衍生的水凝胶和它们的用途的制作方法

专利名称：衍生的水凝胶和它们的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物材料，尽管并不是唯一地，但特别涉及以水凝胶形式的这种材料。优选的实施方案涉及在生物应用中例如在组织工程中使用聚合物材料，例如以支持细胞扩增；作为细胞或组织移植用的载体；和/或作为“灵活的”伤口敷料用的基质。
几种类型的创伤和几种疾病状态通过损害不同器官体系的正常功能而可能影响生活质量。例子包括对眼角膜的损害、对关节软骨的冲击性和摩擦性损伤和影响皮肤的急性损伤或慢性损伤。在缺乏充足的或者合适的用于移植以处理这些病况的完整组织的情况下，一个潜在的治疗策略将是从患者身上取出小的活组织并且使用培养技术在体外增加细胞数目，以产生用于治疗相同患者的自体组织。某些细胞当在培养物中生长时，在任意情况下将重新建立简单的组织结构例如给定合适条件的上皮细胞。可以以几种不同的方式从诸如组织工程的上皮片募集和利用细胞培养物。例如，细胞可以转移到另一个表面上，在上面粘附并且可以继续生存。本发明的一个目的是提供一种可以支持细胞生长/扩增的聚合物材料。
所谓的“灵活的”敷料是已知的，其适于促进两个对于成功的伤口修复关键的细胞过程，即细胞分裂和细胞迁移。这两个过程是依赖于基层的。削弱或阻止其中一个过程的病理条件可能导致形成慢性的、愈合差的伤口并且可能地形成明显疤痕。本发明的另一个目的是提供一种可用于“灵活的”敷料的聚合物材料。
已知以水凝胶形式的聚合物材料用于一定范围的用途。WO98/12239(布拉德福大学)描述了一定范围的这种水凝胶。包括有被戊二醛交联的聚乙烯醇的水凝胶也是已知的。然而，这些已知的水凝胶它们本身并不通常适合用于细胞扩增或灵活的敷料。本发明的一个目的是提供一种具有宽范围的用途的水凝胶。
根据本发明的第一方面，提供了一种使包括有包封水的一类聚合物材料衍生的方法，该方法包括(a)选择出包括有包封水的第一水合的聚合物材料；(b)减少所述第一水合的聚合物材料中的包封水含量，以制得第二聚合物材料；(c)采用衍生方法处理所述第二聚合物材料以衍生所述第二聚合物材料。
所述第一水合的聚合物材料优选是水凝胶。所述水凝胶可以定义成交联的、不溶于水的含水材料。
所述第一聚合物材料或水凝胶适宜地含有至少40wt％，优选至少55wt％，更优选至少70wt％，尤其是至少80wt％的水。水的含量可以少于95wt％，优选少于90wt％。可以通过任何合适的方式，例如通过热解重量分析而测定水的含量。
所述第一聚合物材料中水的wt％与所述第二聚合物材料中水的wt％的差值可以至少为40wt％，优选至少55wt％，更优选至少70wt％。第一聚合物材料中水的含量(wt％)与所述第二聚合物材料中水的含量的比例可以至少为10，适宜地至少20，优选至少30，更优选至少40，尤其是至少50。该比例优选少于1000。
所述第二聚合物材料适宜地包括少于10wt％，优选少于5wt％，更优选少于2wt％，尤其是少于1wt％的包封水。所述第二聚合物材料可以包括痕量，例如至少0.01wt％的包封水。所述第一水合的聚合物材料优选包括被交联剂交联的第三聚合物材料。可以通过选择出第三聚合物材料并且用所述交联剂将其处理而制备所述第一聚合物材料。其中所述第三聚合物材料可以包括选自羟基、羧酸、羧酸衍生物(例如酯)和胺基的官能团。所述第三聚合物材料优选包括主链，该主链包括碳原子，优选基本由碳原子组成。该主链优选是饱和的。该主链的悬挂物是一个或多个所描述的所述官能团。所述第三聚合物材料的分子量可以为至少10,000。所述第三聚合物材料优选是聚乙烯基聚合物。优选的第三聚合物材料包括选择性取代的，优选未取代的聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚亚烷基二醇例如聚丙二醇，和胶原(以及其任意组分)。聚乙烯醇是尤其优选的第三聚合物材料。
在尤其优选的实施方案中，所述第一聚合物材料包括交联的聚乙烯醇。
优选的交联剂包括化学交联物质。这种物质优选是含有至少两个能够与所述第三聚合物材料的官能团反应的官能团的多官能化合物。优选地，所述交联物质包括一个或多个羰基、羧基、羟基、环氧、卤素或氨基官能团，这些官能团能够与和聚合物主链一起存在的或者第三聚合物材料的聚合物结构中的基团反应。优选的交联物质包括至少两个醛基。因此，在优选实施方案中，所述第一聚合物材料包括通过使用含有至少两个醛基的物质将聚乙烯醇交联而形成的材料。从而，所述第一聚合物材料优选包括式I的部分。
其中L1是所述交联物质的残基。
