或不显著引起不良生理反应如毒性反应、免疫反应、损伤等的性质。这样的生物学系统或部分包括血液、细胞、组织、器官等。
[0117]
术语“键”是指化合物或分子中原子之间的连接。键可以是单键、双键或三键。
[0118]
在下文的许多取代基的定义中，声明“该基团可以是末端基团或桥连基团”。这意图表示该术语的使用意图包括所述基团是末端基团/结构部分的情况以及所述基团是分子的两个其它部分之间的连接基团的情况。以具有1个碳原子的术语“烷基”为例，应当理解，当作为末端基团存在时，具有1个碳原子的术语“烷基”可以表示-ch3，而当作为桥连基团存在时，具有1个碳原子的术语“烷基”可以表示-ch
2-等。
[0119]
作为基团或基团的一部分的术语“烷基”是指具有1至20个碳原子、1至10碳原子、1至6个碳原子或者1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的直链或支化的脂肪族烃基。合适的直链和支化的烷基取代基的实例包括甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0120]
作为基团或基团的一部分的术语“烯基”表示含有至少一个碳-碳双键并且可以是直链或支化的、在链中具有2至20个碳原子、2至10个碳原子、2至6个碳原子或者2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的脂肪族烃基。所述基团可以含有多个双键，并且每个双键的取向独立地是e或z。示例性的烯基包括但不限于乙烯基(ethenyl)、乙烯基(vinyl)、烯丙基、1-甲基乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1,3-丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1,3-戊二烯基、2,4-戊二烯基、1,4-戊二烯基、3-甲基-2-丁烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1,3-己二烯基、1,4-己二烯基、2-甲基戊烯基、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯基、1-辛烯基、2-辛烯基、3-辛烯基、1-壬烯基、2-壬烯基、3-壬烯基、1-癸烯基、2-癸烯基、3-癸烯等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0121]
作为基团或基团的一部分的术语“炔基”表示含有至少一个碳-碳三键并且可以是直链或支化的、在链中具有2至20个碳原子、2至10个碳原子、2至6个碳原子或者2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的脂肪族烃基。所述基团可以含有多个三键。示例性的炔基包括但不限于乙炔基、丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、3-甲基-1-丁炔基、4-戊炔基、1-己炔基、2-己炔基、5-己炔基、1-庚炔基、2-庚炔基、6-庚炔基、1-辛炔基、2-辛炔基、7-辛炔基、1-壬炔基、2-壬炔基、8-壬炔基、1-癸
炔基、2-癸炔基、9-癸炔基等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0122]
本文中使用的术语“亚杂烷基”是指一个或多个-ch
2-被选自o、nr、si、p或s的杂原子替代的亚烷基，其中r是氢或本文中所定义的烷基。术语“亚杂烷基”可以是线性的、支化的或环状的，并且含有至多500个碳原子。
[0123]
本文中使用的术语“烷氧基”是指直链或支化的烷氧基。实例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、叔丁氧基等。
[0124]
本文中使用的术语“烷氧基烷基”意图广义地指含有-r-o-r'的基团，其中r和r'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0125]
本文中使用的术语“烷基羰基”意图广义地指含有-r-c(＝o)-的基团，其中r是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0126]
本文中使用的术语“烷基羰基烷基”意图广义地指含有-r-c(＝o)-r'的基团，其中r和r'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0127]
本文中使用的术语“羧基烷基”意图广义地指含有-c(＝o)-o-r的基团，其中r是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0128]
本文中使用的术语“氧羰基烷基”意图广义地指含有-o-c(＝o)-r的基团，其中r是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0129]
本文中使用的术语“烷基羧基烷基”意图广义地指含有-r-c(＝o)-o-r'的基团，其中r和r'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0130]
本文中使用的术语“烷氧基羰基烷基”意图广义地指含有-r-o-c(＝o)-r'的基团，其中r和r'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0131]
本文中使用的术语“氧基”意图广义地指含有-o-的基团。
[0132]
本文中使用的术语“羰基”意图广义地指含有-c(＝o)-的基团。
[0133]
本文中使用的术语“氧羰基”意图广义地指含有-o-c(＝o)-的基团。
[0134]
本文中使用的术语“羧基”意图广义地指含有-c(＝o)-o-r的基团，其中r是氢或有机基团。
[0135]
术语“卤素”表示氯、氟、溴或碘。术语“卤代”表示氯代、氟代、溴代或碘代。
[0136]
术语“胺基”等意图广义地指含有-nr2的基团，其中r独立地是氢或有机基团。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0137]
术语“酰胺基”等意图广义地指含有-c(＝o)nr2的基团，其中r独立地为氢或有机基团。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。
[0138]
本文中使用的术语“杂环”广义地指其中两种或更多种不同种类的原子连接以形成至少一个环的结构。例如，杂环可以由碳原子和至少另一个选自氧(o)、氮(n)或(nr)和硫(s)的原子(即杂原子)形成，其中r独立地是氢或有机基团。该术语还包括但不限于饱和和不饱和的5元环以及饱和和不饱和的6元环。具有杂环结构的基团的实例包括但不限于呋喃、噻吩、1h-吡咯、2h-吡咯、1-吡咯啉、2-吡咯啉、3-吡咯啉、1-吡唑啉、2-吡唑啉、3-吡唑啉、2-咪唑啉、3-咪唑啉、4-咪唑啉、吡唑、咪唑、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-噁二唑、二取代的1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑、四氢呋喃、四氢噻吩、吡咯烷、1,3-二氧戊环、1,2-氧杂硫杂环戊烷、1,3-氧杂硫杂环戊烷、吡唑烷、咪唑烷、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、
1,2-噁嗪、1,3-噁嗪、1,4-噁嗪、噻嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4-三嗪、1,3,5-三嗪、2h-吡喃、4h-吡喃、2-吡喃酮、4-吡喃酮、1,4-二噁英、2h-噻喃、4h-噻喃、四氢吡喃、噻烷(thiane)、哌啶、1,4-二噁烷、1,2-二噻烷、1,3-二噻烷、1,4-二噻烷、1,3,5-三噻烷、哌嗪、吗啉、硫代吗啉等。
[0139]
当用于描述化学结构或结构部分时，术语“任选取代的”是指其中其氢原子中的一个或多个任选地被化学结构部分或官能团如醇、烷氧基、烷酰氧基、烷氧基羰基、烯基、烷基(例如甲基、乙基、丙基、叔丁基)、炔基、烷基羰氧基(-oc(o)烷基)、酰胺(-c(o)nh-烷基-或-烷基nhc(o)烷基)、胺(例如烷基氨基、芳基氨基、芳基烷基氨基)、芳基、芳氧基、偶氮、氨基甲酰基(-nhc(o)o-烷基-或-oc(o)nh-烷基)、甲酰氨基(例如conh2以及conh-烷基、conh-芳基和conh-芳基烷基)、羧基、羧酸、氰基、酯、醚(例如甲氧基、乙氧基)、卤代、卤代烷基(例如-ccl3，-cf3，-c(cf3)3)、杂烷基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、腈、硝基、磷酸二酯、硫化物、磺酰氨基(例如so2nh2)、砜、磺酰基(包括烷基磺酰基、芳基磺酰基和芳基烷基磺酰基)、亚砜、硫醇(例如巯基、硫醚)或脲(-nhconh-烷基-)替代的化学结构或结构部分。
[0140]
本文中使用的术语“微米”应广义地解释为包括约1微米至约1000微米的尺寸。
[0141]
本文中使用的术语“纳米”应广义地解释为包括小于约1000nm、小于约500nm、小于约100nm或小于约50nm的尺寸。
[0142]
除非另有说明，否则本说明书中使用的术语“偶联”或“连接”意图涵盖直接连接或通过一个或多个中间措施连接。
[0143]
本文中当提及两个要素时使用的术语“与
…
相关的”是指所述两个要素之间的广泛关系。所述关系包括但不限于物理、化学或生物学关系。例如，当要素a与要素b相关时，要素a和b可以直接或间接地相互关联，或者要素a可以含有要素b，反之亦然。
[0144]
本文中当提及两个要素时使用的术语“相邻”是指一个要素紧邻另一个要素，并且可以是但不限于相互接触的要素，或者可以进一步包括被置于其间的一个或多个另外的要素隔开的要素。
[0145]
术语“和/或”例如“x和/或y”被理解为是指“x和y”或“x或y”，并且应当理解为对两种含义或任一含义提供明确支持。
[0146]
而且，在本文中的描述中，无论何时使用的措辞“基本上”应被理解为包括但不限于“完整地”或“完全地”等。另外，无论何时使用的诸如“包含”、“包括”之类的术语意图是非限制性的描述性语言，因为它们广泛地包括在这样的术语之后列举的要素/组分以及未明确列举的其它组分。例如，当使用“包含”时，对“一个”特征的提及也旨在提及了该特征中的“至少一个”。诸如“由
…
组成”之类的术语在适当的语境中可以被认为是诸如“包含”、“包括”之类的术语的子集。因此，在本文中公开的使用诸如“包含”、“包括”之类的术语的实施方案中，应当理解，这些实施方案为使用诸如“包含”、“包括”之类术语的相应实施方案提供了教导。此外，无论何时使用的诸如“约”、“大约”之类的术语通常表示合理的偏差，例如所公开的值的+/-5％的偏差，或者所公开的值的+/-4％的偏差，或者所公开的值的+/-3％的偏差，或者所公开的值的+/-2％的偏差，或者所公开的值的+/-1％的偏差。
[0147]
而且，在本文中的描述中，某些值可以在一个范围内公开。显示范围端点的值旨在说明优选范围。每当描述范围时，该范围意图涵盖并教导所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。也就是说，范围的端点不应被解释为不灵活的限制。例如，1％至5％的范围的
描述意在具体公开1％至2％、1％至3％、1％至4％、2％至3％等子范围以及在该范围内的各个值如1％、2％、3％、4％和5％。应当理解，在该范围内的各个数值还包括整数、分数和小数。而且，每当描述一个范围时，该范围还意图覆盖并教导从所显示的数值端点起至多2个附加小数位或有效数字(在适当的情况下)的值。例如，1％至5％的范围的描述意在明确公开1.00％至5.00％以及1.0％至5.0％的范围及跨越所述范围的所有它们的中间值(例如1.01％，1.02％
…
4.98％，4.99％，5.00％和1.1％，1.2％
…
4.8％，4.9％，5.0％等)。以上具体公开的意图适用于范围的任何深度/广度。
[0148]
另外，当描述一些实施方案时，本公开可能已经公开了呈特定步骤顺序的方法和/或过程。然而，除非另有要求，否则应理解所述方法或过程不应限于所公开的特定步骤顺序。其它步骤顺序也是可能的。本文中公开的步骤的特定顺序不应被解释为不当的限制。除非另有要求，本文中公开的方法和/或过程不应限于按照所书写的顺序执行的步骤。步骤的顺序可以改变并且仍然在本公开的范围内。
[0149]
而且，应当理解，虽然本公开提供了具有本文中所讨论的一个或多个特征/特性的实施方案，但是在其它替代实施方案中也可能放弃这些特征/特性中的一个或多个，并且本公开提供了对这样的放弃声明和这些相关替代实施方案的支持。
[0150]
实施方案的描述
[0151]
在下文中公开了生物活性聚乙烯共聚物、用于制备所述生物活性聚乙烯共聚物的聚乙烯大分子、包含所述生物活性聚乙烯共聚物的材料和相关方法的示例性的、非限制性的实施方案。
[0152]
生物活性聚乙烯共聚物
[0153]
本公开提供了具有聚(降冰片烯)主链的生物活性聚乙烯共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(i)表示的重复单元和一个或多个由通式(ii)表示的重复单元：
[0154][0155]
其中
[0156]
r1是任选取代的烷基；
[0157]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0158]
r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0159]
l是亚杂烷基；
[0160]
x包含选自下组的生物活性的结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；
[0161]
y包含聚乙烯或者其部分；并且
[0162]
z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0163]
在各种实施方案中，由通式(i)表示的重复单元和/或结构部分x具有生物活性、生物相容性和/或可生物降解性。在各种实施方案中，由通式(ii)表示的重复单元和/或结构部分y本身或当用作加入基础材料的添加剂时具有好的机械强度/硬度/与基础聚烯烃材料的相容性/混溶性。在各种实施方案中，由通式(ii)表示的重复单元和/或结构部分y具有比由通式(i)表示的重复单元和/或结构部分x高的机械强度。有利地，由通式(i)和(ii)表示的重复单元在生物活性聚乙烯共聚物中的存在赋予所述共聚物生物活性和机械强度，导致机械强度高的生物活性共聚物。在各种实施方案中，所述共聚物也可以是生物相容的。因此，在各种实施方案中，所述共聚物能够被归类为生物材料。有利地，由于聚乙烯侧链的存在，所述生物活性聚乙烯共聚物具有比常规生物分子或生物材料例如纯胶原高的热稳定性。甚至更有利地，所述生物活性聚乙烯共聚物的热稳定性允许所述共聚物的实施方案适合于高温加工或甚至苛刻的材料加工，例如》200℃的熔体挤出和熔体喷射，使得所述共聚物对于用于诸如生物医疗器械或者非织造纤维/无纺布(这是尿布的关键组成部分)之类的应用来说是理想的/有吸引力的。在各种实施方案中，由通式(ii)表示的重复单元和/或结构部分y基本上或完全没有生物活性，或者至少比由通式(i)表示的重复单元和/或生物活性结构部分x生物活性低。
[0164]
在各种实施方案中，l是将生物活性结构部分x连接至聚(降冰片烯)主链的聚合物连接物。有利地，l被设计成可基于生物活性结构部分x的大小以及y中存在的合成聚合物(即聚乙烯)的大小/长度调节和/或定制。在各种实施方案中，所述共聚物的物理性能可以被改变或调整，取决于所述大分子单体或聚合物中l(例如peg链)的长度。所述聚合物连接物l的分子量和/或长度可以定制以适合所述生物活性结构部分x和为y选择的合成聚合物(即聚乙烯)的分子量和/或长度，取决于共聚物将用于的应用。在各种实施方案中，y的分子量不超过约5,000。例如，对于不需要高强度的应用如伤口敷料和尿布用无纺布，可以使用分子量低于5,000的pe，因为所得共聚物将与中等分子量的pe共混用于纤维生产。在其它实施方案中，y的分子量大于约5,000。例如，对于需要高机械强度的应用如软骨和关节植入物，其中所述共聚物将与超高分子量聚乙烯(uhmwpe)共混用于植入物制造，y的分子量为5,000及以上。
[0165]
在各种实施方案中，y由通式(iii)表示：
[0166][0167]
其中
[0168]
a任选地作为nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0169]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0170]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷
基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；和
[0171]
t是选自氢和甲基的末端基团。
[0172]
在各种实施方案中，y由通式(iii-1)表示：
[0173][0174]
其中
[0175]
a任选地作为n或者nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0176]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0177]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0178]
t是选自氢和甲基的末端基团；并且其中所述虚线表示任选的化学键。
[0179]
在各种实施方案中，a和b之间的虚线表示任选的第二化学键。在各种实施方案中，b和r5之间的虚线表示任选的第二化学键。
[0180]
在各种实施方案中，原始pe主链的碳是偶数的。
[0181]
