互穿聚合物网络制造技术

提供了IPN组合物及其制备方法。IPN组合物可包含水溶胀性、水渗透性IPN或半IPN构件，所述IPN或半IPN构件具有包含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络、包含非离子聚合物的第二聚合物网络、和包含含有磺酸官能团的离子聚合物的第三聚合物网络，否则难以与疏水聚合物形成复合物。IPN组合物可用于整形外科植入物或在机械应用中作为轴承材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互穿聚合物网络相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.119要求享受于2015年8月10日提交的名称为“InterpenetratingPolymerNetworks”的美国临时专利申请第62/202,921号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。通过援引加入本说明书中提到的所有出版物和专利申请都通过引用整体并入本文，如同每个单独的出版物或专利申请都被明确地和单独地被指出通过引用并入一样。
本公开涉及半互穿聚合物网络和全互穿聚合物网络，制备半互穿聚合物网络和全互穿聚合物网络的方法，由这种半互穿聚合物网络和全互穿聚合物网络制成的、用于各种医疗领域的制品，以及使用这些制品的方法，所述各种医疗领域诸如骨科、心血管、神经血管和泌尿科。
技术介绍
全互穿聚合物网络(IPN)和半互穿聚合物网络(“半IPN”)已经由多种原材料制成并且已经用于各种应用。IPN和半IPN可以结合制造它们的聚合物的有益特性，并且可以避免其组分聚合物的一些不良特性。现有的IPN和半IPN已被提出用于生物医学应用，诸如植入物的涂层或作为人造软骨。参见例如美国专利公开第2005/0147685号；美国专利公开第2009/0035344号；和美国专利公开第2009/008846号，美国专利公开第2013/0138210号，美国专利公开第2012-0045651号，美国专利公开第2012/0209396号，美国专利公开第2013/0217829号，第2012/0232657号和美国专利公开第2014/0172098号。DavidMyung等人的US2012/0209396描述了包括可包含磺酸官能团的双网络IPN组合物的IPN组合物。然而，现有IPN和半IPN对于其所推荐的应用的效用受到这些组合物的性质的限制。此外，制造这种现有组合物的原材料和工艺不仅限制了IPN或半IPN的所得性能，而且还限制了制造工艺和在这些工艺中制造的制品的商业可行性。并且，现有IPN和半IPN的机械性能通常受所用组分聚合物的机械性能限制，其在大多数本质上亲水的水溶胀性聚合物的情况下通常非常低。例如，现有技术没有描述由市售疏水热固性或热塑性聚合物如聚氨酯或聚(丙烯腈丁二烯苯乙烯)(ABS)制备水溶胀性IPN或半IPN。最后，现有IPN和半IPN组合物的效用以及由这种组合物形成的制品的价值受到不能产生具有所需特性(例如强度、润滑性和耐磨损性)的IPN和半IPN的限制。现有技术还没有提供完全解决患有关节炎或其他关节损伤的个体所遭受的运动损失和疼痛的关节植入物。当侵入性较小的方法失败时，患有关节问题的患者可以进行全关节成形术(TJA)或关节表面重修术。关节被打开，损坏或患病的骨被移除并且植入物被放置在关节中。由金属、陶瓷和/或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的植入物已经用于整形外科关节成形术或关节置换多年。外科医生有更换一侧或两侧关节的经验。他们可以用相同的材料更换两侧；如果材料是金属，则创建金属对金属关节。他们可以用不同的材料置换关节的每一侧，以创建混合关节，如金属对聚乙烯。尽管每年大量患者进行关节置换手术(估计美国每年有540,000名患者进行膝关节置换术)，但关节中的金属、陶瓷和UHMWPE植入物可引起不利的局部和远端组织反应。这些反应可能是由于植入物的固有特性、随着时间的推移植入物材料发生变化、或植入物材料的释放而引起的。假体关节植入物在多年的过程中经历了显著的摩擦、运动、压力和化学变化。随着时间的推移，植入物可能会腐蚀或释放离子或碎片，如金属离子或磨损颗粒。离子或颗粒可能保留在关节区域，也可能通过血液到达身体的其他部位。它释放的植入物或碎片或离子可能导致骨吸收(骨质溶解)、炎症、金属毒性、假性肿瘤、疼痛和其他问题。在某些情况下，植入物可能会松动，需要使用称为翻修手术的程序进行更换。在翻修手术中，将旧的不需要的植入物移除，除去额外的受损或患病的关节和/或骨材料以形成用于附着植入物的清洁的坚固表面，并放置新的植入物。翻修手术昂贵、痛苦，有时会导致危险和难以治疗的感染，并且需要较长的恢复和康复时间。最近，水凝胶聚合物已被建议用于关节植入物中作为金属、陶瓷和UHMWPE植入物的替代物。Fell的U.S.2004/0199250描述了一种具有水凝胶涂层部分和高模量支撑部分的膝假体，用于放置到身体关节中而不需要骨切除。Thomas等人的U.S.2006/0224244描述了用于替代一部分骨关节的水凝胶植入物。该植入物具有被安装到支撑基底的水凝胶承载表面，该水凝胶承载表面具有高含水量以及较低的强度和刚性。Myung等人的U.S.2008/0241214描述了水凝胶聚合物与金属组件的附接。使用无机材料对金属组件的表面进行改性，并使用插入的聚合物网络使水凝胶聚合物附着。该组件可以用作整形外科植入物。然而，这些水凝胶聚合物不能充分重现关节的原始解剖结构、形状或强度。