用于医疗装置的不透射线的聚合物的制作方法_4

文档序号:9353831阅读:来源:国知局
碳酸酯基团、c3-c2。亚烷基、脂族基团、取代或未取代的c2-c36亚烷基、C2-(:36亚 环烷基、c2-c36亚烯基、c2-c36亚环烯基、c2-c36亚炔基、c5-c36亚芳基、C5-(:36亚杂芳基或芳族 基团,或脂族基团和芳族基团的结合,且%为1至50的整数。
[0162] 在一个实施方案中,所述混合物还包含具有式10的通用结构的第三单体
[0163]
[0164] 其中R12为(:2至(:36烷基。
[0165] 在一个实施方案中,提供一种制备包含交联网络的聚合物组合物的方法,所述方 法包括以下步骤:a)形成包含本文所述的第一单体、本文所述的第二单体和自由基引发剂 的单体混合物;以及b)聚合单体混合物。在一个实施方案中,所述单体混合物基本上是均 匀的。
[0166] 还提供包含本文所述的聚合物组合物的不透射线聚合物装置。在一个实施方案 中,所述装置可用于留置的、永久性的植入物的目的,以提供以下功能:打开或保持开放的 解剖腔;封闭解剖腔,部分地作为阀门或用于任何生理流体或气流或用于施用的治疗性流 体或气流的完全管腔封堵;支撑解剖结构以助于器官、血管、消化、排泄物或气道功能的治 疗恢复;支撑解剖结构以助于整形外科、颂面、脊柱、关节或其他骨骼或功能的治疗恢复; 或通过覆盖组织解剖或切除后的区域或者修补帮助止血,如用于肝或其他器官止血。在一 个实施方案中,所述装置可用于诊断或治疗仪器或装置,以提供以下功能:a)导管,其用于 进入解剖位置;传送另一装置和/或治疗剂;或控制另一装置和/或治疗剂的进入或传送 的目的;或b)提供有限时间的治疗益处的暂时性留置装置,如置于血管中,保持留置一段 时间以例如捕捉血凝块,随后当治疗期完成时除去的腔静脉滤器。
[0167] 在一个实施方案中,不透射线单体在单体混合物中的量为至少5-10重量%。如本 文所用,不透射线单体在混合物中的重量%可为100* (不透射线单体的重量/混合物的重 量)。在一个实施方案中,不透射线单体的量为单体混合物的15重量%至90重量%。在不 同的实施方案中,不透射线单体的量为单体混合物的15重量%至40重量%、15_35重量% 或20-30重量%。在一个实施方案中,不透射线单体在单体混合物中的量为至少20重量%。 在一个实施方案中,不透射线单体在单体混合物中的量为至少25重量%。在一个实施方案 中,不透射线单体在单体混合物中的量为至少30重量%。在另一实施方案中,不透射线单 体的量为单体混合物的40-70重量%或40-80重量%。在一个实施方案中,不透射线单体在 单体混合物中的量为至少50重量%且甚至可达到100%。在一个实施方案中,交联剂在单 体混合物中的量小于或等于80重量%。在一个实施方案中,交联剂在单体混合物中的量小 于或等于90重量%。在不同的实施方案中,交联剂在单体混合物中的量为60-85重量%、 65-85%、70-80重量%或小于或等于单体混合物的75重量%。在另一实施方案中,所述单 体混合物包含40% -70重量%的不透射线单体,10-60重量%交联剂和20-50重量%所添 加的共聚单体,包括光引发剂或其他自由基引发剂的总量为100重量%。在一个实施方案 中,引发剂的量小于1重量%。在一个实施方案中,单体混合物包含至少60重量%的不透 射线单体,以及小于或等于40重量%的交联剂。在一个实施方案中,单体混合物包含至少 50重量%的不透射线单体,以及小于50重量%的交联剂。应理解,可使用制备功能性化合 物或组合物的组分的任意排列。
[0168] 各种自由基引发体系可用于聚合。在不同的实施方案中,所述引发剂可为光引发 剂、热引发剂或氧化还原(还原氧化)引发剂。光引发体系是特别有用的,条件是选择不需 要被制剂的基础单体成份过度吸收的光的波长的光引发剂。Irgacure 819(Ciba(BASF),双 (2, 4, 6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦)是已发现对固化体系特别有用的光引发剂的一个 实例。
