官能化的两性离子和混合电荷聚合物、相关的水凝胶及它们的使用方法技术

官能化的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物，用于制备该聚合物和共聚物的方法，由该官能化的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物制备的水凝胶，用于制备和使用该水凝胶的方法，和用于给予治疗剂的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物。

Functionalized zwitterionic and mixed charge polymers, related hydrogels and methods of their use

Functionalized zwitterionic and mixed charge polymers and copolymers, method for preparing the polymers and copolymers, the functionalized zwitterionic and mixed charge polymers and copolymers prepared hydrogels, method for preparing and using the hydrogel, and used to give treatment agent and amphoteric ion polymer and mixed charge copolymer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】官能化的两性离子和混合电荷聚合物、相关的水凝胶及它们的使用方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年9月9日提交的美国专利申请第62/048,155号的权益，通过引用明确地将其全部并入本文。政府许可权利的声明本专利技术是利用国家科学基金会(theNationalScienceFoundation)授予的、根据合同号DMR1307375和CBET-1264477，以及由海军研究局(theOfficeofNavalResearch)授予的、根据合同号N00014-14-1-0090和N00014-15-1-2277的政府支持完成的。政府在本专利技术中享有一定的权利。
技术介绍
对于生物学和生物材料应用而言，水凝胶长期以来一直是令人感兴趣的，这是因为其模拟间质组织环境的高水含量，确保高扩散渗透性，并提供仿生机械强度。特别感兴趣的是PEG水凝胶和聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)(pHEMA)水凝胶，因为除了水凝胶的一般特性之外，其还通常被认为是结垢少的、生物惰性的和通用的。已发现pHEMA水凝胶被用于并被研究用于例如尤其接触透镜、人工角膜、药物递送载体、软骨替代物以及组织支架的应用。然而，pHEMA的水合低于天然组织的水合，并且虽然其结垢少，但仍高于其它非结垢材料。此外，经由羟基的pHEMA官能化通常是困难的。常规使用PEG水凝胶，并且当将其它的官能团引入PEG水凝胶中时，为了体外和体内应用受控制，仅能对PEG水凝胶进行修饰，用于需要具有特定增加的生物活性功能性的生物惰性背景的应用。然而，已发现PEG易于氧化。PEG对氧化损伤的敏感性降低了其用于需要长期材料稳定性的应用的效用。然而，对于其中需要最大生物稳定性和非结垢的应用，基于PEG的材料是不能胜任的。最近，包括聚(羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯)的两性离子化合物已被证实是结垢超少的，意味着用这些聚合物涂覆的表面实现低于5ng/cm2的蛋白吸附。由于两性离子材料的高水合和超低的结垢性，因此作为对生物医学应用具有优良适用性的水凝胶，两性离子水凝胶是令人感兴趣的。然而，迄今为止研究的两性离子水凝胶已显示出低机械强度，这限制了其潜在的生物学用途。因此，存在对具有改善的机械性能的水凝胶的需求。本专利技术力图满足该需求并提供另外的相关优点。专利技术概述本专利技术提供官能化的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物，用于制备该聚合物和共聚物的方法，由官能化的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物制备的水凝胶，用于制备该水凝胶的方法，将该水凝胶用于体外和体内细胞培养的方法，和用于给予治疗剂的两性离子和混合电荷聚合物和共聚物。官能化的两性离子聚合物和混合电荷共聚物一方面，本专利技术提供了官能化的两性离子聚合物和共聚物以及官能化的混合电荷共聚物。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种官能化的聚合物，其包含核，所述核具有共价偶联到核并从核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含一个或多个官能团，所述一个或多个官能团有效将所述聚合物共价偶联到能够与所述一个或多个官能团形成共价键的材料。在某些实施方案中，所述聚合物包含三个、四个、五个或六个聚合物支链。支链的数目可以变化，并取决于所述核和所述支链本身的性质。在一些实施方案中，所述支链是支化的。在某些实施方案中，所述结构单元是两性离子结构单元。在其它实施方案中，所述结构单元是混合电荷结构单元。将被理解的是，所述两性离子聚合物和混合电荷共聚物可进一步包含其它结构单元(例如，两性离子聚合物可以是共聚物)。合适的其它结构单元包括包含赋予共聚物反应性的官能团或赋予共聚物期望性质的其它基团(例如阴离子基团、阳离子基团、中性基团、疏水基团、亲水基团)的结构单元。在某些实施方案中，官能团位于聚合物支链的末端。在其它实施方案中，官能团的位置是沿着所述聚合物支链的骨架。在一些实施方案中，一个或多个结构单元包含官能团。可以控制聚合物或聚合物支链中官能团的数目以达到期望的聚合物或支链的整体官能度，并且聚合物或聚合物支链中官能团的数目将取决于聚合物的最终用途。在某些实施方案中，官能团是硫醇。在其它实施方案中，官能团是反应对之一。在这些实施方案中，官能团是选自叠氮化物和炔烃、叠氮化物和烯烃、硫醇和马来酰亚胺、或硫醇和二硫化物的反应对之一。两性离子和混合电荷聚合物水凝胶在本专利技术的另一方面，提供了两性离子和混合电荷水凝胶。在一个实施方案中，水凝胶包含共价偶联至第二聚合物的第一聚合物，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到第一核并从第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到第二核并从第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团，并且其中所述水凝胶包含通过所述第一官能团和第二官能团的反应形成的键合所述第一聚合物和第二聚合物的共价键。在另一个实施方案中，水凝胶包含共价偶联至第二聚合物的第一聚合物，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到第一核并从第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到第二核并从第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团，并且其中所述水凝胶包含通过具有两个或多个第三官能团的交联剂键合所述第一聚合物和第二聚合物的共价键，其中键合所述第一聚合物和第二聚合物的共价键通过所述第一官能团和第三官能团以及所述第二官能团和第三官能团的反应形成。在包含由交联剂形成的交联的某些水凝胶实施方案中，将被理解的是，交联的性质可以变化。在某些实施方案中，所述第一聚合物和第二聚合物是不同的，具有不同的官能团，并且通过具有合适的反应官能团的交联剂进行交联。在其它实施方案中，所述第一聚合物和第二聚合物是相同的，具有相同的官能团，并且通过具有合适的反应官能团的交联剂进行交联。在包含由交联剂形成的交联的某些水凝胶实施方案中，所述第一官能团和第二官能团是相同的。在包含由交联剂形成的交联的某些水凝胶实施方案中，所述第一官能团是硫醇，所述第二官能团是硫醇，并且所述第三官能团是硫醇或二硫化物。