所需要的是克服已知关节置换物或关节表面重修植入物和流程的上述和其他缺点的材料和方法。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及具有互穿聚合物网络的制品。一般而言，在一个实施例中，整形外科植入物包括具有骨接触表面的骨界面构件；以及具有承载表面和附接区的水溶胀性、透水性互穿聚合物网络(IPN)或半IPN构件，所述附接区附接至所述骨界面构件，所述水溶胀性IPN或半IPN构件包括包含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络、包含非离子聚合物的第二聚合物网络、和包含含有磺酸官能团的离子聚合物的第三聚合物网络，所述水溶胀性、水渗透性IPN或半IPN构件在承载表面和附接区之间包括成分梯度。这个和其他实施例可以包括一个或多个以下特征。第二网络可包括包含聚合单体的非离子聚合物，所述聚合单体包括以下一种或多种：二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙烯醇、丙烯酸甲酯、羟乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺和它们的组合。第二聚合物网络可以包括包含聚合的甲基丙烯酸羟乙酯的非离子聚合物。第三聚合物网络可以包括含有磺酸基团的离子聚合物，可以包括聚合单体，所述聚合单体包括以下一种或多种：2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、2-丙烯-1-磺酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸、1，3-丙烷砜、1，4-丁烷砜、乙烯基磺酸、茴香脑磺酸和苯乙烯磺酸。包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络可包括聚合的2-丙烯酰氨基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络可包括聚合的丙烯酸和乙烯基磺酸。包括非离子聚合物的第二聚合物网络可以包括聚合的甲基丙烯酸羟乙酯，并且包括含磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络可包括聚合的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和丙烯酸。包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络相对于第三聚合物网络的官能团总数可包含约1％至约100％的磺酸基团。承载表面可以具有小于约0.1的摩擦系数。承载表面可以具有小于约0.01的摩擦系数。承载表面可以具有小于约0.005的摩擦系数。成分梯度可以形成刚度梯度。第二和第三聚合物网络之一可以从植入物的第一部分到植入物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整形外科植入物，包括：具有骨接触表面的骨界面构件；以及具有承载表面和附接区的水溶胀性、透水性互穿聚合物网络(IPN)或半IPN构件，所述附接区附接至所述骨界面构件，所述水溶胀性IPN或半IPN构件包括包含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络、包含非离子聚合物的第二聚合物网络、和包含含有磺酸官能团的离子聚合物的第三聚合物网络，所述水溶胀性、水渗透性IPN或半IPN构件在承载表面和附接区之间包括成分梯度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.10 US 62/202,9211.一种整形外科植入物，包括：具有骨接触表面的骨界面构件；以及具有承载表面和附接区的水溶胀性、透水性互穿聚合物网络(IPN)或半IPN构件，所述附接区附接至所述骨界面构件，所述水溶胀性IPN或半IPN构件包括包含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络、包含非离子聚合物的第二聚合物网络、和包含含有磺酸官能团的离子聚合物的第三聚合物网络，所述水溶胀性、水渗透性IPN或半IPN构件在承载表面和附接区之间包括成分梯度。2.根据权利要求1所述的植入物，其中包含非离子聚合物的第二网络包括包含以下一种或多种的聚合单体：二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙烯醇、丙烯酸甲酯、羟乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺和它们的组合。3.根据权利要求2所述的植入物，其中包含非离子聚合物的所述第二聚合物网络包括聚合的甲基丙烯酸羟乙酯。4.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括包含以下一种或多种的聚合单体：2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、2-丙烯-1-磺酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸、1,3-丙烷砜、1,4-丁烷砜、乙烯基磺酸、茴香脑磺酸和苯乙烯磺酸。5.