[0169]当单体溶液暴露于足够功率的且能引发聚合的波长的光下时,光聚合发生。可用 于引发聚合的光的波长和功率由所用的引发剂决定。本发明中所用的光包括能够引发聚 合的任何波长和功率的光。优选的波长的光包括紫外光。在不同的实施方案中,光源主要 提供波长为200至500nm或200至400nm的光。在一个实施方案中,施加l-100mW/cm 2的 200-500nm光10秒至60分钟。可使用任何合适的光源,包括激光源。所述光源可过滤至所 期望的波段。所述光源可为宽波段或窄波段,或两者组合。在所述方法中所述光源可提供 连续光或脉冲光。
[0170] 具有低温或高温引发剂的热引发体系一一常规实例为过氧化苯甲酰和偶氮二异 丁腈(AIBN)-一还可用于待制备的难以均匀受辐射照射的特别大的或不规则形状的物体 的情况中。在不规则形状的物体的情况中还使用的是通过任意类型的氧化还原反应而产生 自由基的自由基引发体系,如包括叔丁基过氧化氢和亚铁盐的芬顿(Fenton)体系,或其他 金属-有机、有机(如三乙胺+氢过氧化物),或光-有机氧化还原体系,后者的实例为曙 红-Y(Eosin-Y) +三乙醇胺可见光引发体系。
[0171] 现有技术中还记载许多假活性自由基聚合体系,其中一些能够制备具有比常规自 由基聚合更窄的分子量分布的聚合物,且可制备用于SMP或用于SMP固化的交联剂链段。例 如,在常规体系中低转化率聚合的苯乙烯单体可在假活性体系中被驱动成高转化率。这些 假活性体系通常包括可逆链增长-终止和/或链转移步骤的变量组合。已知于现有技术的 "活性"自由基聚合包括但并不限于NMP、RAFT和ATRP。
[0172]另外;制备能够引发包含本发明的SMP的不透射线和非不透射线单体和交联剂的 聚合的自由基的任意其他类型的非常规自由基聚合方法,无论是否是假活性的,都落入潜 在的引发聚合的方法的范围内。这些和其他自由基引发体系都是可想到的且对于本领域技 术人员而目是已知的。
[0173] 在实施方案中,有用的引发体系的实例包括非活性的、假活性的或活性的阴离子 聚合、阳离子聚合、自由基聚合,以及齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)和烯烃置换。这些体 系的使用在现有技术是已知的。在一个实施方案中,如果预聚合链段至少是双官能的且具 有羟基或现有技术中已知的可用于连接可聚合基团的其他基团一一在一个实施方案中包 括丙烯酸酯基团一一则这些体系是有用的。
[0174] 在一个实施方案中,单体混合物的一些或所有组分在大于环境温度的温度下结 合。在不同的实施方案中,引发剂可以在与单体组分相同的时间下添加或仅在模塑之前或 在模塑时添加。在另一使用热引发剂的实施方案中,单体混合物成分可分成两部分;其中高 储存温度成分在A部分中,较低储存温度成分在B部分中。热引发剂可在低于引发剂的聚 合温度的储存温度下添加至B部分中的较低储存温度成分中。在一个实施方案中,在大于 环境温度下形成单体混合物(或单体混合物的一部分)可有助于维持单体混合物组分的溶 解性,从而能够形成均匀的混合物。
[0175] 在一个实施方案中,单体混合物在自由基聚合过程中保持在大于环境温度的温度 下。在一个实施方案中,单体混合物在聚合步骤过程中保持在65°C和150°C之间或65°C和 100°C之间的温度下。在一个实施方案中,在真空环境中进行预固化步骤。在各实施方案中, 使用自由基、阴离子、阳离子、狄尔斯-阿尔德反应(Diels-alder)、硫醇-稀(thiol-ene)、 缩聚或现有技术中已知的其他机理进行固化步骤。在模塑过程中,可在聚合期间施加压力 以确保模具填充。
[0176]在一个实施方案中,在聚合步骤后(例如在光聚合后)使用额外的固化或热处理 步骤。在一个实施方案中,将固化部分从模具中去除,然后通过暴露于高温下进行额外的固 化处理。在一个实施方案中,在该额外的步骤过程中,固化温度在50°C和150°C之间,且固 化时间为5秒至60分钟。
[0177]在不同的实施方案中,官能团转化的量为至少30%、40%、50%、60%、70%、80%或90%或更高。在一个实施方案中,可萃取物的量小于或等于1%或小于或等于0.5%。在 一个实施方案中,可萃取物的量小于或等于5%。在一个实施方案中,可萃取物的量小于或 等于3%。在一个实施方案中,可萃取物的量小于或等于2%。在一个实施方案中,通过异 丙醇萃取法来确定可萃取物的量。
