用于生物医学应用的聚合方法和材料技术

由当交联和充满水时形成水凝胶的可交联非水溶性聚合物制备用于生物医学应用的模塑组件或制品。将该聚合物配制成除了该聚合物以外还含有非水稀释剂的组合物，稀释剂的体积比基本等于当聚合物交联和充满水时形成的水凝胶中的水的体积比。将该组合物在模具内铸塑，在那里，组合物暴露于致使通过非水稀释剂对其呈惰性的反应而发生交联的条件。交联反应产生了模塑非水凝胶，然后通过用含水液体比如水或生理盐水取代该非水稀释剂而转化为水凝胶。其固化基本完全由交联组成的模塑组合物的使用导致了模塑方法伴有很小的收缩或不伴有收缩，以及通过使用体积比与水凝胶中的水基本相同的非水稀释剂，可保持形状完整性，直到形成水凝胶。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2002年2月15日提出的美国临时专利申请Nos.60/357,578和2002年3月22日提出的60/366,828的优先权，以便能够合法地使用。这些临时专利申请的各自内容在本文全面引入供参考，在本说明书通篇中引用的所有其它专利和参考文献同样如此。本专利技术的背景1、本专利技术的领域本专利技术涉及用于生产聚合物模制品，比如医疗器材模制品和光学透镜，优选隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜(ophthalmic lenses)的聚合方法，在该方法中，合成可交联聚合物前体混合物，再进行模塑。本专利技术还涉及可按照该方法获得的新型可交联聚合物前体混合物和模制品。2、现有技术的描述聚合材料已经广泛用于生物医学应用比如隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜。其他聚合物生物医学模制品的例子是绷带或创伤封闭器材，心脏瓣膜，冠状动脉支架，人造组织和器官，以及薄膜和膜。聚合材料的优点是，通过选择材料的组分和组成，大量的材料可供用于获取所需机械、物理、化学和光学性能的产品。聚合材料的性能还取决于它们的形态，这可以通过调节加工条件比如混合来控制。在聚合材料的生物医学应用中，主要的关心是生物相容性和毒性。因而，所有生物医学器材需要满足由US Food & DrugAdministration(FDA)施行的严格管理条例。对生物相容性和毒性的考虑影响了材料以及工艺设计的选择。为了确保生物相容性和安全性，通常的做法是使用对用于生物医学应用的聚合材料进行生产后处理的方法。对于由液体单体的直接聚合制备的实体(即，单体基铸塑系统)，常常需要令人讨厌的萃取处理，其中将生物医学产品或器材在水或其它无毒液体中浸渍很长的时间，通常在高温下数小时。在萃取工艺过程中，残留单体、催化剂和其它有害物质通过缓慢进行的扩散来去除。在萃取步骤结束之后，处理的聚合物元件基本不含有毒成分，并且能够安全地用于生物医学应用。因此，在生物医学应用的聚合材料的生产中，单体基铸塑系统具有高成本，因为它需要用于生产后萃取步骤的额外设备、时间和工作，这增加了成本和显著地降低了生产效率。对于生产精密零件比如隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜，单体基铸塑系统的另一个缺点是，固化制品的形状常常不能精确地复制模腔的几何结构，因为在单体固化时出现了收缩。当该收缩成为模制品的主要问题时，还可以通过注塑、压塑或本领域公知和常用的其它技术由聚合物树脂生产聚合产品。然而，这些技术需要高加工温度，不适于加工热敏聚合物比如用于眼科透镜的高折射指数聚合物。因此，希望拥有没有高成本的纯化，没有过度收缩，或不使聚合物处于恶劣的加工条件下的生产用于生物医学应用的聚合产品的有效方式。本专利技术的概述本专利技术目的在于减轻或减少上述问题。本专利技术涉及在固化时具有比本领域已知的固化性液体配制料更低的收缩率和/或在其目的应用之前不需要萃取步骤的模制品，尤其医学器材模制品，更尤其光学透镜模制品的生产方法。优选的模制品是隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜。其他适用的模制品的例子是绷带或创伤封闭器材，心脏瓣膜，冠状动脉支架，人造组织和器官，以及薄膜和膜。按照本专利技术，通过使用包括能够交联的预形成非水溶性聚合物替代单体的模塑组合物，减小或消除了在模塑阶段的聚合物的收缩。该组合物还含有对交联反应呈惰性的非水稀释剂。非水稀释剂在模塑组合物中的体积比由聚合物在其进行交联和用水浸透之后显示的已知特性来得出。