在各种实施方案中，n为约10-约350、约20-约250或者约25-约100。在各种实施方案中，具有约10-约350个重复单元(n)的pe适合用作起始材料。在各种实施方案中，具有约20-约250个重复单元(n)或者约25-约100个重复单元(n)的pe进一步适合在大分子单体合成和聚合中使用/处理。在这些n的范围内，聚乙烯(pe)具有好的机械性能和与基础聚烯烃材料的相容性，同时在大分子单体的合成和共聚过程中保持足够的反应性。在各种实施方案中，n是至少约10，至少约15，至少约20，至少约25，至少约30，至少约35，至少约40，至少约45，至少约50，至少约55，至少约60，至少约65，至少约70，至少约75，至少约80，至少约85，至少约90，至少约95，至少约100，至少约105，至少约110，至少约115，至少约120，至少约125，至少约130，至少约135，至少约140，至少约145，至少约150，至少约155，至少约160，至少约165，至少约170，至少约175，至少约180，至少约185，至少约190，至少约195，至少约200，至少约210，至少约220，至少约230，至少约240，至少约250，至少约260，至少约270，至少约280，至少约290，至少约300，至少约310，至少约320，至少约330，至少约340，或者至少约350。本领域技术人员将理解，在各种实施方案中，n的值表示聚合物或聚合物混合物中存在的重复单元的平均数。在各种实施方案中，n也表示聚合度。
[0182]
在各种实施方案中，在通式(iii-1)中a存在而b不存在。在这样的实施方案中，y由通式(iii-2)表示：
[0183][0184]
在各种实施方案中，a作为n或者nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的c
1-c
20
烷基，任选取代的c
2-c
20
烯基或者任选取代的c
2-c
20
炔基。在各种实施方案中，a通过单键连接
到r5。例如，a是
–
nh
–
，并且
–a–
r5可以是
–
nh
–
r5。在各种实施方案中，a通过双键连接到r5。例如，a是
–
n＝，并且
–
a＝r5可以是
–
n＝r5。
[0185]
在各种实施方案中，b作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在。在各种实施方案中，具有至少一个n杂原子的杂环也被理解为是指环中的至少一个c原子被一个选自n或nrc的含氮取代基/基团替代。在各种实施方案中，b作为5元或6元杂环存在，在环中至多三个c原子任选地被选自n(或nrc)、o和s的杂原子替代。
[0186]
在各种实施方案中，b是由以下结构表示的5元杂环：
[0187][0188]
其中
[0189]r6a
，r
6b
，r
6c
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0190]r7a
，r
7b
和r
7c
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc存在。
[0191]
在各种实施方案中，在r
6a
和r
7a
之间、r
6b
和r
7b
之间以及r
6c
和r
7c
之间的虚线表示任选的单化学键或者双化学键。在各种实施方案中，r
6a
通过单键连接到r
7a
，r
6b
通过单键连接到r
7b
，和/或r
6c
通过单键连接到r
7c
。例如，当r
6a
是c且r
7a
是
–
br时，那么r
6ar7a
是c
–
br。在各种实施方案中，r
6a
通过双键连接到r
7a
，r
6b
通过双键连接到r
7b
，和/或r
6c
通过双键连接到r
7c
。例如，当r
6a
是c且r
7a
是＝o时，那么r
6ar7a
是c＝o。
[0192]
在各种实施方案中，b选自下组：琥珀酰亚胺(或吡咯烷-2,5-二酮)、硫代琥珀酰亚胺(或5-硫代吡咯烷-2-酮)、二硫代琥珀酰亚胺(或吡咯烷-2,5-二硫酮)、吡咯烷、吡咯、吡唑烷、马来酰亚胺(或吡咯-2,5-二酮)、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑和咪唑。
[0193]
在各种实施方案中，在通式(iii)中只有a和b之一存在。例如，当a存在于通式(iii)中时，则b不存在于通式(iii)中，反之亦然。
[0194]
在各种实施方案中，在通式(iii)中b存在而a不存在。在这样的实施方案中，y可以由通式(iiia)表示：
[0195][0196]
在各种实施方案中，在通式(iii)中a存在而b不存在。在这样的实施方案中，y可以
由通式(iiib)表示：
[0197][0198]
在各种实施方案中，在通式(iii)中a和b都不存在。在这样的实施方案中，y可以由通式(iiic)表示：
[0199][0200]
在各种实施方案中，r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基。在各种实施方案中，r5是直链或支化的c
1-c3烯基。例如，r5可以是乙烯基，烯丙基或者丙烯基。在各种实施方案中，r5是直链或支化的c
1-c3烷基。例如，r5可以是甲基，乙基，正丙基，2-丙基，或者异丙基。在各种实施方案中，当y由通式(iiic)表示时，r5是甲基。
[0201]
在各种实施方案中，t是选自氢和甲基的末端基团。
[0202]
在各种实施方案中，y选自以下通式(iiig)，(iiih)或者(iiii)：
[0203][0204]
其中n为10-350。
[0205]
在各种实施方案中，y包含以下性能中的一种或多种：惰性；长保质期；机械强度；耐冲击性；热稳定性；弹性；弹性恢复；平滑性；轻质；低毒或无毒；以及与亲脂性化合物/聚合物的可混溶性、相容性或亲和力。
[0206]
在各种实施方案中，y基本上不含聚亚烷基二醇例如聚乙二醇。
[0207]
在各种实施方案中，通式(ii)的总分子量保持在不超过约50,000，不超过约45,000，不超过约40,000，不超过约35,000，不超过约30,000，不超过约25,000，不超过约20,000，不超过约15,000或者不超过约10,000。应当理解，当通式(i)和(ii)的总分子量太高
时，共聚可能变得效率低。
[0208]
在各种实施方案中，选择所述聚合物连接基团l的分子量和/或长度，使得由通式(i)表示的重复单元的总分子大小与由通式(ii)表示的重复单元的分子大小相似/相当。例如，如果选择分子量为4,000的聚乙烯(pe)作为y的合成聚合物选择，并且选择分子量为约400至约500的肽作为生物活性结构部分x的选择，则l可以被设计为包含约3,400的分子量。应当理解，在各种实施方案中，调整的是l的长度以使通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量匹配。在其它实施方案中，选择所述聚合物连接基团l的分子量和/或长度，使得由通式(i)表示的重复单元的总分子大小不同于由通式(ii)表示的重复单元的分子大小。
[0209]
在各种实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相当/基本相似。在各种实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差不超过通式(ii)的分子量的30％，反之亦然。例如，通式(i)的分子量可以比通式(ii)的分子量多最多约30％或者比通式(ii)的分子量少最多30％，反之亦然。通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差可以不超过通式(ii)的分子量的约30％、不超过通式(ii)的分子量的约25％、不超过通式(ii)的分子量的约20％、不超过通式(ii)的分子量的约15％、不超过通式(ii)的分子量的约10％、不超过通式(ii)的分子量的约5％、不超过通式(ii)的分子量的约4％、不超过通式(ii)的分子量的约3％、不超过通式(ii)的分子量的约2％，或不超过通式(ii)的分子量的约1％，反之亦然。在各种实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差不超过通式(ii)的分子量的约20％，反之亦然。例如，通式(i)的分子量可以比通式(ii)的分子量多最多约20％或少最多20％，反之亦然。有利地，由于所述带有生物活性结构部分的重复单元具有与所述带有聚乙烯的重复单元相似的分子大小/分子量/分子长度，因此延长了所述生物活性结构部分x的长度，从而使x是“可见的”，可用于结合细胞或接近其目标生理部位以获得所需的生物活性，即不埋在聚乙烯链的海洋/基质中。在其它实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量不彼此相当/不彼此基本上相似。在各种实施方案中，通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差超过通式(ii)的分子量的30％，反之亦然。例如，通式(i)的分子量可以比通式(ii)的分子量大大约30％或者小大于30％，反之亦然。通式(i)的分子量可以与通式(ii)的分子量相差超过通式(ii)的分子量的约30％，超过通式(ii)的分子量的约35％，超过通式(ii)的分子量的约40％，超过通式(ii)的分子量的约45％，超过通式(ii)的分子量的约50％，超过通式(ii)的分子量的约55％，超过通式(ii)的分子量的约60％，超过通式(ii)的分子量的约65％，超过通式(ii)的分子量的约70％，超过通式(ii)的分子量的约75％，或者超过通式(ii)的分子量的约80％，反之亦然。
[0210]
在各种实施方案中，通式(i)的分子量保持在不超过约50,000，不超过约45,000，不超过约40,000，不超过约35,000，不超过约30,000，不超过约25,000，不超过约20,000，不超过约15,000或者不超过约10,000。在各种实施方案中，通式(i)的分子量为约100至约15,000，约200至约14,000，约300至约13,000，约400至约12,000，约500至约11,000，约1,000至约10,000，约1,500至约9,500，约2,000至约9,000，约2,500至约8,500，约3,000至约8,000，约3,500至约7,500，约4,000至约7,000，约4,500至约6,500，约5,000至约6,000或者约5,500。在各种实施方案中，当x包含含有多于10个氨基酸的较长肽且l的分子量为约6,000时，则通式(i)的分子量大于约7,000。在各种实施方案中，当x包含分子量为约5,000或更大的大肽并且l(例如聚乙二醇)的分子量为约6,000时，则通式(i)的分子量可以高达约12,000。
[0211]
在各种实施方案中，通式(ii)的分子量保持在不超过约50,000，不超过约45,000，不超过约40,000，不超过约35,000，不超过约30,000，不超过约25,000，不超过约20,000，不超过约15,000或者不超过约10,000。在各种实施方案中，通式(ii)的分子量为约100至约15,000，约200至约14,000，约300至约13,000，约400至约12,000，约500至约11,000，约1,000至约10,000，约1,500至约9,500，约2,000至约9,000，约2,500至约8,500，约3,000至约8,000，约3,500至约7,500，约4,000至约7,000，约4,500至约6,500，约5,000至约6,000或者约5,500。
[0212]
在各种实施方案中，通式(i)和通式(ii)的总分子量保持在约300,000，不超过约300,000，不超过约200,000，不超过约100,000，不超过约90,000，不超过约80,000，不超过约70,000，不超过约60,000，不超过约50,000，不超过约45,000，不超过约40,000，不超过约35,000，不超过约30,000，不超过约25,000，不超过约20,000，或者不超过约15,000，以促进共聚。
[0213]
在各种实施方案中，l是亲水的。由于l是可调节的，可以根据需要调节由通式(i)表示的重复单元的亲水性和/或溶胀性以及所述生物活性聚乙烯共聚物的整体亲水性和/或溶胀性。有利地，l的存在增加由通式(i)表示的重复单元的亲水性以及所述生物活性聚乙烯共聚物的整体亲水性。甚至更有利地，l的存在增加所述生物活性聚乙烯共聚物的亲水性和蜡性，因此软化高度疏水和结晶性(对于高分子量pe来说)的聚乙烯链，使所述共聚物在加工后不太硬。在各种实施方案中，l允许调节整体共聚物的亲水性以产生吸水性。在各种实施方案中，l还允许调整整体共聚物的蜡性以提供光滑度。本领域技术人员将理解，生物活性结构部分和聚乙烯通常是相互不相容的，因为各生物活性结构部分通常是亲水的，而聚乙烯通常是疏水的。通过在由通式(i)表示的重复单元中使用l，已有利地显示可以在(生物活性组分的)亲水性和(合成组分即聚乙烯)的疏水性之间实现平衡，以增加它们彼此的相容性。
[0214]
在各种实施方案中，l是无定形的。有利地，l的存在增加了所述生物活性聚乙烯共聚物的无定形性和/或降低了所述生物活性聚乙烯共聚物的结晶度，使得所述共聚物可用于制作更软或更低劲度的塑料。
[0215]
在各种实施方案中l是亚杂烷基，其具有至少20个碳原子，至少30个碳原子，至少40个碳原子，至少50个碳原子，至少60个碳原子，至少70个碳原子，至少80个碳原子，至少90个碳原子，至少100个碳原子，至少150个碳原子，至少200个碳原子，至少250个碳原子，或者至少300个碳原子。在各种实施方案中，l是c
20-c
300
亚杂烷基或者具有20个碳原子-300个碳原子的亚杂烷基。
[0216]
在各种实施方案中，l具有介于约500和约7,000之间的数均分子量。l可以具有约600，约700，约800，约900，约1,000，约1,500，约2,000，约2,500，约3,000，约3,500，约4,000，约4,500，约5,000，约5,500，约6,000，约6,500或者约7,000的数均分子量。在各种实施方案中，l的数均分子量为约1,000至约6,000。
[0217]
在各种实施方案中，l中的杂原子是o。在各种实施方案中，l是聚亚烷基二醇。在各种实施方案中，l是聚(c
2-c4亚烷基二醇)。l可以选自下组：聚乙二醇(peg)、聚丙二醇(ppg)、聚(1,4-丁二醇)(ptmg)、聚丁二醇(pbg)等。有利地，聚亚烷基二醇如peg的使用可以增加大分子单体和所得共聚物的亲水性。在各种实施方案中，聚亚烷基二醇如peg被用作整个聚合
物中的间隔基团、连接物或连接基团，而不是被用作末端基团。
[0218]
在各种实施方案中，l是具有至少约10个重复单元，至少约15个重复单元，至少约20个重复单元，至少约21个重复单元，至少约22个重复单元，至少约23个重复单元，至少约24个重复单元，至少约25个重复单元，至少约30个重复单元，至少约40个重复单元，至少约50个重复单元，至少约60个重复单元，至少约70个重复单元，至少约80个重复单元，至少约90个重复单元，至少约100个重复单元，至少约150个重复单元，至少约200个重复单元，或者至少约250个重复单元的聚亚烷基二醇。在各种实施方案中，l包含约10个单体/重复单元-约250个单体/重复单元。与使用短peg链的常规聚合物不同，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案在l处结合有至少20个重复单元的长聚亚烷基二醇链。
[0219]
在各种实施方案中，l选自下组：peg
500
，peg
600
，peg
700
，peg
800
，peg
900
，peg
1000
，peg
1100
，peg
1200
，peg
1300
，peg
1400
，peg
1500
，peg
2000
，peg
2500
，peg
3000
，peg
3500
，peg
4000
，peg
4500
，peg
5000
，peg
6000
和它们的混合物。
[0220]
在各种实施方案中，x按以下排列通过羧酸官能团与聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链偶联：-r
1-l-nr
3-c(＝o)-x。有利地，通过经羧酸官能团连接x，x中的胺端基被释放以递送其生物活性，因此确保x的生物利用度。应当理解，由于胺基赋予生物活性，耗尽用于聚合物结合的生物活性结构部分中的胺基可能是不希望的。
[0221]
在各种实施方案中，x通过肽/酰胺键即-nr
3-c(＝o)-偶联到所述聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链。有利地，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物比含有酯键的常规聚合物强得多和/或稳定得多。不受理论束缚，据信酰胺键比酯键强，因为酯键更易于水解，这可能将生物活性结构部分释放到血流中，导致生物活性结构部分的过早代谢。
[0222]
在各种实施方案中，烷基、烯基、炔基、烷氧基烷基、烷基羰基和烷基羰基烷基中的一个或多个h原子任选地被羟基、羟烷基、卤素、卤代烷基、氰基、氰基烷基和硝基取代。
[0223]
在各种实施方案中，r1选自c
1-c
20
烷基。所述c
1-c
20
烷基取代基可以是直链或支化的取代基，选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。r1可以是直链或支化的c
1-c4烷基取代基。在各种实施方案中，r1的长度与l中的重复单元的长度相同。例如，如果l是聚(丁二醇)，则r1是丁基。在另一个实例中，如果l是聚乙二醇，则r1是乙基。应当理解，在各种实施方案中，r1被仔细设计以匹配l。
[0224]
在各种实施方案中，r3选自h，c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基或者c
2-c
20
炔基。
[0225]
在各种实施方案中，z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。所述聚(降冰片烯)主链可以选自下组：聚(降冰片烯-酰亚胺)，聚(降冰片烯-二羧酰亚胺)，聚(降冰片烯)主链是聚(5-降冰片烯-2,3-二羧酰亚胺)，聚(7-氧杂降冰片烯)，聚(氧杂降冰片烯-酰亚胺)，聚(氧杂降冰片烯-二羧酰亚胺)等。在各种实施方案中，z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，c
1-c
20
烷基，c
1-c
20
烯基和c
1-c
20
炔基。在各种实施方案中，z1是ch2。在各种实施方案中，z2是ch2。
[0226]
在各种实施方案中，x包含选自蛋白质、肽、糖、治疗/药物分子和它们的衍生物的生物活性结构部分。在各种实施方案中，蛋白质、肽、糖或者治疗/药物分子以及它们的衍生物包括被或已经任选地被修饰以含有一个羧酸端基的蛋白质、肽、糖或者治疗/药物分子。在一些实施方案中，所述生物活性结构部分仅含有一个羧酸末端基团。
[0227]
在各种实施方案中，所述生物活性结构部分包含一元羧酸。有利地，具有一元羧酸末端基团的生物活性结构部分的使用避免了不希望的交联的可能性，否则如果存在多于一个羧酸则可能发生这种不希望的交联。因此，在各种实施方案中，所述生物活性结构部分x基本上没有一个以上的羧酸末端基团，例如二元羧酸或三元羧酸。
[0228]