[0178]在一个实施方案中,交联聚合物网络包含衍生自单官能碘化单体的重复单元和衍 生自多官能的非碘化交联单体的重复单元。在一个实施方案中,所述网络还可包含衍生自 非碘化单官能共聚单体的重复单元。在一个实施方案中,衍生自所述共聚单体的重复单元 可由式5的通式来描述:
[0179]
[0180]在一个实施方案中,R12为C2SC36烷基。R12可为支链的或非支链的。
[0181]在另一实施方案中,所述网络还可包含衍生自额外的碘化单体的重复单元。所述 重复单元可由式6的通式来描述:
[0182]
[0183] 在一个实施方案中,R13为取代或未取代的C 2_C36亚烷基、C 2_C36亚环烷基、C2_(:36亚 烯基、C2-C36亚环烯基、C2-C 36亚炔基、C5-C36亚芳基,或C5-C36亚杂芳基;L 2为单键、-(CH2) n-、- (HCCH) n-、-0-、-S-、-SO-、-S02-、-S03-、-0S0 2-、-NR2-、-CO-、-COO-、-0C0-、-0C00-、-CON R3-、-NR 4C0-、-0C0NR5-、-NR6C00-、或-NR7C0NR s-;
[0184] Ar2为被三个或多个I、Br或Bi原子取代的C 5-C3。芳基或C 5-C3。杂芳基;且
[0185] R2_Rs各自独立地为氢或C。烷基;
[0186] n为选自1至16的整数,
[0187] 且 R13不是 R1。
[0188] 在另一实施方案中,所述网络还可包含衍生自额外的交联单体的重复单元。所述 重复单元可由以下通式来描述:
[0189]
[0190] 在一个实施方案中,R14为取代或未取代的C 2_C36亚烷基、C 2_C36亚环烷基、C2_(:36亚 烯基、c2-c36亚环烯基、c 2-c36亚炔基、c 5-c36亚芳基、C5-(:36亚杂芳基、低聚聚酯、低聚聚碳酸 酯、低聚聚氨酯、
[0191]
[0192] 其中俨为C 4_C2。亚烷基且n 3为1至50的整数或
[0193] 其中R1% C 3_C2。亚烷基且n 4为1至50的整数。
[0194] 并且R14不是R9,且其中R15为脂族基团、取代或未取代的C 2-C36亚烷基、C 2-C36亚环 烷基、c2-c36亚烯基、c2-c36亚环烯基、c2-c36亚炔基、c5-c36亚芳基、C5-(:36亚杂芳基、芳族基 团、聚烷基硅氧烷基团、聚醚基团、聚酯基团、聚碳酸酯基团,或直链或支链脂族基团和芳族 基团的结合,且R16为醚基团、聚烷基硅氧烷基团、聚醚基团、聚酯基团、聚碳酸酯基团、c3-C2。 亚烷基、脂族基团、取代或未取代的c2-c36亚烷基、c2-c36环亚烷基、c2-c36亚烯基、C2-(:36亚 环烯基、c2-c36亚炔基、c5-c36亚芳基、c5-c36亚杂芳基或芳族基团,或脂族基团和芳族基团的 结合,且%为1至50的整数。
[0195] 如本文所用,结晶材料显示出长程有序性。聚合物的结晶性的特征在于其结晶度, 或样品中的结晶材料的重量或体积比,范围为完全非结晶的聚合物的0至理论上完全结晶 的聚合物的1。
[0196] 如果聚合物为半结晶的,则形状改变可能受阻或减慢,且引入聚合物的装置的性 能可能变得临床上不可接受。在一个实施方案中,本发明的聚合物组合物视为基本上无定 形的。如本文所用,基本上无定形定义为不存在由示差扫描量热法(DSC)测定的结晶特征, 或由在机械拉伸试验结果(例如在固定温度下的应力-应变曲线)中的不一致性和缺乏再 现性来定义。在一个实施方案中,缺乏再现性可由在95 %的置信区间下再现性小于95 %来 表示。基本上无定形的聚合物可具有相对少量的结晶度。作为典型的无定形聚合物,本发明 基本上无定形的聚合物组合物在玻璃化转变温度范围内显示出从玻璃态到橡胶态的转变。 结晶度可通过降低增强这种状态的特定单体的浓度,和/或通过引入不相似的结构以确保 聚合物的分子结构不会在聚合过程中进行排列(align)而产生结晶度来降低或消除。