根据权利要求4所述的植入物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰氨基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。6.根据权利要求4所述的植入物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的丙烯酸和乙烯基磺酸。7.根据权利要求1所述的植入物，其中包含非离子聚合物的第二聚合物网络包括聚合的甲基丙烯酸羟乙酯，并且包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰氨基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。8.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰氨基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和丙烯酸。9.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中相对于所述第三聚合物网络的官能团总数，包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包含约1％至约100％的磺酸基团。10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述承载表面具有小于约0.1的摩擦系数。11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述承载表面具有小于约0.01的摩擦系数。12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述承载表面具有小于约0.005的摩擦系数。13.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述成分梯度形成刚度梯度。14.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述第二聚合物网络和第三聚合物网络之一从所述植入物的第一部分到所述植入物的第二部分形成组分和水合梯度。15.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述骨界面构件包括金属。16.根据权利要求15所述的植入物，其中所述金属包括多孔金属。17.根据权利要求16所述的植入物，其中所述附接区通过骨接合剂附接到所述骨界面构件的多孔金属。18.根据权利要求16所述的植入物，其中所述附接区通过相互交叉附接到所述骨界面构件的多孔金属。19.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述骨界面构件包括陶瓷或聚合物。20.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述整形外科植入物的至少一部分被构造成在植入物放置在关节中期间改变形状。21.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物的至少一部分被构造成在植入物放置在关节中期间暂时变形。22.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中通过粘合剂形成所述附接区与所述骨界面构件的附接。23.根据前述权利要求中任一项的植入物，其中包含离子聚合物第三聚合物网络的第三聚合物网络包含固定电荷。24.根据权利要求21所述的植入物，其中所述离子聚合物相对于其他官能团包含大部分磺酸基团。25.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物的形状选自包括帽、杯、塞、蘑菇体、圆柱体、贴片和茎部的组。26.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，其中所述植入物适于配合肩锁关节、踝关节、髁、肘关节、手指关节、关节盂、髋关节、椎间盘、椎间关节突关节、半月板、掌骨关节、跖骨关节、髌骨、胫骨平台、趾关节、颞下颌关节或腕关节及其任何部分。27.根据前述权利要求中任一项的植入物，其中所述第一聚合物网络包含聚氨酯。28.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，所述植入物还包括：所述水溶胀性、透水性IPN或半IPN构件内的添加剂，所述添加剂包括以下一种或多种：类固醇、抗炎剂、抗氧化剂、抗生素和抗微生物剂。29.根据前述权利要求中任一项所述的植入物，还包括位于所述附接区和所述承载表面之间的粘合剂梯度，所述粘合剂梯度在所述附接区处具有最高粘合剂浓度。30.根据权利要求29所述的植入物，其中所述粘合剂梯度包含聚合的骨接合剂。31.根据权利要求29所述的植入物，其中所述粘合剂梯度包括双甲基丙烯酸尿烷酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，所述双甲基丙烯酸尿烷酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物包括基于双甲基丙烯酸尿烷酯的多个第一聚合物区域和基于甲基丙烯酸甲酯的多个第二聚合物区域。32.根据权利要求31所述的植入物，其中基于双甲基丙烯酸尿烷酯的第一聚合物区域包含约60％-99％(w/w)的共聚物，基于甲基丙烯酸甲酯的第二聚合物区域包含约1％-40％(w/w)的共聚物。