具体地说，一旦进行交联和用水或含水液体比如生理盐水饱和，该聚合物形成了含有由交联聚合物本身的分子特性决定的已知体积比的水的水凝胶，以及该体积比用作非水稀释剂在具有还未交联的聚合物的模塑组合物中的体积比。然后，模塑组合物在模塑阶段的交联形成了无水凝胶，其在后续步骤中用含水液体替代，形成水凝胶，在该水凝胶中的水的体积比基本与在投入到模具内的组合物中的非水稀释剂的体积比相同。结果是水或含水液体与非水稀释剂的基本等体积交换。术语“含水液体”这里用来表示水或水溶液，尤其稀水溶液比如生理盐水。这里对于非水稀释剂和水的体积比使用的术语“基本等于”表示，在该体积比之间可以出现小的差别，因此在含水液体取代非水稀释剂时可以有小的体积变化，但仍然是在本专利技术的范围内。唯一的限制是，任何的这种变化是在由制造和出售该产品的工业及适用于该产品的任何控制极限所确定的容差极限内。因此，对于隐形眼镜，例如，在隐形眼镜的工业上可接受的容差极限内的非水凝胶和水凝胶的体积之间的任何偏差是可接受的。对于各种类型的模塑产品，这种容差极限是所属领域的那些技术人员所已知的，另外可以容易地根据相关管理机构出版的文献来测定。该方法利用成形为所需几何结构，再固化的在低温下合成的聚合前体混合物。优选的是，成形通过将该前体混合物倒入两个半模之间，之后固化，再从模具内取出来进行，从而生产出有价值的模制品。本专利技术的其它方面涉及可按照本专利技术的方法获得的聚合前体混合物，以及这样生产的模制品。下面将更详细地描述本专利技术的这些方面和几个目前优选的实施方案。更尤其，本专利技术在一个方面涉及包含携带可交联基团的预聚物的新型可交联聚合物前体混合物，该预聚物根据本专利技术来获得。该前体混合物可以任选包含无活性聚合物，非反应性稀释剂，或反应性增塑剂。在另一个方面，该专利技术涉及一新颖方法，在该方法中，形成可交联聚合物前体材料，以含有该聚合物和非水稀释剂的组合物成形为所需几何结构，优选呈现由两个或多个模具部分之间的模腔所规定的尺寸，通过聚合能量源固化，从模具中取出，以及浸渍在含水液体比如水或生理盐水中，以取代非水稀释剂的液体，从而生产出有价值的模制品。在又一个方面，本专利技术涉及制备模制品的方法，包括首先获取含有可交联预聚物的前体混合物的步骤。根据本专利技术，该可交联预聚物通过下列方法来获得1)将i)一种或多种不同类型的单体，ii)任选的一种或多种非反应性稀释剂，和iii)任选的溶剂一起混合；2)让该单体聚合成聚合物；3)添加一种或多种不同类型的官能化剂或衍生作用剂(derivatizing agents)；4)将该聚合物官能化或衍生化；5)任选地，添加由反应性增塑剂和与在步骤2)中合成的预聚物不同的预聚物组成的组中的一种或多种；和6)去除溶剂，残留杂质，未反应的官能化剂或衍生作用剂和副产物，获得含有可交联预聚物的前体混合物。任选地，在脱除溶剂之前的所需时机将基本上不起反应的无活性聚合物加入到该前体中。然后，将所得可交联预聚物配制剂引入到具有所需几何结构的模具内；压缩该模具，使得可交联预聚物配制剂呈现模具的内模腔的形状；和让该可交联预聚物配制剂暴露于聚合能量源，从而获得固化模制品。根据本专利技术的方法包括连续方法和分步方法。连续法包括其中第一阶段是单体或单体的混合物在非水稀释剂和任选的其它溶剂的存在下的聚合，而在后续阶段中所得聚合物被官能化，从而使该聚合物可以进行交联的那些方法。在这些连续方法中的溶剂和杂质(比如未反应的单体和官能化剂，残留引发剂，聚合催化剂和任何反应副产品)通过真空蒸馏来脱除，仅仅留下了可交联聚合物和用于铸塑和等体积交换的适当比例的非水稀释剂。分步法允许各反应使用不同的溶剂以及在各反应之间可以进行分离和纯化工序。这样，不想要的组分比如残留单体、低聚物和聚合溶剂能够在聚合步骤之后脱除，而未反应的官能化剂、不希望有本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造模塑水凝胶的方法，所述方法包括下列步骤：（ａ）在模具内将含有（ｉ）和（ｉｉ）的组合物铸塑：（ｉ）可交联非水溶性聚合物，当通过交联反应交联和用水饱和时，形成了含有预定体积比的水的水凝胶，和（ｉｉ）对所述交联反应呈惰 性的非水稀释剂，所述非水稀释剂的体积比基本等于所述水凝胶中的所述水的预定体积比，该铸塑是在通过交联所述可交联非水溶性聚合物使所述组合物转化为非水凝胶的条件下进行；和（ｂ）用含水液体替代所述非水凝胶中的非水稀释剂，从而形成所述 水凝胶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DS索恩，S方，T樋野，
申请(专利权)人：ZMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]