所述交联物质优选包括第四聚合物材料。所述第四聚合物材料优选包括下式的重复单元 其中A和B相同或不同，选自选择性取代的芳基和杂芳基并且至少一个包括相对极性的原子或基团，R1和R2独立地包括相对非极性的原子或基团。
A和/或B可以是多环的芳基或杂芳基。优选地，A和B独立地选自选择性取代的五元或者更优选地六元的芳基和杂芳基。优选的所述杂芳基的杂原子包括氮、氧和硫原子，其中优选氧并且尤其优选氮。优选的杂芳基仅仅包括一个杂原子。优选地，杂原子或所述杂原子位于远离杂芳基连接到聚合物主链上的位置的最远处。例如，在杂芳基包括六元环的情况下，杂原子优选被提供在相对于环与聚合物主链成键位置的4-位。
优选地，A和B表示不同的基团。优选地，A或B的其中一个表示选择性取代的芳基并且另一个表示选择性取代的杂芳基。优选地，A表示选择性取代的芳基，B表示选择性取代的杂芳基，尤其是包括氮杂原子例如吡啶基的基团。
除非另外说明，这里所述的选择性取代的基团例如基团A和B可以被卤原子取代，并且是选择性取代的烷基、酰基、缩醛、半缩醛、缩醛烷氧基、半缩醛烷氧基、硝基、氰基、烷氧基、羟基、氨基、烷基氨基、亚硫酰基、烷基亚硫酰基、磺酰基、烷基磺酰基、磺酸盐、酰氨基、烷基酰氨基、烷基羰基、烷氧基羰基、卤代羰基和卤代烷基。优选地，可以在选择性取代的基团上提供至多3个，更优选地至多1个任选的取代基。
除非另外说明，烷基可以含有至多10个，优选至多6个，更优选至多4个碳原子，尤其优选甲基和乙基。
优选地，A和B各自表示极性原子或基团-即是说，基团A和B中优选地有一些电荷分离和/或基团A和B不仅仅包括碳原子和氢原子。
优选地，A或B的至少一个包括有可以经受缩合反应，例如与所述第三聚合物材料的反应的官能团。优选地，A包括有所述可以经受缩合反应的官能团。
优选地，基团A和B的其中一个包括任选的取代基，该取代基包括羰基或缩醛基团，尤其优选甲酰基。基团A和B的另一个可以包括任选的取代基，该取代基是选择性取代的烷基，优选未取代的C1-4烷基，例如尤其优选甲基。
优选地，A表示基团，例如芳基，尤其是被甲酰基或下面通式的基团取代的苯基(当A表示选择性取代的苯基时，优选地在相对于聚合物主链的4-位) 其中x是1-6的整数并且每一R3独立地是烷基或苯基或者一起形成亚烷基。
优选地，B表示选择性取代的杂芳基，尤其是在杂原子上用氢原子或烷基或芳烷基取代的含氮杂芳基。更优选地，B表示下面通式的基团 其中R4表示氢原子或烷基或者芳烷基，R5表示氢原子或烷基，X-表示强酸性离子。
优选地，R1和R2独立地选自氢原子或选择性取代的、优选未取代的烷基。优选地，R1和R2表示相同的原子或基团。优选地，R1和R2表示氢原子。
可以通过WO98/12239中所述的方法由以下单体的任意一种制备优选的第四聚合物材料，并且上述文献的内容在此结合作为参考α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、γ-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、α-(间-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-β-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-α-(间-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-α-(邻-甲酰基苯乙烯基)-吡啶铺、N-乙基-α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶铺、N-(2-羟乙基)-α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-(2-羟乙基)-γ-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-烯丙基-α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-γ-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-甲基-γ-(间-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-苄基-α-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓、N-苄基-γ-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓和N-氨基甲酰基甲基-γ-(对-甲酰基苯乙烯基)-吡啶鎓。这些季盐可以以氢氯化物、氢溴化物、氢碘化物、高氯酸盐、四氟硼酸盐、甲硫酸盐、磷酸盐、硫酸盐、甲烷-磺酸盐和对-甲苯-磺酸盐的形式使用。