33.根据权利要求31所述的植入物，其中基于双甲基丙烯酸尿烷酯的第一聚合物区域包含约60％-80％(w/w)的共聚物，基于甲基丙烯酸甲酯的第二聚合物区域包含约20％-40％(w/w)的共聚物。34.根据权利要求31所述的植入物，其中基于双甲基丙烯酸尿烷酯的第一聚合物区域包含基于聚(四甲基)乙二醇的软段，所述软段具有约100Da至约5000Da之间的分子量。35.根据权利要求31所述的植入物，其中所述双甲基丙烯酸尿烷酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物限定约30MPa至约2000MPa之间的压缩模量。36.根据权利要求31所述的植入物，其中所述双甲基丙烯酸尿烷酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物限定约30MPa至2000MPa之间的拉伸模量。37.根据权利要求31所述的植入物，其中所述双甲基丙烯酸尿烷酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物限定约25％至约200％之间的失效应变。38.一种组合物，包含：水溶胀性、透水性互穿聚合物网络(IPN)或半IPN构件，所述聚合物(IPN)或半IPN构件包括含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络、包含非离子聚合物的第二聚合物网络、包含含有磺酸官能团的离子聚合物的第三聚合物网络，所述水溶胀性、水渗透性IPN或半IPN构件在第一表面与第二表面之间包括成分梯度。39.根据权利要求38所述的组合物，其中所述第一表面包括润滑表面。40.根据权利要求39所述的组合物，其中所述润滑表面具有小于约0.1的摩擦系数。41.根据权利要求39所述的组合物，其中所述润滑表面具有小于约0.01的摩擦系数。42.根据权利要求39所述的组合物，其中所述润滑表面具有小于约0.005的摩擦系数。43.根据权利要求38-42中任一项所述的组合物，其中包含非离子聚合物的第二网络包括包含以下一种或多种的聚合单体：二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、醇、丙烯酸甲酯、羟乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺及其组合。44.根据权利要求43所述的组合物，其中包含非离子聚合物的第二聚合物网络包括聚合的甲基丙烯酸羟乙酯。45.根据权利要求38-42中任一项所述的组合物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括包含以下一种或多种的聚合单体：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-丙烯-1-磺酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸、1,3-丙烷砜、1,4-丁烷砜、乙烯基磺酸、茴香脑磺酸和苯乙烯磺酸。46.根据权利要求45所述的组合物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。47.根据权利要求38-40中任一项所述的组合物，其中包含非离子聚合物的第二聚合物网络包括聚合的甲基丙烯酸羟乙酯，包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。48.根据权利要求38-47中任一项所述的组合物，其中包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包括聚合的2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和丙烯酸。49.根据权利要求38-48中任一项所述的组合物，其中所述第一聚合物网络包含聚氨酯。50.根据权利要求38-49中任一项所述的组合物，其中相对于所述第三聚合物网络的官能团总数，包含含有磺酸基团的离子聚合物的第三聚合物网络包含约1％至约100％的磺酸基团。51.根据权利要求38-50中任一项所述的组合物，其中所述成分梯度形成刚度梯度。52.根据权利要求38-51中任一项所述的组合物，其中所述第二聚合物网络或第三聚合物网络之一从所述植入物的第一部分到所述植入物的第二部分形成水合梯度。53.根据权利要求38-52中任一项所述的组合物，其适于用作轴承。54.一种在聚合物组合物中形成互穿聚合物网络(IPN)的方法，包括：使包含疏水热固性或热塑性聚合物的第一聚合物网络的聚合物组合物与非离子单体溶液接触；使非离子单体聚合以在聚合物组合物中形成包含聚合的非离子单体的第二聚合物网络；使聚合物组合物与含有磺酸官能团的离子单体的溶液接触；以及使离子单体聚合以在聚合物组合物中形成包含聚合的离子单体的第三聚合物网络。55.根据权利要求54所述的方法，其中所述非离子单体包括以下一种或多种：二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙烯醇、丙烯酸甲酯、羟乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺及其组合。56.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·库尔蒂斯，D·米昂，I·库尔蒂斯，
申请(专利权)人：哈雷克斯矫形外科公司，
类型：发明
国别省市：美国,US