在各种实施方案中，x包含蛋白质或者肽。x可以是肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原序列，胶原模拟物或胶原模拟肽，或者胶原片段。在各种实施方案中，x包含在任何序列中的2-50个氨基酸残基、2-40个氨基酸残基或者2-20个氨基酸残基。在各种实施方案中，x包含在任何序列中的50个氨基酸残基、40个氨基酸残基、30个氨基酸残基、25个氨基酸残基、20个氨基酸残基、15个氨基酸残基、10个氨基酸残基、9个氨基酸残基、8个氨基酸残基、7个氨基酸残基、6个氨基酸残基、5个氨基酸残基、4个氨基酸残基或者3个氨基酸残基。所述氨基酸残基可以选自下组：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸，赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。在各种实施方案中，x是包含3-20个天然氨基酸的肽序列。x可以是选自下组的整合素结合肽：精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(rgd)，srgds和rgds；层粘连蛋白衍生的肽a5g81(agqwhrvsvrwgc)；骨桥蛋白衍生的肽svvyglr；和选自irik或者(irik)2或者(ikki)3的细胞穿透肽/抗微生物肽。在各种实施方案中，x是包含在任何序列或排列中的3-20个甘氨酸(g)、脯氨酸(p)和羟脯氨酸(hyp)单元的胶原序列。x可以是具有(phypg)n型序列、(pghyp)n型序列、(hypgp)n型序列、(hyppg)n型序列、(ghypp)n型序列、(gphyp)n型序列的胶原片段或者胶原模拟物dgea。
[0229]
在各种实施方案中，x包含糖。在各种实施方案中，x包含单糖、二糖、寡糖或多糖。在各种实施方案中，x包含2-50个糖单元、2-40个糖单元、2-20个糖单元或者10-14个糖单元。在各种实施方案中，x包含50个糖单元、40个糖单元、30个糖单元、25个糖单元、20个糖单元、15个糖单元、14个糖单元、13个糖单元、12个糖单元、11个糖单元、10个糖单元、9个糖单元、8个糖单元、7个糖单元、6个糖单元、5个糖单元、4个糖单元、3个糖单元或者2个糖单元。x可以是硫酸肝素(hs)或者葡糖胺基葡聚糖(gags)。在各种实施方案中，x是选自下组的肝素寡糖：dp8，dp10，dp12，dp14和dp16。在各种实施方案中，x是透明质酸，它是最简单形式的葡糖胺基葡聚糖(gag)。
[0230]
在各种实施方案中，x经由其羟基化学偶联至通式(i)的其余部分。例如，当x是糖/糖类时，可以在糖的羟基上进行氧化和/或还原胺化反应以将x连接至通式(i)。糖类上的-ch2oh可以被氧化为-c(＝o)h，其随后使用l上的-nh2末端进行还原胺化以产生肽键。
[0231]
在各种实施方案中，x包含糖/糖类，其含有或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。可以对所述糖/糖类进行通过一种或多种化学反应如氧化的修饰以产生羧酸基团。在各种实施方案中，对最初存在于所述糖/糖类中的羟基进行修饰。在各种实施方案中，所述糖/
糖类上的-ch2oh被完全氧化为-c(＝o)oh，其随后与l上的-nh2末端反应以产生将所述糖/糖类与通式(i)的其余部分连接的肽键：x-c(＝o)-nh-l-。然而，应当理解，如果所述糖/糖类中天然存在羧酸，则可能不要求/不需要对所述糖/糖类进行修饰。
[0232]
在各种实施方案中，x包含治疗/药物分子。在各种实施方案中，x包含抗生素、抗微生物剂、抗菌剂、血液稀释剂或者消炎剂。x可以是青霉素、阿莫西林、两性霉素、环丙沙星(cif)、阿托伐他汀、阿司匹林或选自链霉素、核糖霉素或庆大霉素的基于氨基糖苷的分子。应当理解，x可以是任何含有羧酸基团的治疗或药物分子。
[0233]
在各种实施方案中，x经由其选自-cooh，-ch2oh，-ch2nh2和＝chnh2的化学结构部分之一化学偶联至通式(i)的其余部分。例如，药物分子上的-ch2nh2或者＝chnh2可以先与小的二元羧酸偶联，然后与l上的-nh2末端反应以产生将药物分子连接到通式(i)的其余部分的肽键：x-c(＝o)-nh-l-。
[0234]
在各种实施方案中，x包含治疗/药物分子，其含有或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。可以对治疗/药物分子进行通过一种或多种化学反应如氧化的修饰以产生羧酸基团。在各种实施方案中，对最初存在于治疗/药物分子中的羟基进行修饰。例如，在各种实施方案中，当x是核糖霉素或庆大霉素时，药物分子上的-ch2oh被完全氧化成-c(＝o)oh，其随后与l上的-nh2末端反应以产生将所述药物分子与通式(i)的其余部分连接的肽键：x-c(＝o)-nh-l-。然而，应当理解，如果羧酸已经存在于治疗/药物分子，则可能不要求/不需要对所述治疗/药物分子进行修饰。
[0235]
在各种实施方案中，所述生物活性结构部分被修饰或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。例如，如果糖或者治疗/药物分子中不存在羧酸末端基团，则可以修饰所述糖或者治疗/药物分子以在所述糖或者治疗/药物分子末端之一添加羧酸。所述修饰可以包括将糖中的羟基转化为羧酸的氧化反应。
[0236]
在各种实施方案中，由通式(i)表示的重复单元的量为约1摩尔％-约100摩尔％，约2摩尔％-约99摩尔％，约3摩尔％-约98摩尔％，约4摩尔％-约97摩尔％，约5摩尔％-约96摩尔％，约10摩尔％-约95摩尔％，约15摩尔％-约90摩尔％，约20摩尔％-约85摩尔％，约25摩尔％-约80摩尔％，约30摩尔％-约75摩尔％，约35摩尔％-约70摩尔％，约40摩尔％-约65摩尔％，约45摩尔％-约60摩尔％，或者约50摩尔％-约55摩尔％，相对于所述共聚物计。在各种实施方案中，由通式(i)表示的重复单元的量为约1摩尔％-约10摩尔％，相对于所述共聚物计。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分的量为所述生物活性聚乙烯共聚物的约2摩尔％，约3摩尔％，约4摩尔％，约5摩尔％，约6摩尔％，约7摩尔％，约8摩尔％，约9摩尔％或者约10摩尔％。在一些实施方案中，由通式(i)表示的重复单元的量不超过约10摩尔％，相对于共聚物计。应当理解，在一些实施方案中，生物活性结构部分相对不溶于非极性溶剂，使得难以在不使用大大过量的通式(i)的情况下在所述共聚物中包括超过多10％的通式(i)，而通式(i)的生产成本很高。
[0237]
在各种实施方案中，r2选自c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基或者c
3-c
20
烷基羰基烷基。所述c
1-c
20
烷基取代基可以是直链或支化的取代基，选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,
2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。
[0238]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物中由通式(i)表示的重复单元的数目与由通式(ii)表示的重复单元的数目之比为约1：1-约1：100，约1：2-约1：99，约1：3-约1：98，约1：4-约1：97，约1：5-约1：96，约1：6-约1：95，约1：7-约1：90，约1：8-约1：85，约1：9-约1：80，约1：10-约1：75，约1：15-约1：70，约1：20-约1：65，约1：25-约1：60，约1：30-约1：55，约1：35-约1：50，或者约1：40-约1：45。在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物中由通式(i)表示的重复单元的数目与由通式(ii)表示的重复单元的数目之比为约1：10，约1：15，约1：20，约1：25，约1：30，约1：35，约1：40，约1：45或者约1：50。
[0239]
在各种实施方案中，所述共聚物中由通式(i)表示的重复单元的数目为约10-约1,000。在各种实施方案中，所述共聚物中由通式(ii)表示的重复单元的数目为约10-约1,000。
[0240]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物具有约2,000至约300,000，约3,000至约200,000，约4,000至约150,000，约5,000至约100,000，约10,000至约90,000，约20,000至约80,000，约30,000至约70,000，约40,000至约60,000，或者约50,000的数均分子量(mn)。
[0241]
在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物具有约1.0-约10.0的多分散指数(pdi)。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物的pdi为约1.0，约1.5，约2.0，约2.5，约3.0，约3.5，约4.0，约4.5，约5.0，约5.5，约6.0，约6.5，约7.0，约7.5，约8.0，约8.5，约9.0，约9.5或者约10.0。在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物具有约1.0-约3.0，约1.05-约2.95，约1.1-约2.9，约1.2-约2.8，约1.4-约2.6，约1.6-约2.4，约1.8-约2.2或者约2.0的多分散指数(pdi)。在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物的pdi不超过1.50。
[0242]
在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(i)表示的重复单元和所述一个或多个由通式(ii)表示的重复单元被设计成通过至少共价相互作用连接至聚(降冰片烯)主链。在各种实施方案中，每个由通式(i)表示的重复单元共价键合到所述聚(降冰片烯)主链，和/或每个由通式(ii)表示的重复单元共价键合到所述聚(降冰片烯)主链。有利地，由于生物活性结构部分(在通式(i)中)与生物活性聚乙烯聚合物共价键合，所以生物活性被定位。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分如生物分子不会从所述聚合物中浸出，因此防止由生物分子进入循环系统和/或到达身体系统的非预期部分引起的不希望的/不需要的副作用。因此，所述生物活性聚乙烯共聚物的实施方案克服了作为药物施用的常规生物分子所面临的问题，这些生物分子可能在实现治疗效果之前过早代谢。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分如药物分子不会渗出到如果处置管理不当会逃逸到环境中的介质中。
[0243]
应当理解，其它相互作用如范德华相互作用也可以存在于所述共聚物中。
[0244]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物包含刷状、洗瓶刷、嵌段、梳状或接枝共聚物结构。在各种实施方案中，重复单元可以随机分布/排列在所述聚合物内。
[0245]
在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(i)表示的重复单元包含两种或更多
种不同类型的生物活性结构部分x。在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(i)表示的重复单元包含2，3，4，5，6，7或者8种不同类型的生物活性结构部分x。例如，在生物活性聚乙烯共聚物中，可存在包含肽作为x的由通式(i)表示的重复单元和包含糖作为x的由通式(i)表示的重复单元。有利地，在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物赋予两种或更多种不同类型的生物活性。
[0246]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物是无规聚合物或嵌段共聚物。在一些实施方案中，所述嵌段聚合物是二嵌段或三嵌段聚合物。例如，所述共聚物可以具有两个或三个不同的聚合物嵌段或由两个或三个不同的聚合物嵌段组成。在一些实施方案中，所述多嵌段共聚物包含多于三个聚合物嵌段。所述嵌段可以随机分布/排列在所述聚合物内。
[0247]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物选自以下之一：(sa-t-pe)
p-[(gphyp)3]q共聚物，其包含在通式(i)中的(gphyp)3和在通式(ii)中的琥珀酸封端的聚乙烯；sa-t-pe-rgd共聚物，其包含在通式(i)中的rgd和在通式(ii)中的琥珀酸封端的聚乙烯；和胺封端的pe-rgd共聚物，其包含在通式(i)中的rgd和在通式(ii)中的胺封端的聚乙烯。
[0248]
有利地，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物是高度可定制的。依所述生物活性聚乙烯共聚物的预期应用，可选择具有所需生物学活性的x与具有所需物理属性的y结合，以最终得到具有由通式(i)和(ii)表示的所需重复单元的生物活性聚乙烯共聚物。例如，对于面临生物污染问题的支架，可以将抗微生物肽结合到支架材料中以解决生物污染问题。对于关节植入物(例如膝关节植入物)，可以通过引入结合整合素以促进软骨再生的肽如rgd肽或者模拟软骨环境并促进软骨细胞结合的寡糖来使得聚乙烯更生物相容。一些可能的寡糖可以包括透明质酸片段和硫酸化糖。
[0249]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物与基础聚合物共混以供进一步使用。在各种实施方案中，所述基础聚合物与通式(ii)中使用的y相似或者是相同类型的。例如，所述基础聚合物可以是聚烯/聚烯烃，例如聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯以及乙烯和α-烯烃的共聚物。在各种实施方案中，医用级聚合物被用于基础材料，而低分子量聚乙烯被用于所述生物活性聚乙烯共聚物的合成侧链。有利地，所述生物活性聚乙烯聚合物的实施方案允许将生物分子共混到类似于共聚物的聚乙烯侧臂的基础材料中而没有相分离。有利地，在各种实施方案中，亲水性peg链很好地分布在共聚物结构中/内，因此当合成聚乙烯(pe)-肽共聚物与疏水性基础材料共混时提供更好的共混结果。
[0250]
在各种实施方案中，本公开还提供了以下共聚物：
[0251]
a)包含通式(iii-1)的共聚物：
[0252][0253]
其中
[0254]
a任选地作为n或者nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0255]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0256]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0257]
t是选自氢和甲基的末端基团；其中所述虚线表示任选的化学键；
[0258]
n为10-350；
[0259]
b)由通式(viii-1)表示的聚乙烯大分子制备的共聚物：
[0260][0261]
其中
[0262]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0263]
z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0264]
a任选地作为n或者nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0265]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0266]
r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0267]
t是选自氢和甲基的末端基团；其中所述虚线表示任选的化学键；
[0268]
n为10-350；和
[0269]
c)由在制备本文中公开的聚乙烯大分子的方法中描述的中间体衍生的共聚物，所述方法包括：
[0270]
(i)提供具有通式(ix)的二羧酸酐：
[0271][0272]
其中z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0273]
(ii)使所述具有通式(ix)的二羧酸酐与胺反应以获得所述聚乙烯大分子，所述胺由通式(x-1)表示：
[0274][0275]
其中
[0276]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0277]
a任选地作为n或者nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0278]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0279]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0280]
t是选自氢和甲基的末端基团；其中所述虚线表示任选的化学键；和
[0281]
n为10-350。
[0282]
在各种实施方案中，共聚物a)-c)具有与本文中公开的其它共聚物相似理想的性能。
[0283]
在各种实施方案中，包含通式(iii-1)的生物活性聚乙烯共聚物具有与包含通式(iii)的生物活性聚乙烯共聚物相似理想的特性。
[0284]
在各种实施方案中，由所述由通式(viii-1)表示的聚乙烯大分子单体制备的生物活性聚乙烯共聚物具有与由所述由通式(viii)表示的聚乙烯大分子单体制备的生物活性聚乙烯共聚物相似理想的特性。
[0285]
在各种实施方案中，由所述由通式(x-1)表示的胺衍生的生物活性聚乙烯共聚物具有与所述由通式(x)表示的胺衍生的生物活性聚乙烯共聚物相似理想的特性。
[0286]
方法
[0287]
本公开提供了制备生物活性聚乙烯共聚物的方法，所述方法包括：使一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子聚合以获得所述生物活性聚乙烯共聚物：
[0288][0289]
其中
[0290]
r1是任选取代的烷基；
[0291]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0292]