同样，该单体化合物可以是具有缩醛基的苯乙烯基吡啶鎓盐，包括以下物质


因此，优选通过提供下面通式的化合物而制备或者可制备所述的第四聚合物材料 其中A、B、R1和R2如上所述，在水溶剂中，(适宜地使得所述单体的分子聚集)并且造成所述化合物中的基团C＝C互相反应(例如使用UV辐射)，以形成所述的第四聚合物材料。
所述第四聚合物材料可以具有下式 其中A、B、R1和R2如上所述并且n为整数。整数n适宜地为10或更小，优选8或更小，更优选6或更小，尤其为5或更小。整数n适宜地至少为1，优选至少2，更优选至少3。优选地，由所述第三和第四聚合物材料形成所述第一聚合物材料涉及到缩合反应。优选地，形成所述第一聚合物材料涉及到酸催化的反应。优选地，所述第三和第四聚合物材料包括被排列以反应，例如以经受缩合反应的官能团，由此以形成所述第一聚合物材料。优选地，所述第三和第四聚合物材料包括被排列以反应例如以经受酸催化的反应的官能团，由此以形成所述第一聚合物材料。
可以通过提供所述第三聚合物材料和所述交联物质，尤其是所描述的所述第四聚合物材料的混合物并且造成该两种材料反应而制备所述第一聚合物材料。优选地，所述混合物包括至少2wt％，更优选至少3wt％的所述第三聚合物材料。当第三聚合物材料的分子量相对低(例如50,000)时，混合物中所述第三聚合物材料的最大数量可以至多40wt％。当第三聚合物材料的分子量较高时，于是该最大数量可以更小，例如至多30wt％，或者至多20wt％。所述混合物可以包括至少0.05wt％，优选至少0.1wt％的所述交联剂，尤其是所述第四聚合物材料。所述交联剂的数量可以至多3wt％。
优选将所述第三聚合物材料和所述交联剂提供于水中。所述混合物可以包括至少80wt％，适宜地包括至少85wt％，优选包括至少92wt％，更优选包括至少95wt％，尤其包括至少96wt％的水。所述混合物可以包括其他微量组分，例如催化剂，尤其是酸，以催化由所述第三聚合物材料和所述交联剂形成所述第一聚合物材料。
所述第一聚合物材料适宜地包括下式的部分 其中R1、R2和B如上所述，A1表示在涉及所述第三和第四聚合物材料的反应后上述基团A的残基，Y表示在涉及所述第三和第四聚合物材料的所述反应后所述第三聚合物材料的残基，X表示在所述第三与第四聚合物材料的残基之间延伸的连接原子或基团。在一个优选实施方案中，A1表示选择性取代的苯基，X表示下面的基团 其通过氧原子连接到所述第三聚合物材料的残基上。例如，基团X可以连接到所述第三聚合物材料的聚合物主链上。
可以在步骤(b)中通过任意合适的方式减少水的含量。适宜地，在大气压或者较低的压力下例如在真空中，在10℃-60℃的温度下进行干燥。
在步骤(c)中，用所述衍生试剂处理含有相对低程度的包封水的第二聚合物。所述第二聚合物材料的衍生优选包括一系列步骤。在第一衍生步骤中，可以用第一衍生材料处理所述第二聚合物材料，该衍生材料适宜地与所述第二聚合物材料反应。可以在第二聚合物材料与所述第一衍生材料之间形成络合物，或者优选地，反应涉及到在第二聚合物材料与第一衍生材料之间形成共价键。优选地，所述第二聚合物材料和所述第一衍生材料的反应在少于5wt％，优选少于1wt％的水的存在下进行。优选地，该反应在有机溶剂(例如丙酮)中进行。优选地，该反应基本在没有水的存在下进行。在这种情况下，反应可以主要地发生在第二聚合物材料的表面上，已经在本方法的步骤(b)中将微孔包覆的水从其中除去的聚合物材料中的微孔中，反应物极少的渗透和反应。
所述第一衍生材料可以具有上述化学交联的材料的任意特征。当第一衍生步骤在有机溶剂中并且基本在没有水的存在下进行时，这种第一衍生材料不应该(在第一衍生步骤中)使第二聚合物材料的部分交联至任意显著的程度。所述第一衍生材料优选是二官能度的并且优选地，在所述第一衍生步骤中，该材料的每个分子的仅仅一个官能团与第二聚合物材料反应。优选地，所述第一衍生材料包括至少一个醛基。
所述第一衍生材料可以选自上述的由其可以制备所述第四聚合物材料的单体。
第二聚合物材料的衍生可以包括一个或多个所排列的衍生步骤(包括所描述的所述第一步骤)，以将连接部分引入在所述第二聚合物材料上。适宜地安置该连接部分以将第二聚合物材料连接到活性部分。可以选择活性部分具有所希望的性能并且因此提供由此所希望的性能可以与本方法中所制得的衍生材料相关的方式。例如，活性材料可以是生物相容的(并且因此可以被安置，以提高第一聚合物材料的生物相容性)和/或其可以被安置以提高对细胞的粘合性。优选的活性材料包括含有氨基酸的部分、肽和蛋白质。作为选择，活性部分可以包括导电聚合物、有机半导体或者与微电子界面技术相关的另一种材料。在这种情况下，活性部分可以是用于监测细胞化学性质或生物性质的传感器的一部分。