在包含由交联剂形成的交联的其它水凝胶实施方案中，所述第一官能团和第三官能团以及所述第二官能团和第三官能团是点击化学反应对。在这些实施方案中的某些实施方案中，所述第一官能团和第三官能团选自叠氮化物和炔烃、叠氮化物和烯烃、硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成水凝胶的方法，其包括使第一聚合物与第二聚合物反应以提供水凝胶，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团，和其中所述水凝胶通过在所述第一官能团和第二官能团之间形成共价键而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 US 62/0481551.一种用于形成水凝胶的方法，其包括使第一聚合物与第二聚合物反应以提供水凝胶，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团，和其中所述水凝胶通过在所述第一官能团和第二官能团之间形成共价键而形成。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水凝胶原位形成。3.一种用于在体内形成水凝胶的方法，其包括：(a)在体内部位放置第一聚合物；和(b)在所述部位放置第二聚合物，由此所述第二聚合物在所述部位与所述第一聚合物接触以提供水凝胶，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团，和其中所述水凝胶通过在所述第一官能团和第二官能团之间形成共价键而形成。4.根据权利要求3所述的方法，其中通过注射、喷射、灌注和浸涂将所述第一聚合物和第二聚合物置于所述部位。5.一种用于形成水凝胶的方法，其包括使第一聚合物、第二聚合物和交联剂反应以提供水凝胶，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述交联剂的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述交联剂的一个或多个第二官能团；其中所述交联剂包含通过在所述第一聚合物和第二聚合物之间形成交联有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的两个或多个第三官能团；和其中所述水凝胶通过在所述第一官能团和第三官能团之间以及所述第二官能团和第三官能团之间形成共价键而形成。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一官能团和第二官能团是相同的。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一官能团是硫醇，所述第二官能团是硫醇，并且所述第三官能团是硫醇或二硫化物。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一官能团和第三官能团以及所述第二官能团和第三官能团是点击化学反应对。9.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一官能团和第三官能团选自叠氮化物和炔烃、叠氮化物和烯烃、硫醇和马来酰亚胺、或硫醇和二硫化物。10.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二官能团和第三官能团选自叠氮化物和炔烃、叠氮化物和烯烃、硫醇和马来酰亚胺、或硫醇和二硫化物。11.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物包含三个、四个、五个或六个聚合物支链。12.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第一结构单元是两性离子结构单元。13.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第一结构单元是混合电荷结构单元。14.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第一官能团位于所述聚合物支链的末端。15.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第一官能团的位置是沿着所述聚合物支链的骨架。16.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中一个或多个所述第一结构单元包含所述第一官能团。17.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第二聚合物包含三个、四个、五个或六个聚合物支链。18.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第二结构单元是两性离子结构单元。19.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第二结构单元是混合电荷结构单元。20.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第二官能团位于所述聚合物支链的末端。21.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述第二官能团的位置是沿着所述聚合物支链的骨架。22.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中一个或多个所述第二结构单元包含所述第二官能团。23.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一官能团和第二官能团是相同的。24.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一官能团是硫醇，并且第二官能团是硫醇。25.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一官能团和第二官能团是不同的。26.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一官能团和第二官能团是点击化学反应对。27.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一官能团和第二官能团选自叠氮化物和炔烃、叠氮化物和烯烃、硫醇和马来酰亚胺、或硫醇和二硫化物。28.一种通过根据权利要求1-27中任一项所述的方法获得的水凝胶。29.一种水凝胶，其包含共价偶联至第二聚合物的第一聚合物，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团；和其中所述水凝胶包含通过所述第一官能团和第二官能团的反应形成的键合所述第一聚合物和第二聚合物的共价键。30.一种水凝胶，其包含共价偶联至第二聚合物的第一聚合物，其中所述第一聚合物包含第一核，所述第一核具有共价偶联到所述第一核并从所述第一核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第一结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第一聚合物共价偶联到所述第二聚合物的一个或多个第一官能团，其中所述第二聚合物包含第二核，所述第二核具有共价偶联到所述第二核并从所述第二核延伸的两个或多个聚合物支链，其中所述聚合物支链包含选自两性离子结构单元和混合电荷结构单元的第二结构单元，并且其中所述两个或多个聚合物支链各自包含有效地将所述第二聚合物共价偶联到所述第一聚合物的一个或多个第二官能团；和其中所述水凝胶包含通过具有两个或多个第三官能团的交联剂键合所述第一聚合物和第二聚合物的共价键，其中连接所述第一聚合物和第二聚合物的共价键通过所述第一官能团和第三官能团以及所述第二官能团和第三官能团的反应形成。31.根据权利要求30所述的水凝胶，其中所述第一官能团和第二官能团是相同的。32.根据权利要求30所述的水凝胶，其中所述第一官能团是...

【专利技术属性】
技术研发人员：江绍毅，白涛，H·S·孙达拉姆，A·W·辛克莱，JR·艾拉梅尼，P·杰，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：美国,US