r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0293]
l是亚杂烷基；
[0294]
x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；
[0295]
y包含聚乙烯；和
[0296]
z1和z2各自独立地选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0297]
有利地，在各种实施方案中，本文中公开的制备生物活性聚乙烯共聚物的方法也是用于设计生物活性聚乙烯共聚物的模块化方法。
[0298]
本公开还提供了设计生物活性聚乙烯共聚物的模块化方法，该方法包括：基于所需的生物学活性从第一模块中选择一种或多种大分子，所述第一模块由具有已知生物学活性的、由通式(iv)表示的含有降冰片烯二羧酰亚胺的生物活性大分子的库组成；基于所需的物理属性从第二模块中选择一种或多种大分子，所述第二模块由具有已知物理属性的、由通式(v)表示的含有降冰片烯二羧酰亚胺的聚乙烯大分子的库组成；和使所述选自第一模块的一种或多种大分子与所述选自第二模块的一种或多种大分子聚合以获得生物活性聚乙烯共聚物：
[0299][0300]
有利地，本文中公开的方法允许快速定制和快速开发/构建具有所需生物活性和物理性能的生物活性聚乙烯共聚物。
[0301]
在各种实施方案中，所述聚合反应包括一个或多个烯烃易位链增长聚合步骤。所述烯烃易位链增长聚合可以是开环易位聚合(romp)。在各种实施方案中，romp反应发生在大分子单体的反应性结构部分，例如烯烃/烯/c＝c结构部分。romp可以包括多种不同的方法，包括“臂优先”romp、“刷优先”romp、“接枝到”romp、“接枝自”romp、“嫁接”romp或者它们的组合。有利地，romp允许快速开发/构建具有所需生物活性的明确的聚乙烯聚合物。在各种实施方案中，根据目标应用，可以选择具有目标生物活性的、由通式(i)表示的生物分子，并使用romp将其与由通式(ii)表示的聚乙烯共聚在一起。
[0302]
在各种实施方案中，聚合反应在聚合引发剂/催化剂/促进剂的存在下进行。在各种实施方案中，所述聚合引发剂/催化剂/促进剂包含金属配合物。所述金属配合物可以是钌、钼或钨配合物。在各种实施方案中，romp在钌配合物存在下进行。有利地，与其它过渡金属(例如w和mo)相比，ru在极性官能团存在下更稳定，从而使ru成为用于涉及选自蛋白质、肽、糖、治疗/药物分子及其衍生物的生物活性结构部分的romp反应的合适烯烃易位催化剂。在各种实施方案中，ru是空气稳定的(即在空气中稳定)和热稳定的(即在高温下稳定)，同时可大规模商业获得，允许romp在升高的温度下进行。所述钌配合物可以包含选自第一代grubbs催化剂、第二代grubbs催化剂、hoveyda-grubbs催化剂、第三代grubbs催化剂或它
们的衍生物的grubbs催化剂。
[0303]
在各种实施方案中，r1，r2，r3，l，x，y，z1和z2含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。
[0304]
在各种实施方案中，所述聚合反应包括a)将一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子混合以获得溶液；b)将所述催化剂添加到得自a)的溶液中；和c)沉淀生物活性的聚乙烯共聚物。
[0305]
在各种实施方案中，所述聚合反应包括按照约1：1-约1：10的比率混合一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子。在各种实施方案中，所述一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子被以约1：5的比率添加到一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子中。
[0306]
在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)在约20℃至约180℃范围内的温度下进行或执行。在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)在刚好低于所用溶剂的沸点例如1,2-二氯苯的沸点的温度进行或执行。进行步骤a)和步骤b)的温度可以独立地选自约20℃，约25℃，约30℃，约35℃，约40℃，约50℃，约60℃，约70℃，约80℃，约90℃，约100℃，约110℃，约120℃，约130℃，约140℃，约150℃，约160℃，约170℃，或者约180℃的温度。在各种实施方案中，当使用较高分子量的聚乙烯(pe)时需要高温反应条件。
[0307]
在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)进行约30分钟至约3天范围内的时间。进行步骤a)和步骤b)的时间可以独立地选自约30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时、20小时、1天、2天或者3天的时间。
[0308]
在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)在有机溶剂存在下进行。在各种实施方案中，用于步骤a)和步骤b)的有机溶剂是独立地选自下组的非极性溶剂：苯、甲苯、二氯苯等及它们的组合。在各种实施方案中，非极性溶剂如苯和/或甲苯尤其可以用于基于pe的材料。在各种实施方案中，步骤a)和b)使用的有机溶剂相同。应当理解，所使用的溶剂的类型取决于所使用的反应物的类型，并且不限于上述那些。在一些实施方案中，与甲苯相比，苯能够在升高的温度下溶解通式(i)和(ii)。
[0309]
在各种实施方案中，步骤c)在有机溶剂的混合物中进行。所述有机溶剂的混合物可以含有一种或多种非质子有机溶剂和一种或多种质子有机溶剂。在各种实施方案中，用于步骤c)的有机溶剂的混合物选自下组：四氢呋喃(thf)、苯、甲苯、乙腈(acn)、二氯甲烷(dcm)、二甲基亚砜(dmso)、丙酮、甲乙酮(mek)、乙基乙烯基醚、甲醇、乙醇、丁醇等及它们的组合。应当理解，所使用的溶剂的类型取决于所使用的反应物的类型，并且不限于上述那些。在各种实施方案中，乙基乙烯基醚被用于淬灭在步骤b)中添加的催化剂。可以添加/使用仅几滴乙基乙烯基醚。在各种实施方案中，步骤c)通过向从步骤a)和b)获得的反应混合物中加入大量质子溶剂如甲醇来进行。
[0310]
有利地，通过在上述精心设计/控制的条件下进行聚合，本文中公开的方法的实施方案已经成功地克服了各个组分(例如l、x、y组分)的宽泛变化和/或相反的性能以构建本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物。
[0311]
本公开还提供了制备生物活性均聚物的方法，所述方法包括：聚合一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子以获得所述生物活性均聚物：
[0312][0313]
其中r1是任选取代的烷基；r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；l是亚杂烷基；x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；和z1选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0314]
本公开还提供了制备聚乙烯均聚物的方法，所述方法包括：聚合一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子以获得所述聚乙烯均聚物：
[0315][0316]
其中r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；y包含聚乙烯；和z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0317]
生物活性大分子
[0318]
本公开还提供了用于制备本文中公开的共聚物的、由通式(iv)表示的生物活性大分子：
[0319][0320]
其中
[0321]
r1是任选取代的烷基；
[0322]
r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0323]
l是亚杂烷基；
[0324]
x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子或者它们的衍生物；和
[0325]
z1选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0326]
在各种实施方案中，r1，r3，l，x和z1含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。
[0327]
在各种实施方案中，所述生物活性大分子经历自聚合或共聚合。在其各种实施方案中，所述生物活性大分子也表现为生物活性大分子单体。
[0328]
在各种实施方案中，x通过羧酸官能团按以下排列偶联到所述降冰片烯二羧酰亚胺：-r
1-l-nr
3-c(＝o)-x。有利地，通过经羧酸官能团连接x，x中的胺端基被释放以递送其生物活性，因此确保x的生物利用度。应当理解，由于胺基赋予生物活性，耗尽用于聚合物结合的生物活性结构部分中的胺基可能是不希望的。
[0329]
在各种实施方案中，x通过肽/酰胺键即-nr
3-c(＝o)-偶联到所述降冰片烯二羧酰亚胺。有利地，本文中公开的生物活性大分子比含有酯键的常规大分子强得多和/或稳定得多。不受理论束缚，据信酰胺键比酯键强，因为酯键更易于水解，这可能将生物活性结构部分释放到血流中，导致生物活性结构部分的过早代谢。
[0330]
本公开还提供了制备本文中公开的生物活性大分子的方法，该方法包括：
[0331]
(i)提供具有通式(vi)的二羧酸酐：
[0332][0333]
其中z1选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0334]
(ii)使所述具有通式(vi)的二羧酸酐与二胺r4r3n-l-r
1-nh2反应以获得具有通式(vii)的胺：
[0335][0336]
其中r1是任选取代的烷基；r3和r4各自独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基，其中r3和r4中至少一个是h；l是亚杂烷基；z1选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0337]
(iii)使所述具有通式(vii)的胺与含有酸的生物活性结构部分x-c(＝o)oh反应以获得所述生物活性大分子，其中x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物。
[0338]
在各种实施方案中，r1，r3，l，x和z1含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。
[0339]
在各种实施方案中，r3和r4各自独立地选自h，c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基或者c
2-c
20
炔基，其中r3和r4中至少一个是h。
[0340]
在各种实施方案中，步骤(ii)包括使用二胺r4r3n-l-r
1-nh2来将x偶联到降冰片烯二羧酸酐。使用的二胺可以是市售的二胺。有利地，该方法是直接的反应，不需要在商业上无法获得并且合成具有挑战性的聚(乙二醇)氨基羧酸。因此，在各种实施方案中，所述方法不需要繁琐的多步骤和/或低收率的合成程序。在各种实施方案中，所述二胺r4r3n-l-r
1-nh2被以略微过量的量使用以确保所述具有通式(vii)的胺不会在两端与降冰片烯二羧酰亚胺连接，否则会使所述二胺r4r3n-l-r
1-nh2变成连接剂而不是末端基团。
[0341]
在各种实施方案中，所述二胺是聚(乙二醇)二胺，其中l是聚(乙二醇)。
[0342]
在各种实施方案中，所述方法还包括在步骤(iii)之前纯化所述具有通式(vii)的胺以分离产物和/或去除杂质。在各种实施方案中，所述纯化步骤包括用酸或碱中的至少一种洗涤。所述纯化步骤可以包括用酸或碱中的至少一种洗涤至少一次、至少两次、至少三次、至少四次、至少五次、至少六次、至少七次或至少八次，以中和所述具有通式(vii)的胺。在各种实施方案中，所述纯化步骤包括双重中和步骤。在一个实施方案中，所述双重中和包括用酸洗涤的第一步以除去未反应的二胺r4r3n-l-r
1-nh2以及用碱洗涤的第二步以中和所述具有通式(vii)的胺。应当理解，由于二胺r4r3n-l-r
1-nh2是碱性的，向所述二胺中添加酸将中和所述二胺以从具有通式(vii)的胺中除去。还应当理解，尽管用酸洗涤的第一步可以在胺末端质子化所述具有通式(vii)的胺，但是随后用碱或过量碱洗涤的第二步将所述质子化形式转化回其游离胺形式。用于第一中和步骤的酸可以选自hcl、hno3、h2so4和h3po4。用于第二中和步骤的碱可以选自naoh、koh、nh4oh和ca(oh)2。在各种实施方案中，第二中和步骤包括用碱洗涤至少一次、至少两次、至少三次或至少四次，以充分萃取所述具有通式(vii)的胺以获得最大化的收率。在一个实施方案中，所述第二中和包括用碱洗涤两次。不受理论束缚，据信最多30％的质子化形式的通式(vii)的胺在萃取过程中可能存在于水相中。因此，在各种实施方案中，用碱洗涤的步骤包括用碱洗涤水相一次和用碱洗涤有机相一次，以从水相和有机相中完全萃取所述具有通式(vii)的胺。有利地，通过在偶联后使用双重中和步骤以获得游离胺末端，所述方法消除了对任何额外步骤例如保护/脱保护步骤的需要。本领域技术人员将理解，二胺、特别是聚(乙二醇)二胺的使用极具挑战性并且为了与降冰片烯二羧酸酐偶联通常需要保护一个胺末端。事实上，在各种实施方案中，聚亚烷基二醇如peg被用作整个聚合物中的间隔基团、连接剂或连接基团，而不是用作末端基团。因此，考虑保护peg二胺的一个胺末端以将其与降冰片烯二羧酸酐偶联似乎是凭直觉得到的。然后可以除去所述保护基团以暴露胺末端用于进一步反应。然而，这将给所述反应增加额外的步骤，并且因此可能不是理想的。本公开的实施方案已经通过在偶联后进行双重中和步骤以获得游离胺末端以进一步偶联到肽而在合成和纯化步骤中设法克服了这个问题。
[0343]
聚乙烯大分子
[0344]
本公开还提供了用于制备本文中公开的共聚物的、由通式(viii)表示的聚乙烯大分子：
[0345][0346]
在各种实施方案中，所述聚乙烯大分子由通式(viii-1)表示：
[0347][0348]
在各种实施方案中，在通式(viii-1)中a存在而b不存在。在这样的实施方案中，所述聚乙烯大分子由通式(viii-2)表示：
[0349][0350]
在各种实施方案中，所述聚乙烯大分子可以由以下通式(viiia)、(viiib)或者(viiic)之一表示：
[0351][0352]
在各种实施方案中，z2，r2，r
6a
，r
6d
，r
7a
，rc，a，b，r5和t含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。
[0353]
本公开还提供了制备本文中公开的聚乙烯大分子的方法，该方法包括：
[0354]
(i)提供具有通式(ix)的二羧酸酐：
[0355][0356]
其中z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和
[0357]
(ii)使所述具有通式(ix)的二羧酸酐与胺反应以获得所述聚乙烯大分子，所述胺由通式(x)表示：
[0358][0359]
其中
[0360]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0361]
a任选地作为nrc存在，其中rc独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；
[0362]
b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；
[0363]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0364]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0365]
n为10-350。
[0366]
在各种实施方案中，所述胺由通式(x-1)表示：
[0367][0368]
在各种实施方案中，在通式(x-1)中a存在而b不存在。在这样的实施方案中，所述胺由通式(x-2)表示：
[0369][0370]
在各种实施方案中，通式(x)可以由以下通式(xa)、(xb)或者(xc)之一表示：
[0371][0372]
其中
[0373]
r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
[0374]
r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；
[0375]r6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0376]r7a
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc存在；和
[0377]
t是选自氢和甲基的末端基团。
[0378]
在各种实施方案中，所述方法还包括在步骤(ii)之前，
[0379]
(a-i)提供具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯：
[0380][0381]
其中
[0382]r6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cra，crarb，n，nrc，o或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；
[0383]r7a
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝crarb，
–
crarbrc，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nrc存在；
[0384]
r8和r9各自独立地选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；并且
[0385]
t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0386]