在某些情况下，可以引入如所述第一步骤部分所描述类型的活性部分。然而，适宜在所述第一步骤随后的步骤中引入所述活性部分。
如上所述，所述第一衍生步骤适宜地基本在没有水的存在下进行。一个或多个随后的步骤也可以基本在没有水的存在下进行。作为选择，随后的衍生步骤可以在水的存在下进行。由于可以优选的是该随后衍生步骤中的反应物基本不会渗透到微孔中并且与除了通过所述衍生试剂由所述第二聚合物材料的衍生制得的那些之外的官能团反应，因此当衍生步骤在水的存在下进行时选择反应物和/或条件，以使得衍生步骤涉及到与在早先的衍生步骤中所形成的官能团反应。为了实现这个目的，衍生可以涉及到使用含有这样的官能团的材料，该官能团不能与除了在早先的衍生步骤中所形成的那些之外的聚合物材料的官能团反应，或者所选择的材料与在早先的衍生步骤中所形成的基团的反应速度可以比该特定聚合物材料的其他官能团更快。
第二聚合物材料的衍生优选包括这样的衍生步骤其中含有胺基的化合物与第二聚合物材料或其衍生物，例如包括如上所述的连接基团的衍生物反应。采用含有胺基的化合物的衍生优选在含水溶剂中进行。
第一方面的方法可以涉及到在步骤(b)之后提高包封水的含量。可以在步骤(c)中的用衍生试剂处理期间或者随后提高该程度。有利地，在如所述的衍生和再水合之后的第一聚合物材料的强度可以比得上(在某些情况下，其在某些方面可能更高)步骤(a)中所选择的第一聚合物材料的强度。
步骤(a)中所选择的第一聚合物材料可以包括预定的微观地形特征和/或表面结构和/或形状。有利地，在进行所述方法中，可以在材料衍生之后基本保留微观地形特征、表面结构和/或形状。
根据本发明的第二方面，提供一种制备聚合物材料的方法，该方法包括(a)选择出包括以下物质的第五聚合物材料(i)被如根据所述第一方面所述的第四聚合物交联的如根据所述第一方面所述的第三聚合物材料；或(ii)包括式VI部分的聚合物材料，其中R1、R2、B、A1、X和Y如根据所述第一方面所述；和(b)采用衍生试剂处理所述第五聚合物材料使所述第五聚合物材料衍生，所述衍生试剂如根据所述第一方面所述。
第一方面的任意特征可以用于第二方面，已作必要的修正。
第一和第二方面的方法可以用于将微观结构的表面化学性质引入在这些方法中所衍生的聚合物材料的表面上。在这点上，聚合物材料可以在它们表面上的预定位置与未被衍生的表面上的其他位置用第一部分衍生，或者用不同的第二部分衍生。在一个实施方案中，第一部分可以被安置以赋予该表面的位置高度生物相容的(例如细胞的粘合)，然而剩下的表面区域可能是较少生物相容的，和/或可以被安置以阻止细胞连接。
可以通过采用衍生试剂例如含有如上所述胺基的化合物，接触在预定位置的聚合物材料的表面而产生微观结构的表面化学性质。
根据本发明的第三方面，提供一种以根据所述第一方面或所述第二方面的方法制备的或可制备的衍生的聚合物材料。
根据本发明的第四方面，提供一种衍生的水凝胶。该水凝胶可以如根据第一或第二方面所述。
该第四方面的所述水凝胶优选主要衍生在其表面区域上，优选凝胶的微孔。
第三和第四方面的衍生的聚合物材料或水凝胶可以包括酰胺基团。所述酰胺基团优选是从聚合物主链中悬垂出的部分的一部分。酰胺基团优选使衍生试剂连接到聚合物主链上。酰胺基团优选使活性材料例如含有氨基酸的材料连接到从所述聚合物主链中悬垂出的部分的一部分上。
根据本发明的第五方面，提供一种制备用于生物应用的材料的方法，该方法包括在根据所述第一方面的第一或第二聚合物材料或者根据所述第二方面的第五聚合物材料的表面中形成微观地形特征。
所述微观地形特征优选是预先确定的。
根据第三方面所处理的聚合物材料可以在形成所述微观地形特征之前、期间和/或之后将水包覆。该方法可以包括这样的步骤在已经形成微观地形特征之后减少包封水的程度，并且任选地使包括有如根据第一方面的步骤(c)和第二方面的步骤(b)所描述的所述微观地形特征的聚合物材料衍生。有利地，可以将衍生限制于聚合物材料表面上的预定位置，由此以引入微观结构的表面化学性质。因此，所制得的材料可以包括三维表面成结构的和被组成结构的表面化学性质，这在某些生物应用例如伤口用的敷料(等)中可以有好处。
形成如根据第五方面所述的微观地形特征可以涉及形成模板例如栅格片、引入所需的地形特征和使模板与其中将形成微观地形特征的聚合物材料接触。优选地，与聚合物材料的接触在聚合物材料完全聚合之前进行，并且当材料聚合时继续接触。当其中将形成微观地形特征的聚合物材料由上述的所述第三和第四聚合物材料制得时，该方法可以涉及将第三和第四聚合物材料与任意所需的催化剂接触、使混合物与模板接触和进行第三和第四聚合物材料的反应；或者包括第三和第四聚合物材料的混合物可以在与模板接触之前至少部分反应。此后，可以完成第三和第四聚合物材料的反应。