[0197] 在一个实施方案中,选择用于形成不透射线聚合物的单体(包括交联单体)以保 证相容性(例如聚合后的均匀性)。在一个实施方案中,不透射线聚合物在聚合单元的固相 相容性方面及在整个聚合过程中充分地无规引入单元方面足够均匀,以获得所需的性能特 性。相不相容性可在聚合物形态中导致空隙。聚合物基体中的空隙损害机械性能,并可导 致取代所产生的空隙体积的水和其他流体的吸收,即使当不相容相为疏水或甚至为"憎水" 时。当聚合从低转化率向高转化率进行时过度非无规引入共聚单体一一特别是二丙烯酸酯 或其他多丙烯酸酯交联剂一一可导致不均匀的交联密度,具有较高(易碎的)和较低(橡 胶状)交联密度的区域。
[0198] 在一个实施方案中,不透射线聚合物足够均匀,以致可在固定温度下于简单的极 限拉伸实验中获得可重复的结果(95%置信区间下的95%可再现数据)。在一个实施方案 中,聚合物的均匀性可通过选择单体溶液的组分以降低液态或固态中的相分离而提高。此 外,可选择单体组分和聚合技术以在固化过程中通过自由基聚合来促进单体和交联剂基团 的无规引入。在一个实施方案中,相同类型的可聚合基团存在于各单体中。例如,对于具有 丙烯酸酯可聚合基团和脂族烃连接基的单体(和交联单体)而言,通过常规脂族连接基连 接而施加于丙烯酸酯基团上的诱导效应被预期是相似的。
[0199] 在许多的应用中,生物耐久性可定义为确保身体已经克服需要装置的功能所需的 时间的耐久性,例如依靠疤痕组织形成来封闭管腔的输卵管封堵装置在管腔完全封闭的情 况下不再需要装置来产生疤痕组织。如果所述时间例如为90天,则装置的生物耐久性寿命 可为该值加上用于该设计中的合适安全系数。此外,生物耐久性是装置和其材料在其体内 的放置位置处抵抗环境挑战的能力,例如如果在血流中,则其必须抵抗血性环境。在一个实 施方案中,不透射线聚合物在医疗装置的所需寿命内是不可生物降解的。在另一实施方案 中,不透射线聚合物在三年内是不可生物降解的。在一个实施方案中,除了存在于天然存在 的氨基酸中的芳族基团外,非生物可降解聚合物不包括芳族基团。在一个实施方案中,非生 物可降解聚合物不含有在生理pH和温度下易于水解的酯。
[0200] 对于体内几乎所有的位置而言,几种主要的降解机理之一可由水和湿气的吸收引 起。不论环境是否含有间质流体、血液、唾液、尿液、胆汁、颅内流体等,这些环境都是水基 的。如果装置或其材料吸收水,则材料性能和装置尺寸可由于溶胀而改变,或装置功能可能 受影响,如错误电路径的自然发生,或材料性能可能退化而引起装置弱化或分裂。因此,植 入装置的生物耐久性的主要考量是装置和其所有材料不吸收水的性能。
[0201] 在一个实施方案中,水吸收或吸水性,可在装置的预期寿命内改变装置的特性或 不利地影响装置的性能。在一个实施方案中,由本发明的聚合物制成的医疗装置将显示出 最小的水吸收。可在等于装置的寿命的实验时间内或在较短的筛选时间内测定水吸收。在 一个实施方案中,在24小时内水吸收的程度为〈1重量%。对于在24小时内显示出水吸收 大于1重量%的装置而言,在标准试验中,典型的连续暴露导致材料改变,如脆性和最终机 械故障。
[0202] 可经验地确定需要实现充分的不透射线性以提供临床上可接受的成像的碘浓度 的最低水平。在一个实施方案中,由使用不同重量百分数的碘化单体的聚合物配制成的尺 寸相同的装置的评估可在模拟临床使用条件下进行比较。使用医生的主观评论并将其观点 与图像分析程序(如图像J)的结果相关联以量化信号水平,临床成像质量与碘浓度相关。 该结果测定最小碘浓度,以确保可接受的图像质量。在一个实施方案中,最小的碘浓度值确 定为511mg/cm 3。在一个实施方案中,最小的碘浓度值大于200mg/cm3。在一个实施方案中, 碘浓度值在50和600mg/cm 3之间。如现有技术所知,用于合适的显像的不透射线原子引入 范围取决于所述装置的结构。在一个实施方案中,第一重复单元含有不透射线原子并以大 于网络的15重量%的量而存在。在一个实施方案中,第一重复单元含有不透射线原子并以 大于网络的20重量%的量存在。在一个实施方案中,第一重复单元含有不透射线原子并以 大于网络的30重量%的量存在。在一个实施方案中,可使用制备功能性产物的任意引入的 不透射线部分。如别处所述,不透射线原子可包括除碘外的原子,包括溴或铋。
[0203] 在另一实施方案中,由不透射线聚合物装置获得的信号可与相似尺寸的铂装置的 信号相比较。在一个通过在6寸水模体(water phantom)下的X-射线获得的信号水平的 实施方案中,来自不透射线聚合物装置的信号可为铂装置信号的70 % -90 %或80 % -90 %。