(b-i)使所述具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯与二胺h2n
–
r2–
nh2或者氨nh3反应以获得所述具有通式(x)的胺。
[0387]
在各种实施方案中，通式(x-1)或者(x-2)中的
–
a＝r5键通过使具有通式(xib)的聚乙烯(例如pe-醛或者pe
–
cho)与h2n
–
r2–
nh2反应产生。
[0388]
本公开还提供了制备由通式(viii-1)或者(viii-2)表示的聚乙烯大分子的方法，该方法包括：
[0389]
(i)提供具有通式(xib)的聚乙烯：
[0390][0391]
其中
[0392]
r9选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；并且t是选自氢和甲基的末端基团；和
[0393]
(ii)使所述具有通式(xib)的聚乙烯与含有侧挂的nh2的降冰片烯二羧酰亚胺反应以获得所述聚乙烯大分子，所述降冰片烯二羧酰亚胺由通式(xii)表示：
[0394][0395]
其中
[0396]r10
选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；并且z2选自crarb，o，nrc，sirarb，pra或者s，其中ra、rb和rc各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。
[0397]
在各种实施方案中，步骤(ii)和步骤(b-i)中至少之一在有机溶剂和/或碱存在下进行。
[0398]
在各种实施方案中，步骤(ii)和/或步骤(b-i)在有机溶剂存在下进行。所述有机溶剂可以是非极性溶剂。在各种实施方案中，用于步骤(ii)和/或步骤(b-i)的有机溶剂是芳族溶剂例如甲苯。有利地，在各种实施方案中，当使用甲苯作为溶剂时，从缩合反应中去除水是更有效的。在各种实施方案中，可以使用非极性溶剂例如苯、甲苯、对二甲苯、四氢萘或十氢萘。在各种实施方案中，用于步骤(ii)和/或步骤(b-i)的有机溶剂是卤化溶剂。所述卤化溶剂可以是氯化溶剂例如二氯苯。在各种实施方案中，步骤(ii)和(b-i)中所使用的有机溶剂是相同的。应当理解，所使用的溶剂的类型取决于所使用的反应物的类型并且不限于上述那些。
[0399]
在各种实施方案中，步骤(ii)和/或步骤(b-i)在碱存在下进行。所述碱可以是选自叔胺或者吡啶的有机碱。在各种实施方案中，所述叔胺选自三乙胺。
[0400]
在各种实施方案中，步骤(ii)和/或步骤(b-i)在约80℃至约200℃范围内的温度下进行或执行。进行步骤(ii)和步骤(b-i)的温度可以独立地选自约80℃，约90℃，约100℃，约110℃，约120℃，约130℃，约140℃，约150℃，约160℃，约170℃，约180℃，约190℃，或者约200℃的温度。
[0401]
在各种实施方案中，步骤(ii)和/或步骤(b-i)被进行或执行约30分钟至约3天范围内的时间。进行步骤(ii)和步骤(b-i)的时间可以独立地选自约30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时、20小时、1天、2天或3天的时间。
[0402]
包含生物活性聚乙烯共聚物的材料
[0403]
本公开还提供了用于医药的、包含本文中公开的共聚物的材料。在各种实施方案中，所述材料是选自下组的器械的一部分或者被用在选自下组的器械上：消费者护理产品如尿布和卫生产品，和医疗器械如伤口敷料、皮肤支架、骨支架、骨和骨髓类器官支架、植入
物如关节植入物和软骨植入物、肠道支架。例如，所述材料可以是包含本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的、用于组织再生的支架、伤口敷料或医疗器械。所述材料可以是适合于通过胶原产生的刺激来增加医疗器械中使用的聚乙烯的生物相容性的材料。所述材料可以是适合促进伤口愈合的材料。所述材料可以是用于皮肤组织再生的材料(通过结合生物活性结构部分如rgd或胶原)。所述材料可以是用于软骨再生的膝关节植入物(通过结合生物活性结构部分如透明质酸或rgd)。所述材料可以是适用于伤口敷料或组织和血清处理装置的抗菌材料。所述材料可以是通过结合胶原来增加皮肤接触产品如尿布的舒适度的材料。
[0404]
在各种实施方案中，所述材料通过静电纺丝、熔体挤出、热熔体挤出、注射成型、熔丝制造或者熔融沉积建模型三维打印、熔喷等加工。
[0405]
在各种实施方案中，当在人体或动物体上/体内使用时，所述材料或者生物活性聚乙烯共聚物与生物学系统或生物学系统的部分相容，而基本上没有或者没有显著引发不良生理反应如毒性反应/响应、免疫反应/响应、损伤等。在各种实施方案中，所述聚合物基本上不含引起不良生理反应的材料。
[0406]
本公开还提供了加速/刺激/促进细胞生长或组织再生如软骨组织或皮肤组织再生或伤口愈合的方法，该方法包括将本文中公开的生物活性共聚物或材料施用/施加至人体或动物体。
[0407]
本公开还提供了本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物或材料在制造用于加速/刺激/促进细胞生长或组织再生或伤口愈合如软骨组织或皮肤组织再生的药物中的用途。
[0408]
例如，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物或材料的实施方案可以用于促进糖尿病患者的伤口(例如糖尿病相关损伤或伤口)例如糖尿病足溃疡的愈合。有利地，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物或材料的实施方案可以用于产生在材料本身内具有必要刺激的敷料，以促进皮肤细胞再生以提高恢复速率。这样的材料不仅可用于伤口敷料，还可用于需要提高的组织再生以改善愈合结果的其它医疗器械。一些这样的应用可以包括软骨植入物，其中在植入物周围通过软骨细胞实现的胶原沉积有助于植入后的恢复。
[0409]
本公开还提供了本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物或材料用于生物膜根除的用途。
[0410]
在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物基本上不含干细胞和/或生长因子。在各种实施方案中，所述生物活性聚乙烯共聚物是非生物污染的。
[0411]
在各种实施方案中，所述生物活性结构部分直接化学连接到所述共聚物。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分未被包封在聚合物基质中。
[0412]
在各种实施方案中，所述生物活性结构部分(例如肽)不通过氨基丁酸间隔物连接至降冰片烯二羧酰亚胺。
[0413]
在各种实施方案中，所述生物活性结构部分包含具有特定序列的结构明确的胶原。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分基本上不含动物来源的胶原，其具有宽的分子量分布和/或不明确的结构和/或已知在人体中引发负面免疫反应。
[0414]
在各种实施方案中，聚乙二醇本身不用作单体。例如，在各种实施方案中，乙二醇单元不作为端基存在于所述共聚物/大分子中。
[0415]
本文中公开的生物活性聚乙烯聚合物和/或方法的实施方案不涉及任何在活化方法如光活化中从所述共聚物释放生物活性分子如药物分子。生物活性聚乙烯聚合物的实施
方案基本上没有光可裂解的基团。
[0416]
附图简要说明
[0417]
图1是根据本文中公开的各种实施方案的生物活性聚乙烯共聚物的示意图100。
[0418]
图2显示了纯rgd肽(“rgd(纯)”)、nbpeg
1000
rgd大分子单体(“nb peg1000rgd”)、nbpe均聚物(“pe”)和琥珀酸封端的聚乙烯(sat-pe)-pegrgd共聚物(“(rgd)romp”)的热重分析和差示扫描量热法(tga-dsc)图。
[0419]
图3a是显示根据本文中公开的各种实施方案制备的基于pe-肽的材料相对于对照物的生物相容性的图。所述结果得自在人去表皮真皮模型上培养的人角质形成细胞上的细胞活力测试。将与医用级聚丙烯共混的生物活性pe的3d打印片材施加于所述皮肤模型24和48小时，其中6种肽(srgds，rgds，(irik)2，(gphyp)3，dgea和rgd)的大分子单体已经与pe的大分子单体共聚。比较例是商业敷料allevyn(即聚氨酯泡沫)和acticoat(即银基聚丙烯无纺布敷料)。使用的对照物包括具有pe和mpeg
1000
作为侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。
[0420]
图3b是显示根据本文中公开的各种实施方案制备的基于pe-肽的材料相对于对照物的生物相容性的图。所述结果得自在人去表皮真皮模型(作为离体人皮肤模型)上的细胞活力测试，其中6种肽(srgds，rgds，(irik)2，(gphyp)3，dgea和rgd)的大分子单体已经与pe的大分子单体共聚，并且所述生物活性共聚物与聚丙烯共混、挤出成长丝并3d打印成片材，然后施加于所述人皮肤模型。比较例是商业敷料allevyn(即聚氨酯泡沫)和acticoat(即银基聚丙烯无纺布敷料)。使用的对照物包括具有pe和mpeg
1000
作为侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。
[0421]
图4显示了在材料应用3天后从初步离体伤口闭合试验获得的人皮肤样品的横截面苏木精-伊红(h&e)染色图像。比较例是商业敷料allevyn(即基于聚氨酯的敷料)。使用的对照物包括具有pe和mpeg
1000
作为侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。
[0422]
图5显示了在基于pe-肽的材料应用3天后从初步离体伤口闭合试验获得的人皮肤样品的横截面苏木精-伊红(h&e)染色图像。所述基于pe-肽的材料是与6％的rgd大分子单体共聚的pe大分子单体，并且最终的生物活性聚乙烯共聚物以0.1％、1％和3％的共混比与医用级聚丙烯共混。
[0423]
图6显示了生物活性的、胺封端的聚乙烯(pe)-rgd共聚物的热重分析和差示扫描量热法(tga-dsc)图。
[0424]
图7是显示根据本文中公开的各种实施方案制备的基于pe-肽的材料相对于商业伤口敷料acticoat和allevyn的生物相容性的图。所述结果得自以1:4的比例与pla共混的pergd共聚物上hs27人皮肤成纤维细胞活力测试。将与医用级pla共混的pergd共聚物电纺成纳米纤维，用于采用在含有10％ fbs和1％ pen/strep的dmem中生长的hs27人成纤维细胞的生物相容性测试。
实施例
[0425]
从以下实施例、表格以及如果适用的话结合附图，本公开的示例性实施方案对于本领域技术人员来说将是更好理解的和容易地显而易见的。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行与结构和化学变化有关的其它修改。示例性实施方案不一定相互排斥，因为一些示例性实施方案可以与一个或多个实施方案组合以形成新的示例性实施方
案。所述示例性实施方案不应被解释为限制本公开的范围。
[0426]
实施例1：构建生物活性聚乙烯共聚物的模块化方法
[0427]
已经开发了用于构建含有肽、糖或药物分子的生物活性大分子单体的通用策略。简单的两步合成允许快速建立各种链长度的生物活性大分子单体的广泛库，从而允许快速开发具有目标应用所要求的所需生物活性的合成聚合物(即聚乙烯)。使用该库使得通过将生物活性大分子单体与具有所需物理性能的合成聚合物(即聚乙烯)的大分子单体匹配来构建适应各种应用的所需聚合物的模块化方法成为可能。因此可以实现快速的聚合物定制。
[0428]
开发了如方案1中所示的用于设计/构建所需生物活性材料的模块化积木系统。一旦确定了目标医疗应用，就可以使用“即插即用”方法(方案1)来创建所需的生物活性聚乙烯材料，该材料不仅具有治疗效果，而且具有必要的机械性能以便于储存和操作。
[0429][0430]
方案1.构建具有适应目标应用的所需性能的生物活性聚合物的模块化方法实例
[0431]
通过使用所述模块化方法，产生在单体末端由生物活性分子组成的大分子单体，并且其能够与其它合成聚合物(即聚乙烯)共聚以产生具有目标生物活性的生物活性聚乙烯共聚物。使用根据本文中公开的各种实施方案开发的策略，通过将生物活性分子转换为带有羧酸基团的任何肽或糖，所需的聚合物是高度可定制的。一旦确定了目标应用，这允许快速合成生物活性聚合物。所产生的生物活性聚合物可以具有从皮肤细胞再生、骨细胞再生、抗微生物活性、软骨组织再生、伤口愈合、胶原生成、抗炎到胆甾醇合成抑制(用于例如使用阿托伐他汀作为药物)的性能，并且可以根据需要被制成具有机械强度。因此，所述模块化合成使得应用与聚合物性能的匹配简单得多和有效得多。
[0432]
实施例2：制备生物活性聚乙烯共聚物的方法
[0433]
根据本文中公开的各种实施方案制备生物活性聚乙烯共聚物的方法包括分别产生生物活性分子和聚乙烯的大分子单体，并使用开环易位聚合(romp)技术将这些原本互不
相容的分子连接在一起。其结果是一种刷状聚合物，其同时带有生物活性分子和用于提高材料的整体机械强度的聚乙烯(方案2)。通过单独创建大分子单体，本发明人能够建立供临床医生或医疗技术公司选择的、具有不同性能的大分子单体库，并且可以容易和快速地构建具有适应目标应用的所需治疗效果的材料。通过单独创建大分子单体，本发明人还能够建立用于在生物医学实验室中快速测试功效的大分子单体和最终共聚物的库。这些大分子单体(mm)的不同组合还可以产生明确的、含有不同生物活性分子的刷状共聚物库，用于在实验室中快速筛选生物活性。
[0434]
在以下实施例中，已经产生了含有聚乙烯侧臂和拴在聚乙二醇(peg)结构部分上的生物活性分子的刷状聚合物。生物活性分子可以包括选自20种天然氨基酸的3-20个氨基酸残基的任意组合的肽序列、糖如葡糖胺基葡聚糖或含有羧酸末端的药物分子如某些抗生素的生物分子。生物分子还可以包括任何序列中的、3-20个氨基酸残基的胶原模拟肽，例如dgea、(gly-pro-hyp)3和(pro-hyp-gly)3。根据应用，可以选择具有感兴趣的生物活性的生物分子，并使用本文中公开的刷状聚合物技术通过开环易位聚合将其与聚乙烯共聚在一起。
[0435]
所得聚合物显示出所涉及的生物分子的生物活性，同时具有好得多的物理和机械性能以实现良好的材料操作和加工性能。
[0436]
所述生物活性聚乙烯共聚物随后可以与类似于侧臂上聚合物的聚合物(例如聚乙烯或者聚丙烯)共混，以产生用于生物医疗器械如导管、伤口敷料、组织支架、整形外科植入物、假肢、软骨关节植入物等的生物活性材料。
[0437]
根据本文中公开的各种实施方案制备生物活性聚乙烯共聚物的合成路线在方案2中图解说明。
[0438][0439][0440][0441]
方案2.通过romp合成刷状聚合物以产生生物活性聚乙烯共聚物
[0442]
实施例3：生物活性大分子单体和合成方法
[0443]
已经开发了用于根据本文中公开的各种实施方案合成生物活性大分子单体的通用策略。各种链长度的聚乙二醇二胺(例如mw＝1,000-6,000)与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐反应以生成大分子单体主体，即含有降冰片烯二羧酰亚胺和聚乙二醇的大分子单体(nbpeg)主体(方案3.1)。一旦产生了nbpeg，各种肽、糖或药物分子然后与这些nbpeg链反应
以产生具有所需治疗性能的生物活性大分子单体。
[0444]
在具有所述大分子单体主体的情况下，任何肽、糖或药物分子(r)均可使用，利用生物活性分子上的羧酸末端通过缩合反应在nbpeg-nh2上的胺基与糖或者肽的羧酸末端间形成肽/酰胺键(方案3.2)。药物分子的实例包括抗生素，例如阿莫西林或环丙沙星。在各种实施方案中，r是抗微生物肽的共聚物(irik)2或者(ikki)3；肝素寡糖dp10、dp12、dp14；细胞外基质肽col或rgd，其中col可以是dgea、(gphyp)n、(phypg)n或者(pghyp)n。在各种实施方案中，r是糖、具有co2h基团的药物分子或由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列。在各种实施方案中，r是dp12、dp14、col或rgd，其中col可以是dgea、(gphyp)n或者p、hyp和g的任何组合。如果糖不具有羧酸基团，则可能需要对所述糖进行改性以包括一个羧酸基团。或者，也可以在所述糖的羟基或羰基上进行胺取代反应或还原胺化反应。
[0445][0446]
方案3.1.使用各种链长度的peg二胺合成nbpeg大分子单体主体(其中toluene＝甲苯，reflux＝回流)
[0447][0448]
方案3.2.生物活性大分子单体的合成(r可以是dp12、col或rgd，其中col可以是dgea、(gphyp)n或者(phypg)n；r也可以是糖或具有co2h基团的药物分子或由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列；r也可以是dp12、dp14、col或者rgd，其中col可以是dgea或者(gphyp)n)
[0449]
实施例4：聚乙烯大分子单体和合成方法
[0450]
可以产生具有琥珀酸末端或伯胺末端的聚乙烯(pe)大分子单体。
[0451]
为了制造具有琥珀酸末端的pe大分子单体，低分子量且多分散性的乙烯基封端的聚乙烯与马来酸酐反应以获得琥珀酸封端的聚乙烯(sa-t-pe)。然后，该pe可以与1,6-己二胺(hmda)反应，最后与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐反应，生成所需的pe大分子单体(方案4.1)。
[0452]
为了在聚乙烯(pe)上获得用于大分子单体形成的伯胺末端，乙烯基封端的pe的氢氨甲基化在一锅煮的两步法中进行，其中首先通过加氢甲酰化将乙烯基封端的pe转化为线性羰基化合物，然后在1,6-己二胺(hmda)存在下进行还原胺化(方案4.2)。在获得胺封端的pe后，与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐缩合得到pe大分子单体(方案4.3)，它可以与自身或其它大分子单体一起用于刷状聚合物形成。
[0453]
[0454]
[0455][0456]
实施例5：开环易位聚合催化剂
[0457]
采用所述生物活性大分子单体和合成聚合物(即pe)大分子单体，使用grubbs型催化剂1(方案5)通过romp制备最终的生物活性聚乙烯共聚物。
[0458][0459]
方案5.用于romp反应的grubbs型催化剂的实例
[0460]