可以通过提供用于在本方法中确定特征的模板预先确定所述的微观地形特征。该模板可以表示在第五方面的方法中所处理的第一聚合物材料中所产生的负性特征。
根据所述第五方面形成的微观地形特征可以包括表面中的均一形状，例如尺寸小于100μm的通道或槽。
根据本发明的第六方面，提供一种优选用于生物应用的聚合物材料，该材料包括如这里所述的具有微观地形特征的聚合物材料或水凝胶。
该聚合物材料或水凝胶可以如根据第三或第四方面所述。因此优选地，本发明提供一种具有微观地形特征的水凝胶，其中所述水凝胶被衍生并且优选被含有氨基酸的材料衍生。
根据本发明的第七方面，提供一种包括有根据第三、第四、第五或第六方面的任何一个的衍生聚合物材料或水凝胶的伤口护理产品。
该伤口护理产品可以是贴剂或绷带(等)，或者当内部使用时可以是可植入的假体(等)。术语“伤口”意指包括由损伤和/或疾病造成的缺陷。
根据本发明的第八方面，提供一种治疗人体或动物体，例如治疗损伤的和/或患病的组织和/或伤口的方法，该方法包括将根据第三、第四、第五、第六或第七方面的衍生的聚合物材料、水凝胶或伤口护理产品放置在将被治疗的区域上或者附近。
根据本发明的第九方面，提供将根据第三、第四、第五或第六方面的聚合物材料或水凝胶用于制备治疗损伤的和/或患病的组织和/或伤口用的材料的用途。
这里所述的任何发明或实施方案的任意方面的任意特征可以与这里所述的任意其他发明或实施方案的任意方面的任意特征相结合。
现在将参照

图1、通过实施例描述本发明的特定实施方案，图1是用粘连蛋白使水凝胶衍生的示意性表示图。
以下实施例描述了怎样可以制备水凝胶并且用作“灵活的”敷料。制备灵活的敷料的目的是使用微观工程技术重新创造将各种类型伤口的细胞外基质重新塑造的微观环境条件，该基质然后可以用作选择性的、高度随意的细胞迁移和细胞分裂用的基质。为了实现定向的细胞迁移和分裂，重要的是提供具有以微观地形导向指引或微观结构的表面化学性质，特别是具有对引发和加速细胞游动性形式的那些的定向表面形状的粘性细胞。概括地说，在下面的实施方案中提供试剂，由此可以预定的方式生成水凝胶表面的微观地形特征，此后，可以调节表面的化学性质，由此提供可以用于实现定向的细胞迁移和分裂的材料。
实施例1-制备水凝胶的常用方法步骤(a)-制备聚(1，4-二(4-(N-甲基吡啶基)-2，3-二(4-(1-甲酰基苯基)亚丁基其如PCT/GB97/02529的实施例1中所述的那样制备，该专利的内容在此结合作为参考。在该方法中，大于1wt％的4-(4-甲酰基苯基乙烯基)-1-甲基吡啶鎓甲磺酸盐(SbQ)的水溶液通过在环境温度下将SbQ与水混合而制备。在这种条件下，SbQ分子形成聚集体。然后将溶液对紫外光曝光。这导致了聚集体中邻近的4-(4-甲酰基苯基乙烯基)-1-甲基吡啶鎓甲磺酸盐分子(VIII)的碳-碳双键之间的光化学反应，得到了聚合物，聚(1，4-二(4-(N-甲基吡啶基)-2，3-二(4-(1-甲酰基苯基)亚丁基甲磺酸盐(IX)，如下面的反应式中所示。应该理解的是为了清楚，已经忽略了化合物VIII和IX的阴离子。
步骤(b)通过加热至60℃6小时将预定数量的、分子量300,000的88％水解的聚(乙烯醇)溶于水中。然后允许其冷却并且将预定数量的步骤(a)的亚丁基聚合物溶于该溶液。
步骤(c)将酸催化剂加入步骤(b)的混合物，适宜地以产生约2的pH。然后将混合物留下聚合，由此步骤(a)的亚丁基聚合物根据下面的方案使聚乙烯醇交联。

酸的浓度影响了交联反应的速度。由于发生交联，因此形成了水凝胶，其可以如本文中所述的那样处理和/或操作。
制备的水凝胶可以包括80-90wt％的包封水。
实施例2-用于制备引入了预定的微观地形结构的栅格片的常用方法使用通常以熔融的二氧化硅或类似材料制得的主板，将定向的微观地形特征指引提供给作为一组压印/压延到凝胶表面中的槽和桥或通道的元件。首先通过照相还原或者使用特定的设计包装将所需的微观地形图案抽出作为平版抗蚀剂掩模。光致抗蚀剂通过以下方式被组成图案通过平版掩模对UV曝光，接着使用显影液(或者取决于使用正性还是负性的光致抗蚀剂，这是可能性的)除去曝光的/未曝光的光致抗蚀剂。该方法可以用于产生线性尺寸为10-100μm的特征。为了产生小于该特征的微观地形特征(例如50nm-10μm)，使用电子束记录器将通常由PMMA制得的电子束抗蚀剂曝光，由此将图案直接写入抗蚀剂的表面。对于两种装置，通过使用作为蚀刻掩模的组成图案的抗蚀剂用气体例如C2F6或等价物使活性离子将熔融的二氧化硅空白表面蚀刻以实现给定的蚀刻深度所需的足够时间而制得结合了预定微观地形特征的栅格片。