[0204] 通过施加刺激(如温度)可从暂时形状恢复初始形状的任何聚合物被认为是形状 记忆聚合物(SMP)。初始形状由加工设置,而暂时形状通过热机械变形来设置。SMP具有通 过加热恢复大的变形的能力。可利用形状记忆功能研发可以以较少侵入性的方式引入至体 内的医疗装置,其中预展开的或暂时的形状有意更小、或更薄,使得用于将装置引入至患者 的外形和开口比在没有形状改变功能的情况下所需的外形和开口更低和更小(更小的导 管或切口)。然后,当受到温度(通常体温,但也可大于体温)刺激时,装置进行形状恢复以 返回至永久的更大的形状。
[0205] 如果聚合物的初始形状通过将其加热至大于形状恢复温度或变形温度(Td)而恢 复,即使聚合物的初始模塑形状在低于1的温度下被机械地破坏,或如果所记忆的形状可 通过施加其他刺激而恢复,则该聚合物为SMP。可通过施加刺激(如温度)从暂时形状恢复 初始形状的任何聚合物可被认为是SMP。
[0206] 从生物医疗装置观点来看,存在认为有利于装置设计的特性。它们在刺激(如温 度)驱动响应、定义明确的响应温度、模量和伸长率方面进行量化。在一个实施方案中,优 化用于形成装置的形状记忆聚合物的以下一种或多种热机械性质:弹性模量(E rab)、玻璃化 转变温度(Tg)和恢复速度(S)。
[0207] 对于不同应用,橡胶态模量的优选范围可能不同。生物组织的模量范围可从 20GPa(骨)变化至lkPa(眼)。在一个实施方案中,在37°C下,橡胶态模量在0.1 MPa和 15MPa之间。在一个实施方案中,在37°C下,柔性状态的橡胶态模量在0.1 MPa和50MPa之 间,刚性状态的橡胶态模量在〇. 1至500MPa之间。可使用制备功能性产物的任意橡胶态模 量值。通过聚合物制剂调节,SMP的模量(例如硬度)可确定为非常软,约为0.1 MPa。在一 个实施方案中,对于用作装置(例如栓子线圈)而言,该软材料增强了线圈组件的密实度, 缩短所得的组件,以更容易地放置并最终提高封堵速度。通过其他制剂,可实现SMP的模量 的更大的值,如15MPa,以提高硬度。在另一实施方案中,较硬的SMP可用于形成管支架,其 中局部硬度用于产生展开时对抗血管壁的向外的径向力,这是固位(retention)所需的。
[0208] 在一个实施方案中,考虑到使用环境,基于所需的玻璃化转变温度(如果至少 一个链段是无定形的)选择聚合物。在一种方法中,调整聚合物转变温度以在体温一一 Tr~Tg~37°C--下能够恢复(A.LendleinandR.Langer, "Biodegradable,elastic shape-memory polymers for potential biomedical applications.''Science,第296卷, 第1673-1676页,2002)。该方法的独特优点是利用身体的热能来自然地激活材料。该方 法对于一些应用的缺点是,材料的机械性能(例如,硬度)强烈地依赖于T g,且在装置设计 过程中很难改变。特别地,当聚合物的Tg接近体温时,由于聚合物的柔性特性,很难设计成 极其坚硬的装置。另一可能的缺点是具有T g~37°C的形状记忆聚合物的所需储存温度T s 通常低于室温,需要在展开前"冷"储存。在不同的实施方案中,本发明的SMP的玻璃化转 变温度--其由tan A的峰来确定--为10°C至75°C,20°C至50°C,25°C至50°C,或30°C 至45°C。在不同的实施方案中。玻璃化转变温度可低于体温(例如25-35°C)、接近体温 (32-42°C )或高于体温(40-50°C )。可使用制备功能性产物的任意Tg值。
[0209] 至少部分非结晶聚合物的存储模量在玻璃化转变区域中降低。DMA结果强调当材 料从其存储温度(Ts)加热至其响应温度〇;)以上时发生的变化。图1示出了由SMP制剂的 动态力学分析(DMA)曲线得到的存储模量(E')和TanA (材料的损耗模量(E")与存储模 量(E')的比值)的曲线。该曲线示出了恢复温度〇;)、玻璃化转变温度(Tg
当前第4页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1