实施例6：生物活性聚乙烯共聚物实施例
[0461]
图1显示了根据本文中公开的各种实施方案设计的生物活性聚乙烯共聚物100。生物活性聚乙烯共聚物100包含聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链102、聚乙烯侧臂104a、104b和104c以及拴在peg链108a、108b和108c上的生物活性分子106a、106b和106c的侧臂。如所述示意图中显示的，所述侧臂连接到聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链102。106a、106b和106c可以是相同或不同类型的生物活性结构部分。
[0462]
生物活性分子的实例包括选自由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列、任何序列中的3-20个氨基酸残基的胶原模拟肽如dgea、(gly-pro-hyp)3、(pro-hyp-gly)3、(hyp-pro-gly)3、(gly-hyp-pro)3、(hyp-gly-pro)3和(pro-gly-hyp)3、糖如葡糖胺基葡聚糖或含有羧酸末端的药物分子如某些抗生素的生物分子。
[0463]
胶原是皮肤护理和伤口护理行业中的一种流行材料，因为它们具有皮肤相容性且据报道具有再生皮肤组织的能力。然而，它们足够温和以防止可能导致癌症的过度活跃的组织再生。胶原本身的亲水性使其成为护肤产品用的有吸引力的材料，因为保持皮肤中水分的能力将防止皮肤过度干燥引起的皮炎。因此，胶原片段和胶原模拟物可以被用在pe中来制造用于共混到聚丙烯基础材料中以用于尿布制造的聚合物。
[0464]
天然存在的生物聚合物如透明质酸(ha)和胶原(col)已被证明可以支持细胞生长和增殖。几项研究表明，ha显著改善糖尿病足溃疡(dfu)的愈合率。据报道ha可提高软骨再生。胶原凝胶或冷冻干燥的胶原垫可商购获得用于伤口治疗。integra是一种由牛胶原制成的胶原支架，目前是用于烧伤治疗的黄金标准。胶原能够使皮肤组织再生且是高度生物相容的材料，这使得其成为一种非常有吸引力的伤口愈合材料。
[0465]
除了ha和col之外，精氨酰甘氨酰天冬氨酸(rgd)肽是另一种令人感兴趣的肽，据报道它可以促进骨骼、软骨和皮肤细胞的增殖。所述rgd序列是纤连蛋白的最小结合域，纤连蛋白是细胞外基质(ecm)的一种高分子量糖蛋白，可与ecm组分如胶原和纤维蛋白结合。已知rgd肽序列通过与有助于伤口愈合过程的细胞表面整合素相互作用来调节细胞活性。据报道，用rgd肽修饰的材料可促进细胞粘附、扩散和伤口愈合。rgd还允许用于软骨发育调节所要求的转化生长因子(tgf-β)激活的整合素结合。因此，rgd是用于伤口愈合和软骨修复的材料开发中需要考虑的重要的肽。
[0466]
一个实例是用于治疗需要快速皮肤再上皮化的慢性伤口的伤口敷料材料的开发。rgd是一种肽序列，其能够结合整合素用于细胞附着、迁移和增殖。因此，创建了rgd的大分子单体(方案6a)。由于敷料需要是惰性的且具有较长的保质期和良好的机械强度，因此将带有聚乙烯的大分子单体与这种带有rgd的大分子单体配对以产生最终的rgd和pe的共聚物(方案6b)。该材料经测试是生物相容的，并且使用人皮肤等效模型测定能提高再上皮化。
[0467][0468]
方案6(a)带有rgd的大分子单体(b)开环易位聚合(romp)以获得含有聚乙烯和rgd(用于整合素结合以介导皮肤细胞迁移和增殖的肽序列)二者的生物活性共聚物
[0469]
由于rgd是一种良好的整合素结合剂和骨生长因子结合剂，它也可以与pe大分子单体配对以产生用作用于骨和骨髓类器官创建的基质或支架材料的生物活性共聚物。这样的构建聚合物的模块化方法允许将不同的生物活性大分子单体与合成大分子单体匹配，以根据目标应用快速创建机械强度高的治疗材料。
[0470]
rgd能够通过其酸末端用任何肽序列替换，或者用具有羧酸官能团的任何糖或任何药物分子如阿莫西林或环丙沙星替换。
[0471]
例如，葡糖胺基葡聚糖(gag)如5至10个二糖单元的硫酸肝素(hs)链可以被用作生物活性结构部分。不受理论束缚，据信hs链对骨形态发生蛋白(bmp)、特别是bmp-2是活性的，其能够将成肌细胞转分化为成骨细胞。不受理论束缚，据信具有六个二糖单元的hs片段dp12对bmp-2具有最高的结合亲和力。
[0472]
还可以用胶原片段和模拟物构建生物活性材料。骨骼是一种矿化的胶原组织，其在整个生命周期中会自我重塑以适应机械应力和维持骨骼组织的完整性。目前的骨支架通常由胶原海绵制成，偶尔会用一些磷酸钙陶瓷如磷酸三钙或羟基磷灰石矿化。胶原的生物相容性及其与骨和软骨组织的相似性使其成为理想的骨和软骨支架材料。可以使用的一些
可能的胶原模拟物包括dgea和带有不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段。不受理论束缚，据信dgea支持间充质干细胞粘附和分化成成骨细胞。而且，不受理论束缚，据信胶原也可以成为极好的皮肤支架材料，因为细胞外基质(ecm)主要是胶原质材料。研究的其它ecm肽包括层粘连蛋白衍生肽a5g81，据报道它可以促进大鼠的伤口愈合。
[0473]
除了组织再生生物分子，细胞穿透肽如(irik)2和(ikki)3也可以被用作生物活性结构部分，用于结合到非生物污染材料中。生物污染是生物医疗器械如导管、肠道支架和甚至伤口敷料中的一个严重问题。靶向生物膜形成细菌如铜绿假单胞菌的能力且同时对人体无毒使这样的肽成为生物医疗器械材料的有吸引力的候选者。
[0474]
药物分子如抗生素也可以被结合到刷状聚合物中。在理论上，任何具有羧酸末端的药物分子都允许产生这些生物活性合成聚合物。一些成功聚合的药物分子包括阿莫西林和环丙沙星。已经产生了也用于抗菌设备的刷状聚合物。
[0475]
总之，已经开发了一种通用策略来产生生物活性大分子单体，用于通过使用模块化方法进行聚合物设计和合成来快速构建生物活性聚乙烯共聚物。这样的治疗材料合成模块化方法允许治疗定制以满足每个患者的需求，因此更接近个人医疗的理想情况。
[0476]
总之，已经通过romp技术开发了一系列在聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上带有聚乙烯的、具有聚乙二醇化生物分子作为侧链的聚合物。还对这些聚合物中的一些的生物相容性和皮肤细胞活力进行了测试以证明这些材料能够承受苛刻的材料加工温度而没有损失生物活性的能力。这里提出的通用策略形成了一种产生用作生物医疗器械用材料中的生物添加剂的生物活性聚乙烯共聚物的方法，其中所述生物添加剂可以与聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上的聚合物侧链类型相似的基础聚合物共混。所述聚乙烯侧链有助于使所述生物分子与所述基础合成聚合物更相容，允许它们被共混在一起而不会发生相分离。所述刷状聚合物的形成还允许生物分子具有比天然生物分子本身好的结构完整性，天然生物分子往往是极度吸湿的，导致它们作为材料时差的操作和低的可加工性。
[0477]
实施例7：琥珀酸封端的聚乙烯(sa-t-pe)-肽共聚物
[0478]
7.1.(sa-t-pe)
p-[(gphyp)3]q共聚物
[0479]
本实施例显示了一种新策略的开发，以利用刷状聚合物合成将胶原片段或模拟物结合到聚乙烯中以用于消费品如尿布。所产生的生物活性聚乙烯可以被共混到医用级聚丙烯(pp)中以用于非织造纤维生产，这通常在220℃通过熔体挤出进行。其它肽如已知可提高皮肤生物相容性的精氨酰-甘氨酰-天冬氨酸(rgd)也可以使用类似的策略制备。
[0480]
琥珀酸封端的聚乙烯(sa-t-pe)按照文献方法(macromolecules2009,42,4356-4358；按照supporting information中的第二个实施例)获得。
[0481]
7.1.1.pe大分子单体
[0482]
首先使用1,6-己二胺(hmda)在sa-t-pe上产生胺手柄，然后将所述胺化的pe连接到降冰片烯二羧酸酐连接剂(顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐)上以生成pe大分子单体(方案7.1)。
[0483]
7.1.2.肽大分子单体
[0484]
通过使peg二胺(mw 1,000-6,000)在一个胺末端处与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐反应，然后在peg二胺的另一个胺末端处与合适的肽进行第二缩合反应，来制备肽大分子单体(方案7.2)。
[0485]
胶原片段如(gphyp)3和(pghyp)3、胶原模拟物如dgea和细胞外基质肽如rgd和srgds的大分子单体也已使用该通用策略制备。
[0486]
7.1.3.pe-肽共聚物
[0487]
在两种大分子单体已经合成后，使用grubbs催化剂(方案5，催化剂1)对所述大分子单体进行开环易位聚合以获得所需的pe-肽共聚物(方案7.3)。
[0488]
合成的共聚物在聚合物中显示出平均6％的肽结合，尽管pe:肽单体比为5:1。这可能是由于肽大分子单体在苯中的溶解度差。其它非极性溶剂如甲苯最差，结合的rgd不超过2％。极性溶剂一般不溶解pe。
[0489]
在合成之后，使用电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)检查聚合物中来自grubbs催化剂的残留金属，以确定金属含量低于0.1ppm。2b类医疗器械中fda允许的ru吸入限值为0.1μg/g。对于一个5公斤的婴儿，这相当于0.5毫克的ru。假设每片尿布使用10克非织造pe-col片作为其外层并且pe-col在pp中的共混比为3％，则材料中有0.3克的pe-col。在0.1ppm ru下，在0.3g材料中检测到的ru的量为0.03μg。这远低于2b类器械的fda限制。对于诸如尿布之类的应用，这样的ru限制是微不足道的。
[0490]
[0491]
4358；按照supporting information中的第二个实施例)制备。用于制造sa-t-pe的pe的分子量范围为1,400-5,000，正好适合用于接枝到连接单元如降冰片烯上以生成大分子单体，这些大分子单体将被进一步聚合成包含这样的pe侧链的刷状聚合物。
[0496]
7.2.1.pe大分子单体
[0497]
首先使用1,6-己二胺(hmda)在sa-t-pe上产生胺手柄，然后将所述胺化的pe连接到降冰片烯二羧酸酐连接剂(顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐)上以生成pe大分子单体(方案7.1)。
[0498]
7.2.2.肽大分子单体
[0499]
通过使peg二胺(mw 1,000-6,000，取决于pe的mw范围)在一个胺末端处与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐反应，然后在peg二胺的另一个胺末端处与合适的肽进行第二缩合反应，来制备肽大分子单体(方案7.2)。
[0500]
7.2.3.pe-肽共聚物
[0501]
在两种大分子单体已经合成后，使用grubbs催化剂(方案5，催化剂1)对所述大分子单体进行开环易位聚合以获得所需的pe-rgd共聚物(sa-t-pergd)(方案7.4)。
[0502]
合成的共聚物在聚合物中显示出平均6％的rgd结合，尽管pe:rgd单体比为5:1。这可能是由于rgdpegnb大分子单体在苯中的溶解度差。其它非极性溶剂如甲苯最差，结合的rgd不超过2％。极性溶剂一般不溶解pe。
[0503]
在合成之后，使用icp-ms检查聚合物中来自grubbs催化剂的残留金属，以确定金属含量低于0.1ppm。假设每个软骨植入物(骨软骨塞)使用1克pe来制造，在10％的生物活性pe共混比下，植入物材料中有0.1克生物活性pe。在0.1ppm ru下，在0.1g生物活性rgd中检测到的ru的量为0.01μg。这远低于100μg/天的fda每日口服暴露限值或1μg/天的吸入限值。
[0504][0505]
7.3.热稳定性
[0506]
在icp-ms之后，对纯rgd、nbpegrgd、nbpe均聚物和pe-共-pegrgd共聚物(pe-rgd)进行了热重分析和差示扫描量热法(tga-dsc)测量，以确定所述聚合物的热稳定性。dsc曲线显示，所述材料在》450℃(467℃)时经历单相降解/重量损失，该温度远高于用于3d打印或非织造纤维生产的pe或pp的典型熔融加工温度(图2)。因此，尽管结合了生物分子，材料的提高的热稳定性已被证实。
[0507]
已观察到，纯rgd在低于其大分子单体nbpeg
1000
rgd的降解温度(250-400℃)、甚至
远低于其pe-rgd共聚物的降解温度(400-500℃)的温度(150-250℃)下降解。nbpegrgd显示了两相降解(重量损失)，其中第一降解是由于rgd基团的损失，然后是从大约250℃开始的peg链的分解。pe-rgd共聚物在466℃时仅损失50％的重量，允许使用大多数材料加工方法如熔体挤出或熔丝制造(fff/fdm)将聚合物加工成可用的器件。因此，rgd在连接到peg后通过romp在降冰片烯二甲酰亚胺主链上与pe共聚后热稳定性的显著增强在这里是很明显的。
[0508]
7.4.生物相容性
[0509]
将生物活性pe与医用级聚丙烯粉末以0.1-10％的不同比例共混以产生复配物。然后使用双螺杆长丝挤出机在190℃熔体挤出该复配物，以产生熔融长丝制造(fff)打印机质量的长丝，然后将其送入打印机以产生具有1.5x1.5mm2孔的2x2cm2的材料片，用于在人皮肤模型上的离体测试。
[0510]
为了证实根据本文中公开的各种实施方案设计的聚合物的生物活性，使用在生物大分子单体上连接有肽的几种聚合物进行人皮肤测试。将所述生物活性合成聚合物与作为基础材料的医用级pp共混，所述pp具有179℃的较高熔点。使用长丝挤出机在220℃将所述聚合物共混物挤出成长丝，然后进行fff打印以提供具有内置孔的片材。然后在人皮肤模型上测试所述片材，并且很明显与商业敷料如allevyn(聚氨酯泡沫)和acticoat(银基非织造敷料)相比根据本文中公开的各种实施方案设计的材料显示出好得多的皮肤细胞活力(图3a至图3b)。所述商业敷料是医院为慢性伤口患者最常开出的两种伤口敷料。通过这些皮肤数据，证实了所述生物活性合成聚合物的功效及其承受苛刻材料加工温度(220℃)的能力。附着的生物分子的生物活性即使在这样的温度下也不会丧失，证明了本公开能够产生生物活性聚合物，其对材料加工具有高稳定性，并且对各种治疗具有生物功效。
[0511]
生物相容性测试在sris的人体组织实验室使用人体真皮重建皮肤模型通过使用从皮肤库获得的角质形成细胞再生表皮层来进行。所述测试根据topping,g.等人的标准报告程序(primary intention：the australian journal of wound management，2006，14(1)，14-21，其内容通过引用完全并入本文)进行。简而言之，将敷料材料施加于所述皮肤模型，并向皮肤提供介质以支持皮肤活力。在24小时(图3a)和48小时(图3b)去除敷料，皮肤样本用阿尔玛蓝染色，各自孵育90分钟，并通过荧光光谱法分析染色以检查活细胞的数量。
[0512]
使用pe作为合成聚合物和使用一系列具有不同性能的肽(即抗微生物肽：irik；胶原片段(gphyp)3、gphyp；胶原模拟物：dgea和整合素结合肽：rgd、srgds和rgds)作为生物活性大分子单体，来产生共聚物。随后将所述共聚物与聚丙烯共混并3d打印成片材，然后测试细胞活力和与市售伤口敷料如allevyn和acticoat相比的生物相容性。
[0513]
从离体测试可以看出，与对照相比，胶原基材料(gphyp)3和dgea在24小时时均显示出提高的细胞活力。srgds也略微优于对照(图3a)。在48小时时，srgds和gphyp均保持了良好的细胞活力，证明了它们与人体皮肤的生物相容性(图3b)。与市售抗微生物敷料acticoat相比，采用抗微生物肽如(irik)2制备的生物活性pe甚至显示出合理的生物相容性。
[0514]
在基于pe-肽的材料应用3天后从初步离体伤口闭合试验获得的人皮肤样品的横截面苏木精-伊红(h&e)染色图像被提供在图4和图5中。比较例是商业敷料allevyn(即基于聚氨酯的敷料)。使用的对照物包括具有pe和mpeg
1000
作为侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。所述基于pe-肽的材料是与rgd的大分子单体共聚的pe的大分子单体，并分别以0.1％、
1％和3％pe-rgd共聚物的比例与聚丙烯共混。
[0515]
简而言之，已经使用peg和降冰片烯二甲酰亚胺连接剂制备了pe与各种肽的共聚物材料，所述肽包括胶原片段、胶原模拟物、抗微生物肽(irik)2和细胞外基质肽如rgd和srgds。所述材料显示了提高的热稳定性以及良好的生物相容性数据。通常，可以使用任何序列中的、长度为3-20个氨基酸的肽和最多14个糖单元的寡糖。
[0516]
7.5.结论
[0517]
通过将聚乙二醇化的肽和胶原片段结合到含有聚乙烯(pe)侧链的刷状聚合物中，创造出用于消费品和基于聚乙烯或聚丙烯的医疗器械用非织造纤维的生物活性聚乙烯。为了生产用于测试的原型，将这些聚合物以粉末形式共混到医用级聚丙烯中，并使用fdm打印机在220℃下熔体挤出成片材。所述聚合物片材已经在人体皮肤模型上进行了离体测试并证实了与人体皮肤的出色的生物相容性。其它聚乙二醇化的肽在结合到pe中之后也表现出良好的生物相容性。如实施例中显示的，所述肽的热稳定性在结合到基于pe的刷状聚合物中之后显著改善。通常可以使用任何序列中的、长度为3-20个氨基酸的肽和最多14个糖单元的寡糖。
[0518]
已经采用聚乙烯开发了含有聚乙二醇化的胶原片段或肽的聚合物材料，为使用聚降冰片烯二甲酰亚胺主链的刷状聚合物。使用体外人体皮肤模型，所述聚合物在生物相容性和提高的细胞活力方面显示出所述肽的生物活性。同时，所述聚合物还显示出改进的热稳定性，这从显示仅在467℃时材料重量损失50％的tga-dsc曲线可以明显看出。所述聚合物被在220℃熔融挤出，并且在人体皮肤上进行测试时没有显示出生物活性的损失，证明了开发具有与胶原一样的热稳定性和生物活性的生物活性聚乙烯材料的能力。所述材料可以通过传统的材料加工方法熔融加工，使得它们成为用于消费品如尿布的有用材料。它们还表现出与聚乙烯的机械性能一样的良好机械性能。
[0519]
通过将已知可改善伤口愈合的聚乙二醇化生物分子结合到聚乙烯中，创造出兼具所使用的生物分子的生物活性以及聚乙烯的物理性能的新型材料。已知细胞外基质肽如rgd、胶原和层粘连蛋白衍生肽如a5g81能提高皮肤细胞增殖和伤口愈合。用在聚降冰片烯二甲酰亚胺主链上的聚乙二醇化侧链上的这些肽以及聚乙烯侧链创建了刷状聚合物。然后使用fff打印机将所述材料3d打印成片材，并在人体皮肤模型上进行测试。与作为对照的商业敷料相比，所述材料的离体测试显示了改善的细胞活力。