然后可以将制得的栅格片用于在水凝胶表面上产生微观地形特征。
实施例3-制备结合了微观地形特征的压延的水凝胶将所选的、如实施例2中所述制备的栅格片用10％的消毒溶液(清洁剂)在超声波浴中清洗40分钟、充裕地在水中漂洗、彻底干燥并且允许冷却。然后用100％丙酮漂洗该片并且再次允许干燥。将陪氏培养皿用heamosoal(清洁剂)清洗、充裕地在水中漂洗、干燥并且最终在100％丙酮中漂洗，允许将过剩的丙酮蒸发。然后将该片置于陪氏培养皿中，栅格片向上。通常使用60g 10wt％的聚乙烯醇溶液和0.1g实施例1、步骤(c)的聚合物如实施例1步骤(a)-(c)所述那样制备水凝胶制剂。形成的水溶液含有10wt％的聚乙烯醇和0.5wt％的实施例1、步骤(c)的聚合物。在1ml 20％HCl存在下将该制剂缓慢混合，以减少任何的空气泡。然后将聚合的混合物倒入陪氏培养皿中并且允许在通风橱中完全聚合过夜。然后将培养皿置于在50℃和-15mmHg压力下的真空烘箱中过夜。在已经发生完全聚合后，将水凝胶从培养皿(和片)上剥离并且从周围多余的水凝胶上切下在水凝胶中所形成的栅格。在显微镜检查之上发现水凝胶能够提供非常优良的栅格再生产。
实施例4-制备结合了微观地形特征的拉伸的水凝胶如实施例3中所述那样制备所选的栅格片，并且在干燥后置于倒置的陪氏培养皿上，栅格片向上。使用20g 10wt％的聚乙烯醇溶液和0.1g实施例1、步骤(c)的聚合物制备水凝胶。形成的水凝胶含有10wt％的聚乙烯醇和0.5wt％的实施例1、步骤(c)的聚合物。然后将水溶液缓慢地与0.2ml 20％的HCl混合，并且然后倒入5cm陪氏培养皿中，以能够制得几mm厚的水凝胶，使得其被拉伸。在聚合中所确定的点下(当水凝胶并不是足够的粘性以粘结到手指上，但仍然十分‘湿’时)，将水凝胶的一角吸入指尖并且用栅格在陪氏培养皿上拉伸。将水凝胶留在室温下1小时并且置于50℃下的烘箱中45分钟以发生完全聚合。在发生完全聚合后，小心地从培养皿(和片)上剥离水凝胶并且从多余的水凝胶上切下栅格。
此外，显微镜检查显示水凝胶能够非常精密地再生产栅格。
实施例5-用于使水凝胶衍生的常用方法可以使这里所述的任意一种水凝胶(无论是结合了微观地形特征的还是另外的)衍生以提高它们的生物相容性和/或以增加对细胞的粘性，并且这种衍生的水凝胶可以用于宽范围的应用。在优选实施方案中，在衍生之前将凝胶干燥。这可以涉及到在20-40℃的温度下在真空下干燥约16小时。适宜地，将凝胶干燥以使得它们含有少于1wt％的水(例如通过热解重量分析测量)。已经发现当干燥的凝胶被衍生时，凝胶表面主要从其衍生(优选凝胶的内部区域)可以得到许多优点。例如，生物相容性和/或凝胶粘结到细胞的能力将集中在这种衍生的凝胶的表面，由此限制渗透到凝胶体内。同样，发现衍生可能不显著地降低凝胶的强度但可以在某些情况下提高强度。更特别地，衍生的干凝胶可以再水合并且所得的水合的衍生凝胶可以具有与未衍生的变体相比而可比较的(或者更大的)强度。
可以使用一定范围的方法使水凝胶衍生。首先，材料例如生物相容性材料可以共价键接到凝胶上。在这点上，对于上面实施例1的凝胶而言，衍生可以涉及包括了凝胶上的羟基、乙酸盐或醛基的反应。连接基团可以通过这些基团连接到凝胶上，于是所需的生物相容性材料可以共价连接到连接基团上。合适的连接基团的例子包括以下物质-实施例1、步骤(a)的聚合物。该聚合物含有醛基，该醛基可以与实施例1、步骤(c)的交联聚合物的羟基反应。
-描述于实施例1、步骤(a)中的单体(SbQ)。同样，该单体含有可与羟基反应的醛基。
-描述于GB 2030575B的3页8行-39行的单体和如根据WO98/12239所述从其制备的聚合物。
其次，可以通过形成电荷转移络合物使生物相容性材料与凝胶结合。更特别地，络合物可以涉及与凝胶的吡啶鎓部分的N+部分或者用含有吡啶鎓的如上所述化合物衍生的凝胶变体相互作用。例如，可以使用该方法使表面活性剂例如十二烷基硫酸钠连接到凝胶上。在这种情况下，衍生的凝胶当水合时较少受到随后的溶胀的影响，这可以有助于凝胶的进一步反应，例如其羰基的反应。
将理解的是将根据所希望与凝胶结合的生物相容性材料的性质选择用于使凝胶衍生的方法。在许多实施方案中，生物相容性材料包括一个或多个胺基(例如该材料可以是蛋白质或氨基酸)，在这种情况下该材料可以通过酰胺键共价键接到凝胶上。可以这种方式键接到凝胶上并且可以提高凝胶与细胞的生物相容性的材料的例子包括所有已知的细胞外基质组分、细胞因子、生长因子、激素和其他的细胞内或细胞外的信号分子。特定例子是粘连蛋白。
实施例6-用粘连蛋白衍生水凝胶参照图1，在丙酮和酸的存在下，用实施例1、步骤(b)的亚丁基聚合物(XII)处理实施例1、步骤(c)的、在其表面含有聚乙烯醇部分的水凝胶，由此制得缩合产物XIII。然后用于丙酮中的羰基二咪唑(XIV)处理产物XIII以制得XV，其用含水的粘连蛋白(XVI)处理以制得粘连蛋白衍生的水凝胶XVII。
更详细地，将2g实施例1、步骤(c)的聚合物加入100ml丙酮中并且将溶液搅拌2小时。这制得了于丙酮中的实施例1、步骤(c)的聚合物的饱和溶液(在烧瓶的底部看见过剩的未溶解的聚合物)。将0.5ml浓缩的盐酸加入该溶液。然后将干水凝胶薄膜浸渍在酸化的聚合物/丙酮溶液中至少4小时但不超过16小时。(通过实施例，尺寸约10cm直径、0.5mm厚的干水凝胶薄膜需要50ml溶液)。然后用丙酮将薄膜清洗几次并且在25℃于真空下干燥约4小时。
制备100ml于丙酮中的1％w/v的羰基二咪唑溶液并且将上面制备的水凝胶薄膜浸渍在该溶液中4小时。然后除去薄膜，再次用丙酮清洗几次并且在真空下于25℃干燥4小时。
上面的薄膜暴露于粘连蛋白的水溶液导致了粘连蛋白共价连接到表面上。然后用无菌的蒸馏水清洗薄膜。
实施例7-用于在凝胶上产生微观结构的表面化学性质的常用方法虽然可以如实施例5和6所述使水凝胶的整个表面衍生，但还可以仅仅在预定的区域中使凝胶衍生，由此在预定的结构中产生所需的表面化学性质。实现这个目的的第一种方法涉及到使用具有所需的、压延(或者另外形成的)到其表面中的微观地形结构的弹性体印模。将弹性体固化并且浸泡在含有胺基的化合物(例如蛋白质如粘连蛋白)的溶液中一段时间(约20分钟)，以使得其吸收足够的蛋白质而用于应用。简单地使印模暴露于氮气流下，以将其干燥。然后将其接触面向下置于水凝胶表面上，该水凝胶表面已经用合适的官能团衍生以使得其能够与含有胺基的化合物的胺基反应(例如，该印模可以用于将粘连蛋白(XVI)传送给按照图1的化合物XV衍生的凝胶)。在足够的接触时间(例如1分钟)之后取出印模，在凝胶上的预定位置留下共价键接的胺化合物。此后，任选地可以用替代的含有胺基的化合物处理未衍生的区域。可以基于两种胺化合物连接细胞等的组合效果而选择后一种化合物或者其可以用作细胞连接用的阻断剂。阻断剂的例子是白蛋白和酪蛋白。
提供微观结构的表面化学性质的第二种方法涉及到使用如上所述的印模，除了在这种情况下印模是平面的之外。操作员移动该载带有含胺化合物的印模到选定位置并与凝胶表面接触，以在所选的位置确定所需的表面化学性质。
所制备的材料的用途可以以合适的尺寸形成例如以薄膜形式的、结合了微观地形特征和/或微观结构表面化学性质的凝胶，以用作伤口用的敷料。然后将敷料以所设计的面向下施加于伤口本身上。伤口可以任选地通过皮肤擦除术(等)预处理，以实现合适的可行的细胞-水凝胶接触。对人的皮肤细胞和对模型伤口的研究已经表明敷料可以有助于伤口闭合和/或康复过程。
读者的注意力集中于所有的论文和文献，这些与本申请有关的本说明书并行地或者在之前发表并且公开，以使得公众对本说明书检查，并且所有这些论文和文献的内容在此结合作为参考。
本说明书(包括任意附随的权利要求、摘要和附图)中披露的所有特征和/或如此披露的任意方法或工艺的所有步骤可以以任意的组合相结合，除了其中这些特征和/或步骤的至少一些互相独立的组合之外。
本说明书(包括任意附随的权利要求、摘要和附图)中披露的每一特征可以被用作相同、相当或相似目的的作为替换的特征所代替，除非另外清楚地说明。因此，除了另外清楚地说明，所披露的每一特征仅仅是同属系列的相当或相似特征的一个例子。
本发明并不限于前述实施方案的细节。本发明扩展至本说明书(包括任意附随的权利要求、摘要和附图)中所披露的特征的任何新颖的一种或者任何新颖的组合，或者扩展至如此披露的任何方法或工艺的步骤的任何新颖的一种或者任何新颖的组合。
权利要求
1.一种使包括有包封水的一类聚合物材料衍生的方法，该方法包括(a)选择出包括有包封水的第一水合的聚合物材料；(b)减少所述第一水合的聚合物材料中的包封水含量，以制得第二聚合物材料；(c)采用衍生试剂处理所述第二聚合物材料使所述第二聚合物材料衍生。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第一聚合物材料中水的wt％与所述第二聚合物材料中水的wt％的差值至少为40wt％，并且所述第二聚合物材料包括少于10wt％的包封水。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所述第一水合的聚合物材料包括通过交联剂交联的第三聚合物材料。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其中通过选择出第三聚合物材料并且用所述交联剂将其处理而制备所述第一聚合物材料，其中所述第三聚合物材料包括选自羟基、羧酸、羧酸衍生物和胺基的官能团。