[0520]
带有聚乙烯侧链和聚乙二醇化的肽的刷状聚合物已被生产以用于组织再生材料如伤口敷料和其它医疗器械。通过将肽结合到聚乙烯中，生物活性在原本惰性的聚乙烯中产生。同时，肽如胶原片段和rgd的热稳定性被显著提高。肽也没有与pe发生相分离。这允许生物活性pe被共混合到基础聚丙烯(pp)中，用于伤口敷料制造中的非织造纤维生产。生物活性pe也可以共混到pe中，用于制造其它生物医疗器械，例如关节植入物和支架，从而因使用了更生物相容的pe而改善接受植入物的患者的恢复速率。
[0521]
7.6.材料和方法
[0522]
7.6.1.通用程序
[0523]
开环易位聚合反应和rgd大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。sa-t-pe大分子单体在环境条件下合成。所有在手套箱中使用的溶剂(来自alfa aesar的无水苯和无水甲醇)均按购买的原样使用。grubbs第二代催化剂购自sigma aldrich，所
有肽(包括rgd肽)购自biomatik inc。hmda和聚乙二醇二胺购自alfa aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。根据文献方法(macromolecules 2009,42,4356-4358；遵循支持信息中的第二个实施例)制备琥珀酸封端的聚乙烯(mw 15,000及以下)。
[0524]1h nmr光谱在jeol 500mhz nmr光谱仪上记录。gpc色谱图在配备2*plgel mixed b柱(300x 7.5mm，粒径10μm)和1*plgel mixed b保护柱(50x 7.5mm)的agilent infinity ii high temperature gpc系统上记录。洗脱液是tcb，流速为1ml/min，烘箱温度为160℃。聚苯乙烯用作校准标准物。
[0525]
7.6.2.sa-t-pe大分子单体(sa-t-pehmdanb)的合成(pe mw为1,400-5,000)
[0526]
将sa-t-pe(6mmol)称入250ml圆底烧瓶(rbf)，然后添加甲苯(120ml)。然后加入hmda(18mmol)和三乙胺(6mmol)。然后将所述混合物在回流下搅拌过夜，连接迪安斯达克分水器以除去水。然后将所述混合物冷却并浓缩，随后加入meoh，得到米黄色沉淀物。将所述混合物过滤，并将残余物用meoh洗涤，然后在真空烘箱中干燥过夜，定量得到sa-t-pehmda。
[0527]
将sa-t-pehmda(6mmol)添加到250ml rbf中，然后添加顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(6.5mmol)、甲苯(120ml)和三乙胺(6mmol)。然后将所述混合物回流过夜，连接迪安斯达克分水器以除去水。然后将所述混合物冷却并浓缩，随后加入meoh，得到米黄色沉淀物。将所述混合物过滤，并将残余物用meoh洗涤，然后在真空烘箱中干燥过夜，定量得到sa-t-pe大分子单体(sa-t-pehmdanb)。1h nmr(c7d8)δ＝5.88-5.85(m，2h)，5.16-5.47(m，2h)，3.41-3.36(m，5h)，2.97-3.36(m，4h)，2.64(bs，2h)。
[0528]
7.6.3.nbpeg大分子单体主体的合成(h2n-peg-nh2为1,000-6,000)
[0529]
将peg二胺(1g)和顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(1当量)添加到100ml rbf中，然后添加甲苯(50ml)。添加三乙胺(1当量)，并将所述混合物在回流下搅拌过夜，同时用连接的迪安-斯达克分水器除去水。将所得溶液蒸发至干，添加二氯甲烷(40ml)，随后添加0.1m hcl(40ml)。萃取有机层并用0.1m naoh(50ml)洗涤。将0.1m naoh(50ml)加入到来自所述酸洗的含水部分中，随后添加ch2cl2(30ml)。萃取并合并有机层，用饱和nacl洗涤，然后用na2so4干燥。将所述材料蒸发至干，对于peg二胺1,000得到浅橙色油状物nbpeg，对于peg二胺3,400和6,000得到米黄色固体nbpeg。1h nmr(meod)：δ＝6.36(t，2h，nb)，3.67(s，peg)，3.21(s，2h，nb)，2.74(s，2h，nb)，1.92(s，2h)。
[0530]
7.6.4.作为peg1,000-6,000的代表性制备的nbpeg
1000
rgd合成
[0531]
在手套箱中，在4ml小瓶中，将rgd(在用ome保护的天冬氨酸上具有1个羧酸末端)(0.0937g，0.26mmol)溶解在meoh(2.5ml)中。添加ipr2etn(91μl，0.52mmol)并搅拌所述混合物(a)。在40℃，将hobt(0.0353g，0.26mmol)和hbtu(0.0992g，0.26mmol)溶解在在20ml小瓶中的meoh(12.5ml)中，然后添加来自(a)的所述rgd溶液，得到溶液(b)。然后将溶液b添加到在40毫升小瓶中的nbpeg
1000
(0.25g，0.218mmol)中，并在室温下搅拌过夜。然后将所得混合物蒸发至干并将油状物加入乙醚(50ml)中。将所述乙醚溶液在冰箱中冷却48小时并倾析。向残余物中加入meoh(5ml)以得到具有白色ppt的橙色溶液。使所述混合物通过注射器过滤器，并将澄清的滤液蒸发至干，得到rgdpegnb的橙色油状物，收率为95％。1h nmr(meod)：δ＝7.74(dd)，7.35-7.42(m)，6.32(t)，4.39(s)，4.20(s)，3.63(br，s)，3.60(d)，3.17(t)，2.70(d)。maldi-ms：661.3([m-nb]+2h
+
)。
[0532]
7.6.5.作为peg1,000-6,000的代表性制备的nbpeg
1000
dgea的合成
[0533]
在手套箱中，将dgea(具有2个用ome保护的羧酸端基)(0.109g，0.26mmol)溶解在meoh(2.5ml)中。添加ipr2etn(91μl，0.52mmol)并搅拌所述混合物作为溶液a。在40℃，将hobt(0.0353g，0.26mmol)和hbtu(0.0992g，0.26mmol)溶解在meoh(12.5ml)中，然后添加所述溶液a，得到悬浮液b。然后将悬浮液b添加到nbpegnh2(0.25g，0.218mmol)中，并在室温下搅拌24h。然后将所得到的浅黄色混合物通过溶剂蒸发来浓缩，得到黄色油状混合物。将所述混合物分散到et2o中，并将溶液置于冰箱中48小时。取出et2o层，向残余物中加入meoh，得到黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到黄色油状产物nb-peg-dgea(0.28g，收率73％)。1hnmr(cd3od，500mhz，25℃)：δ7.80(d，1h)，7.71(d，1h)，7.44-7.38(m，2h)，6.33(s，2h)，4.40(s，2h)，4.22(s，1h)，3.95(s，1h)，3.68(m，6h)，3.64(m，84h)，3.57(m，4h)，3.18(s，2h)，2.82(s，2h)，2.72(s，2h)，2.47(m，2h)，2.14(m，1h)，1.96(m，1h)，1.48-1.41(dd，2h)。
[0534]
7.6.6.作为不同序列和链长度(n最高为6)的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸的胶原片段和peg1,000-6,000的代表性制备的nbpeg
1000
(gphyp)3的合成
[0535]
在手套箱中，将(gphyp)3(0.213g，0.26mmol)溶解在meoh(2.5ml)中。添加ipr2etn(91μl，0.52mmol)并搅拌混合物(溶液a)。将hobt(0.0353g，0.26mmol)和hbtu(0.0992g，0.26mmol)在40℃溶解在meoh(12.5ml)中，然后添加所述溶液a，得到悬浮液b。然后将悬浮液b添加到nbpegnh2(0.25g，0.218mmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得到的浅黄色混合物，得到米黄色混合物。将所述混合物分散到et2o中并冷冻48小时。取出et2o层，向残余物中加入meoh，得到米黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到米黄色油状产物nb-peg-(gphyp)3(0.25g，收率50％)。
[0536]1h nmr(cd3od，500mhz，25℃)：δ6.33(s，2h)，4.73-4.44(br，4h)，3.65(m，84h)，3.57(m，4h)，3.18(s，2h)，2.72(s，2h)，2.39-1.80(br，8h)，1.44-1.37(dd，2h)。
[0537]
7.6.7.作为peg 1,000-6,000的代表性制备的nbpeg
1000
(irik)2的合成
[0538]
在手套箱中将(irik)2(具有1个boc-保护的胺)(0.100g，0.0875mmol)溶解于meoh(1.0ml)中。加入ipr2etn(31μl,0.175mmol)，并搅拌所述混合物作为溶液a。将hobt(0.012g，0.0875mmol)和hbtu(0.033g，0.0875mmol)在40℃溶解在meoh(1.5ml)中，然后添加所述溶液a，得到悬浮液b。然后将悬浮液b添加到nbpegnh2(0.0835g，0.073mmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得淡黄色混合物，得到黄色油状混合物。将所述混合物分散到et2o中并将所述溶液置于冰箱中48小时。取出et2o层，向残余物中加入meoh，得到黄色悬浮液。过滤并蒸发溶剂后得到黄色粘性固体产物(0.14g，收率70％)。将所述固体溶解在二氯甲烷(3.0ml)和三氟乙酸(0.5ml)中并在室温下搅拌24小时。然后将所得淡黄色混合物通过溶剂蒸发浓缩并用et2o洗涤以得到淡黄色固体。将所述固体重新溶解在二氯甲烷(2.0ml)和meoh(1.0ml)中。加入et3n(200μl)，并将所述混合物在室温下搅拌24小时。然后将所得淡黄色混合物通过溶剂蒸发浓缩并用et2o反复洗涤，得到淡黄色固体nb-peg-irik(0.12g，63％)。1h nmr(cd3od，500mhz，25℃)：δ6.32(s，2h)，4.50-4.10(m，7h)，3.64(m，84h)，3.25-3.10(m，4h)，3.00-2.80(m，5h)，1.90-1.30(m，30h)，1.25-1.15(m，4h)，1.05-0.85(m，24h)。
[0539]
7.6.8.作为关于sa-t-pe-肽共聚物和关于任何序列中的、长度为3-20个氨基酸的肽的代表性程序的sa-t-pe大分子单体和rgd肽大分子单体的romp程序
[0540]
将rgd肽大分子单体(0.0342g，0.0023mmol)称入20ml小瓶中，然后添加sa-t-pe
(0.2g，0.12mmol)。添加苯(2.3ml)并将混合物在75℃搅拌直至获得澄清溶液。将催化剂1的苯溶液(1.25mol％,0.05m)添加到所述溶液中，并将反应在75℃搅拌22小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入meoh(15ml)，得到米黄色沉淀。将所述混合物过滤，并将残余物用meoh洗涤5次，然后在真空烘箱中干燥过夜。
[0541]
对于sa-t-pe-rgd共聚物，1h nmr：6.0(s，未反应的sa-t-pe)，5.62-5.38(m)，3.65(peg)，1.46(t，ch2)，1.02(pe ch3)。
[0542]
实施例8：胺封端的聚乙烯(pe)-肽共聚物
[0543]
8.1.胺封端的pe-rgd共聚物
[0544]
本实施例显示了在聚乙烯上产生伯胺末端的一锅煮的两步法策略及其随后在大分子单体合成中的应用，然后与生物大分子单体共聚以形成生物活性聚乙烯共聚物。在这种方法中，线性伯胺是使用聚乙烯通过氢氨甲基化作用产生的，随后与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐一起用于大分子单体形成。生物活性聚乙烯可以通过将这种pe大分子单体与含有生物分子的大分子单体共聚合来产生。这里报告了pe-rgd共聚物，其是与人类皮肤成纤维细胞相容的生物活性pe的实例。
[0545]
8.1.1.pe大分子单体
[0546]
为了在聚乙烯(pe)上获得用于大分子单体形成的伯胺末端，乙烯基封端的pe的氢氨甲基化在一锅煮的两步法中进行，其中首先通过加氢甲酰化将乙烯基封端的pe转化为线性羰基化合物，然后在1,6-己二胺(hmda)或者氨气存在下进行还原胺化(方案4.2)。在这里线性与支化比非常好，其中未检测到支化的羰基化合物或胺。在粗产物中检测到可忽略量的直链醇(《1％)。
[0547]
在获得胺封端的pe后，与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐缩合得到pe大分子单体(方案4.3)，它可以与自身或其它大分子单体一起用于刷状聚合物形成。
[0548]
8.1.2.pe-肽共聚物
[0549]
为了证实使用所述pe大分子单体的生物活性pe形成，使用采用grubbs催化剂的开环易位聚合(romp)使pe大分子单体与聚乙二醇化的rgd大分子单体反应以获得pe和聚乙二醇化rgd的共聚物(方案8.1)。
[0550][0551]
8.2.热稳定性
[0552]
在进行材料加工之前检查pe-rgd共聚物的热稳定性。从所述共聚物的tga分析可以看到，该聚合物在465℃发生了50％的重量损失，表明其与降解温度低于200℃的纯rgd本身相比具有高的热稳定性(图6)。
[0553]
8.3.生物相容性
[0554]
随后，将pe-rgd共聚物与医用级pla共混并电纺成纳米纤维，用于与在含有10％ fbs和1％ pen/strep的培养基(dulbecco's modified eagle medium(dmem))中生长的hs27人成纤维细胞进行生物相容性测试。从电纺样品上的72小时细胞活力测试可以看到，在25％ pe-rgd/pla共混比下，pe-rgd与阴性对照或纯pla相比显示了轻微的细胞增殖，并且与商业伤口敷料acticoat和allevyn相比显示了好得多的细胞活力(图7)。活细胞对细胞增殖至关重要。
[0555]
总之，在hmda存在下使用一锅煮的两步氢氨甲基化反应成功制备了胺封端的pe，并使用它构建了pe大分子单体。还生产了生物活性pe共聚物，并以pergd为例成功测试了人体皮肤的生物相容性。
[0556]
8.4.材料和方法
[0557]
8.4.1.通用程序
[0558]
开环易位聚合反应和rgd大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。pehmdanb大分子单体在环境条件下合成。pehmda合成在得自parr instrument公司的、装有ptfe垫片的hastelloy压力反应器中进行。所有在手套箱中使用的溶剂(来自alfa aesar的无水苯和无水甲醇)均按购买的原样使用。grubbs第二代催化剂购自sigma aldrich，所有肽购自biomatik inc。[rh(acac)(co)2]、[ir(cod)cl]2、xantphos(4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽)、hmda、三乙胺和peg二胺购自alfa aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。根据文献方法(macromolecules 2009,42,4356-4358；遵循支持信息中的第二个实施例)获得乙烯基封端的pe(mw 1,400-5,000)。
[0559]1h nmr光谱在bruker avance 400mhz nmr光谱仪上记录。gpc色谱图在配备2*plgel mixed b柱(300x 7.5mm，粒径10μm)和1*plgel mixed b保护柱(50x 7.5mm)的agilent infinity ii high temperature gpc系统上记录。洗脱液是tcb，流速为1ml/min，烘箱温度为160℃。聚苯乙烯用作校准标准物。
[0560]
将所述pergd共聚物与pla按照1:4的比例共混，电纺成纤维片，然后将该纤维片用70％乙醇灭菌、干燥并与人皮肤成纤维细胞hs27一起孵育72小时，然后使用celltitre-glo测定法检查细胞活力。
[0561]
8.4.2.pehmda的合成
[0562]
将乙烯基封端的pe(0.35g，0.25mmol)和xantphos(0.0036g，6.25μmol)称入25ml压力反应器中，然后加入甲苯(3.5ml)。然后将rh(acac)(co)2(0.5ml，0.65mg/ml，1.25μmol)添加到所述混合物中。将容器密封，并用co/h2(气体)(1:1)冲洗5次并用所述气体加压至45巴。将所述混合物在100℃搅拌12小时，然后冷却。将hmda(0.0581g,0.5mmol)溶解在甲苯(1ml)中，然后添加到冷却的混合物中，然后添加[ir(cod)cl]2(1ml,0.84mg/ml)。将容器密封，并用氢气冲洗5次并用该气体加压至20巴。将混合物在135℃搅拌4小时，然后冷却，然后添加meoh以产生白色沉淀物。过滤沉淀物，并将残余物用meoh反复洗涤，随后在真空烘箱中干燥，以产生pehmda的白色固体产物，收率为68％。1h nmr(甲苯-d8，90℃)：δ＝0.91(t，3h)，1.36(br，s，148h)，1.47-1.44(m)，2.61-2.54(m，6h，按照68％转化率)。
[0563]
8.4.3.pech2nh2的合成
[0564]
将乙烯基封端的pe(0.35g，0.25mmol)和xantphos(0.0036g，6.25μmol)称入50ml
压力反应器中，然后加入甲苯(3.5ml)。然后将rh(acac)(co)2(0.5ml，0.65mg/ml，1.25μmol)添加到所述混合物中。将容器密封，并用co/h2(气体)(1:1)冲洗5次并用所述气体加压至45巴。将所述混合物在100℃搅拌12小时，然后冷却。将[ir(cod)cl]2(1ml，0.84mg/ml)添加到冷却的混合物中，将容器密封，用氨气冲洗5次，并然后用氨气加压至3巴。容器用另外的20巴氢气进一步加压。然后将混合物在135℃搅拌3小时，然后冷却，然后添加meoh以产生白色沉淀物。过滤沉淀物，并将残余物用meoh反复洗涤，随后在真空烘箱中干燥，以产生pech2nh2的白色固体产物，收率为61％。1h nmr(甲苯-d8，90℃)：δ＝0.90(t，3h)，1.34(br，s，194h)，2.58(t，2h，按照61的收率)。