5.根据权利要求3或权利要求4的方法，其中所述第三聚合物材料是聚乙烯基聚合物。
6.根据权利要求3-5任一项的方法，其中所述第三聚合物材料是聚乙烯醇。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述第一聚合物材料包括交联的聚乙烯醇。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述第一聚合物材料包括式I的部分 其中L1是所述交联物质的残基。
9.根据权利要求3或权利要求4的方法，其中所述交联剂包含包括有下式的重复单元的第四聚合物材料 其中A和B相同或不同，选自选择性取代的芳基和杂芳基并且至少一个包括相对极性的原子或基团，R1和R2独立地包括相对非极性的原子或基团。
10.根据权利要求9的方法，其中A和B不同，选自选择性取代的芳基和杂芳基并且A或B的至少一个包括相对极性的原子或基团，R1和R2独立地包括相对非极性的原子或基团。
11.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述第一聚合物材料包括下式的部分 其中R1、R2和B如权利要求9和10中所述，A1表示在涉及所述第三和第四聚合物材料的反应之后如权利要求9和10中所述的基团A的残基，Y表示在涉及所述第三和第四聚合物材料的所述反应之后所述第四聚合物材料的残基，X表示在所述第三和第四聚合物材料的残基之间延伸的连接原子或基团。
12.根据前述权利要求任一项的方法，其中在步骤(b)中，在10℃-60℃的温度下进行干燥。
13.根据前述权利要求任一项的方法，其中在步骤(c)中，在第一衍生步骤中使所述第二聚合物材料衍生，其中采用与所述第二聚合物材料反应的第一衍生材料处理所述第二聚合物材料，其中所述反应在少于5wt％的水的存在下进行，并且在有机溶剂中进行。
14.根据权利要求13的方法，其中所述第一衍生材料包括一个或多个羰基、羧基、羟基、环氧、卤素或氨基官能团。
15.根据权利要求13或权利要求14的方法，其中所述第一衍生材料选自以下通式的化合物 其中A、B、R1和R2如权利要求9和/或10中所述。
16.根据前述权利要求任一项的方法，其中第二聚合物材料的衍生包括一个或多个所排列的衍生步骤，以在所述第二聚合物材料上引入连接部分，其中将连接部分排列以使第二聚合物材料连接到活性部分上。
17.根据权利要求16的方法，其中活性部分是生物相容的。
18.根据权利要求16或权利要求17的方法，其中所述活性材料选自含有氨基酸的部分、肽、蛋白质、导电聚合物和有机半导体，或者所述的活性部分可以是用于监测细胞化学性质或生物性质的传感器的一部分。
19.根据前述权利要求任一项的方法，其涉及在步骤(b)之后的某阶段提高包封水的含量。
20.一种制备聚合物材料的方法，该方法包括(a)选择出包括以下物质的第五聚合物材料(i)被如权利要求9或10中所述的第四聚合物材料交联的如权利要求3-6中所述的第三聚合物材料；或(ii)包括如权利要求11中所述的式VI的部分的聚合物材料；和(b)采用衍生试剂处理所述第五聚合物材料使所述第五聚合物材料衍生。
21.一种在根据权利要求1-19任一项的方法中制备的或者可制备的衍生的聚合物材料。
22.一种制备用于生物应用的材料的方法，该方法包括在根据前述权利要求任一项的第一、第二或第五聚合物材料的表面中形成微观地形特征。
23.一种选自根据前述权利要求任一项的、具有微观地形特征的所述第一、第二或第五聚合物材料或者水凝胶的聚合物材料。
24.一种包括根据前述权利要求任一项的衍生的聚合物材料或者水凝胶的伤口护理产品。
25.一种人体或动物体的治疗方法，该方法包括将根据前述权利要求任一项的衍生的聚合物材料、水凝胶或伤口护理产品放置在将被治疗的区域上或者附近。
26.根据前述权利要求任一项的聚合物材料或水凝胶用于制备治疗损伤的和/或患病的组织和/或伤口用的材料的用途。
全文摘要
一种使水凝胶例如交联的聚乙烯醇水凝胶衍生的方法，包括减少水凝胶中包封水的程度和用包括有活性材料例如氨基酸、肽或蛋白质的衍生试剂处理该材料。所制备的聚合物材料可以用于“灵活的”敷料。
文档编号C08F8/00GK1729211SQ200380106981
公开日2006年2月1日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月5日
发明者S·T·布里特兰德, N·J·克劳瑟尔, D·艾戈兰德 申请人:布拉德福大学