[0565]
8.4.4.pehmdanb的合成
[0566]
pehmda和pech2nh2不能与未反应的pe分离，并且作为混合物使用。所使用的pehmda和pech2nh2的量根据含有未反应pe的样品混合物中每种的百分比来计算。
[0567]
将pehmda(0.2mmol)和顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(0.04g，0.25mmol)称入rbf中，然后加入甲苯(20ml)和et3n(28μl,0.2mmol)。烧瓶配备迪安斯达克分水器，混合物回流12小时。将反应冷却并将meoh加入到所述混合物中，以在浅黄色溶液中得到白色沉淀物。过滤所述混合物并用meoh反复洗涤残余物，得到灰白色产物。1h nmr(甲苯-d8，90℃)：5.89(s)，5.87(s)，3.42(t)，3.01(t)，2.53-2.60(m)，2.19(s)，1.37(br s)，0.92(t)。产物以pehmdanb和未反应的pe的混合物形式存在。
[0568]
8.4.5.作为关于pe-肽共聚物和关于任何序列中的、长度为3-20个氨基酸的肽的代表性程序的pehmdanb大分子单体和rgd肽大分子单体的romp程序
[0569]
将rgd肽大分子单体(0.0342g，0.0023mmol)称入20ml小瓶中，然后添加pehmdanb(0.12mmol)。加入苯(2.3ml)并将混合物在75℃搅拌直至获得澄清溶液。将grubbs催化剂(第2代)的苯溶液(1.25mol％，0.05m)添加到该溶液中，并将反应在75℃搅拌22小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入meoh(15ml)，得到米黄色沉淀。将所述混合物过滤，并将残余物用meoh洗涤5次，然后在真空烘箱中干燥过夜。对于pergd，1h nmr(甲苯-d8，90℃)：δ＝5.88(s)，5.85(s)(未反应的pehmdanb)，5.46-5.42(m)，3.53(br s，peg)，3.4(t)，2.57-2.53(m)，1.36(br s，pe ch2)，0.91(br s，pe ch3)。样品含有未反应的pe。
[0570]
实施例9：应用
[0571]
本公开提供了新的模块化合成方法来产生更柔软和更生物相容的pe/pp共混物。本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案具有以下性能中的一种或多种：
[0572]
·
对皮肤无毒；
[0573]
·
与在37℃变性的纯胶原相比提高的材料加工热稳定性；和
[0574]
·
与以凝胶或吸湿性晶体形式存在的纯胶原、低聚肽或寡糖相比提高的结构完整性。
[0575]
有利地，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案允许将生物分子(例如胶原)共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料(例如聚丙烯)中而没有相分离，尽管在所述疏水性pp和亲水性胶原之间存在相反的材料性质。
[0576]
本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案显示了良好的热稳定性和生物相容性数据。有利地，本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案可用于制造消费者护理产品如尿布和卫生产品或生物医疗器械如关节植入物、肠支架、伤口敷料、软骨植入
物。
[0577]
本公开提供了一种用于快速生成生物活性大分子单体的新的模块化合成方法，用于构建具有所选生物活性分子的生物活性共聚物，取决于目标应用或者所要求的生物活性。生物活性大分子单体可以很容易地与聚乙烯共聚以形成具有所需的物理和机械性能的生物活性聚乙烯共聚物。有利地，生物活性分子在与聚合物连接剂连接后具有增加的稳定性。本文中公开的策略的实施方案允许任何肽、糖或药物分子被用于聚合物合成而不损失生物活性。本文中公开的策略的实施方案还允许快速构建生物活性大分子单体库。可以使用具有羧酸基团的任何生物活性分子。总之，本公开提供了用于生物医学材料定制的高度灵活的策略。
[0578]
本文中公开的方法的实施方案允许大分子单体与选择的合成聚合物配对以产生生物活性聚合物，该生物活性聚合物具有合成聚合物的机械和物理性能以及生物活性分子的生物学活性。
[0579]
本文中公开的方法的实施方案是一种用于产生不同类型的生物活性聚合物的容易的策略，所述生物活性聚合物将生物活性分子化学键合而不是物理共混到合成聚合物中。
[0580]
有利地，在本文中公开的聚合物上提供了非基于细胞或生长因子的生物活性。本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案既具有提高治疗效果如组织再生、生物膜根除等的生物活性，又像聚合物一样具有结构完整性和机械强度。本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案允许生物分子被共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料中，而没有相分离。本文中公开的方法的实施方案允许聚乙烯在用生物分子修饰后变得与人体组织生物相容。本文中公开的方法的实施方案允许使用范围广泛的生物分子来实现任何所需的治疗效果。本文中公开的方法的实施方案还允许使用范围广泛的合成聚合物来实现目标生物器件用材料所需的不同机械、物理性能。
[0581]
本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案可以被用作生物医疗器械用生物添加剂，以为器械材料本身提供治疗效果。
[0582]
本文中公开的方法的实施方案使用非基于细胞或生长因子的疗法，这允许器件或材料(例如支架)的较长保质期并防止不需要或不受控制的生物活性(例如组织再生)。
[0583]
本文中公开的生物活性聚乙烯共聚物的实施方案可以被用作伤口敷料、软骨植入物或骨支架用生物添加剂，以产生皮肤、软骨或骨组织再生所需的刺激。
[0584]
本领域技术人员将理解，在不脱离广泛描述的本公开的精神或范围的情况下可以对本文中公开的实施方案做出其它变化和/或修改。例如，在本文中的描述中，不同示例性实施方案的特征可以跨不同示例性实施方案混合、组合、互换、并入、采用、修改、包括等。因此，本公开的实施方案在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的。

技术特征：
1.具有聚(降冰片烯)主链的生物活性聚乙烯共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(i)表示的重复单元和一个或多个由通式(ii)表示的重复单元：其中r1是任选取代的烷基；r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；l是亚杂烷基；x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；y包含聚乙烯或者其部分；和z1和z2各自独立地选自cr
a
r
b
，o，nr
c
，sir
a
r
b
，pr
a
或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。2.权利要求1所述的共聚物，其中y由通式(iii)表示：其中a任选地作为nr
c
存在，其中r
c
独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；t是选自氢和甲基的末端基团；和n为10-350。3.权利要求2所述的共聚物，其中n为20-250。4.权利要求2或者3所述的共聚物，其中b存在且由以下结构表示：
其中r
6a
、r
6b
、r
6c
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cr
a
，cr
a
r
b
，n，nr
c
，o或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和r
7a
、r
7b
和r
7c
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝cr
a
r
b
，
–
cr
a
r
b
r
c
，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nr
c
存在。5.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中y选自以下通式(iiia)、(iiib)或者(iiic)：其中r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；r
6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cr
a
，cr
a
r
b
，n，nr
c
，o或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；r
7a
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝cr
a
r
b
，
–
cr
a
r
b
r
c
，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nr
c
存在；t是选自氢和甲基的末端基团；和n为10-350。6.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中y选自以下通式(iiid)、(iiie)或者(iiif)：
其中r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；t是选自氢和甲基的末端基团；和n为10-350。7.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中由通式(i)表示的重复单元的量为1-100摩尔％，相对于所述共聚物计。8.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中通式(i)的分子量与通式(ii)的分子量相差不超过通式(ii)的分子量的30％。9.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中l是具有20个碳原子-300个碳原子的亚杂烷基。10.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中l是聚乙二醇(peg)。11.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中l是具有介于500和7,000之间的数均分子量的聚乙二醇(peg)。12.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中r1是c
1-c4烷基，并且r2选自c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基或者c
3-c
20
烷基羰基烷基。13.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中r1是直链或支化的c
1-c4烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基或者叔丁基，并且r2是直链或支化的c
1-c
20
烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基或者癸基。
14.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中z1和z2都是cr
a
r
b
，其中r
a
和r
b
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。15.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中x包含选自下组的蛋白质、肽或者糖：肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原序列，胶原模拟物，胶原片段，硫酸肝素，葡糖胺基葡聚糖(gags)和它们的衍生物。16.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中x选自下组：rgd，srgds，rgds，a5g81(agqwhrvsvrwgc)，svvyglr，(irik)2，(ikki)3，dgea，(phypg)
n
型序列，(pghyp)
n
型序列，(hypgp)
n
型序列，(hyppg)
n
型序列，(ghypp)
n
型序列，(gphyp)
n
型序列，肝素寡糖dp8、dp10、dp12、dp14、dp16和透明质酸。17.制备权利要求1-16中任一项所述的生物活性聚乙烯共聚物的方法，该方法包括：使一种或多种由通式(iv)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(v)表示的聚乙烯大分子在催化剂存在下聚合，以获得所述生物活性聚乙烯共聚物：其中r1是任选取代的烷基；r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；r3选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；l是亚杂烷基；x包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；y包含聚乙烯或者其部分；和z1和z2各自独立地选自cr
a
r
b
，o，nr
c
，sir
a
r
b
，pr
a
或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。18.权利要求17所述的方法，其中所述催化剂包含钌配合物。19.权利要求17-18中任一项所述的方法，其中所述方法包括开环易位聚合(romp)。20.用于制备权利要求1-16中任一项所述的共聚物的、由通式(viii)表示的聚乙烯大分子：
其中r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；z2选自cr
a
r
b
，o，nr
c
，sir
a
r
b
，pr
a
或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；a任选地作为nr
c
存在，其中r
c
独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；r5选自任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；t是选自氢和甲基的末端基团；和n为10-350。21.制备权利要求20所述的聚乙烯大分子的方法，该方法包括：(i)提供具有通式(ix)的二羧酸酐：其中z2选自cr
a
r
b
，o，nr
c
，sir
a
r
b
，pr
a
或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和(ii)使所述具有通式(ix)的二羧酸酐与胺反应以获得所述聚乙烯大分子，所述胺由通式(x)表示：其中r2选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；
a任选地作为nr
c
存在，其中r
c
独立地选自h，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；b任选地作为具有至少一个在环中的n杂原子的5元或者6元杂环存在；r5选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；t是选自氢和甲基的末端基团；n为10-350。22.权利要求21所述的方法，其进一步包括在步骤(ii)之前，(a-i)提供具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯：其中r
6a
和r
6d
各自独立地选自下组：c，cr
a
，cr
a
r
b
，n，nr
c
，o或者s，其中r
a
、r
b
和r
c
各自独立地选自下组：h，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；r
7a
任选地作为＝o，＝s，
–
f，
–
cl，
–
br，
–
i，＝cr
a
r
b
，
–
cr
a
r
b
r
c
，
–
oh，
–
sh，
–
nh2或者＝nr
c
存在；r8和r9各自独立地选自下组：c
1-c
20
烷基，c
2-c
20
烯基，c
2-c
20
炔基，c
1-c
20
烷氧基，c
1-c
20
烷氧基烷基，c
2-c
20
烷基羰基和c
3-c
20
烷基羰基烷基；t是选自氢和甲基的末端基团；n为10-350；和(b-i)使所述具有通式(xia)或者(xib)的聚乙烯与二胺h2n
–
r2–
nh2或者氨nh3反应以获得具有通式(x)的胺。23.权利要求21或者22所述的方法，其中步骤(ii)和步骤(b-i)中至少之一在有机溶剂和/或碱存在下进行。24.权利要求23所述的方法，其中所述有机溶剂包含芳族溶剂；并且所述碱包含叔胺。25.用于医药的、包含权利要求1-16中任一项所述的共聚物的材料。26.权利要求25所述的材料，其中所述材料是选自下组的器械的一部分：消费者护理产品，伤口敷料，皮肤支架，骨和骨髓类器官支架，软骨植入物，关节植入物，和医疗器械。

技术总结
本公开提供了具有聚(降冰片烯)主链的生物活性聚乙烯共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(I)表示的重复单元和一个或多个由通式(II)表示的重复单元。本公开还提供了聚乙烯大分子、包含所述生物活性聚乙烯共聚物的材料、制备所述生物活性聚乙烯共聚物的方法和制备所述聚乙烯大分子的方法。方法和制备所述聚乙烯大分子的方法。方法和制备所述聚乙烯大分子的方法。方法和制备所述聚乙烯大分子的方法。


技术研发人员：张珮丽 槇尾晴之 郭佳怡 朴恩珠 张祐瑱
受保护的技术使用者：三井化学株式会社
技术研发日：2020.10.30
技术公布日：2023/8/28