可加工可调节的硫醇‑烯交联的聚氨酯形状记忆聚合物的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月3日提交的题为“aprocessable,tunablethiol-enecrosslinkedpolyurethaneshapememorypolymersystemforbiomedicalapplications”的美国临时专利申请第62/111,233号的优先权，其内容通过引用并入本文。此外，本申请还要求于2015年4月8日提交的题为“shapememorypolymercompositionsandtheiruses”的美国临时专利申请第62/144,819号的优先权，其内容通过引用并入本文。
联邦资助研究的声明
依照美国能源部授予的合同号de-ac52-07na27344、国家科学基金会研究生研究奖学金#2011113646、国立卫生研究院/国立生物医学影像学和生物工程学研究所基金r01eb000462和/或国家科学基因会合同号che-1057441，美国政府可具有本发明的某些权利。
本发明的实施方案属于高分子化学领域。
背景技术：
形状记忆材料(smp)的特征是具有在受到环境刺激(例如热、光或蒸气)触发时将形状从临时形状转变成永久形状的能力。这些现象可以用于广泛的应用中。smp固有地表现出形状记忆效应，这源自其通过机械功共同地可扩展的高度卷绕的构成链，并且这种能量可以通过冷却到玻璃化转变温度(tg)或熔化温度(tm)以下而无限期地被储存起来(被称为“形状固定”)。随后，聚合物样品在被加热到临界温度以上时可以作机械功并返回到无应力状态，使僵住的链移动以复得其卷绕状态的熵。热刺激的smp具有以下优点：(i)超过几百个百分率应变的大的可恢复的变形；(ii)通过改变聚合物化学性质容易调节转变温度；和(iii)易于以低成本加工。
附图说明
通过所附权利要求书、下面一个或更多个示例性实施方案的详细描述和相应附图，本发明的实施方案的特点和优点将变得明显。在认为合适的情况下，在附图中重复附图标记以指示相应或相似的元件。
图1描绘了一个实施方案中使用的合成方案。不同的实施方案使用任意脂族二异氰酸酯作为“r1”，使用由“x”表示的任意经烯烃取代的二醇，使用任意脂族二醇作为“r2”，并且使用任意多硫醇交联剂作为“r3”和“r4”，包括但不限于图3中列出的那些。
图2为激光致动的smp微夹持器的示意图。首先将热塑性pu和掺杂有epolin4121的多硫醇的溶液溶液浇铸在裂开的光纤上以形成smp夹持器。然后将球端镍钛诺合金(nitinol)沿轴向压接到夹持器。
图3包括用于制备硫醇-烯交联的聚氨酯形状记忆聚合物的单体和多硫醇交联剂的结构和通过gpc分析确定的分子量和组成的表。
图4包括使用多种合成条件制备的硫醇-烯交联的聚氨酯形状记忆聚合物的溶胶/凝胶分析数据的表。
图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)、5(f)描绘了以下变量对由(xtmpae:1-x3-mpd)-共聚-tmhdi热塑性聚氨酯和多官能硫醇交联剂制备的pusmp的交联密度的影响：5(a)不同的c＝c组成；5(b)不同的c＝c:sh比率；5(c)不同的dmpa光引发剂；5(d)在120℃下在1托下不同的后固化时间；5(e)uv固化期间存在的不同的重量％的溶剂；以及5(f)不同的硫醇交联剂官能度。
图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)描绘了不同的二醇共聚单体(二醇:tmpae＝0.9:0.1)和不同的二异氰酸酯共聚单体比率对玻璃化转变温度的影响。
图7(a)、7(b)、7(c)、7(d)描绘了说明一个实施方案的材料优点的材料表征数据。7(a)包括(0.3tmpae:0.73-mpd)-共聚-tmhdismp的5次循环自由应变恢复形状记忆表征结果；7(b)包括tmpae组成增加的样品的受限恢复；7(c)包括由tmhdi与不同比率的tmpae和3-mpd(即，不同的c＝c组成)制成的硫醇-烯交联的pusmp样品的应变失效结果；7(d)包括72小时直接接触研究的细胞毒性结果，其显示，对于tmpae-0.05、tmpae-0.3和tmpae-0.7硫醇-烯交联的聚氨酯，观察到小鼠3t3成纤维细胞存活率大于93％。
图8(a)、8(b)、8(c)、8(d)描绘了：8(a)装置制造，示出了在uv固化之前注射到玻璃模具中之后的热塑性pu、光引发剂和多硫醇的液体溶液；8(b)球端的模拟栓塞装置与uv固化的微夹持器装置的压接过程；8(c)对压接的装置组合件进行拉伸测试实验的实验设置；8(d)在七个压接的装置的拉伸测试实验中测量的最大应力。
图9(a)、9(b)、9(c)、9(d)描绘了体外微导管递送的微夹持器递送实验装置的设置，9(a)缩小和9(b)放大；9(c)：9(a)和9(b)所示的实验装置中配置的微导管递送装置的体外致动照片；9(d)在25℃水中的微夹持器装置的高分辨率显微镜图像。
图10(a)、10(b)、10(c)、10(d)、10(e)、10(f)描绘了顺序的图像，这些图像描绘了在各释放阶段下的温度和装置致动(星号标识smp管的伸展部分)。
图11(a)、11(b)、11(c)、11(d)描绘了：11(a)释放机构的植入侧；11(b)程序化的smp管被设置在释放机构的加热线圈上；11(c)在压接smp管之后在植入体和加热线圈之间的最后接合部；以及11(d)装置的近端。
图12包括硫醇-烯点击(click)反应的一个实施方案。可以用紫外辐射、电子束辐射或热引发引发硫醇烯反应。
技术实现要素：
现在参考附图，其中可对相同的结构提供相同的后缀附图标记。为了更清楚地示出多个实施方案的结构，本文中包括的附图为结构的示意图。此外，附图可以仅仅示出对理解所说明的实施方案有用的结构。为了保持附图清楚,可以不包括本领域已知的另外的结构。“一个实施方案”、“多个实施方案”等表示所描述的实施方案可以包括特定特征、结构或特性，但并非每个实施方案都必须包括该特定特征、结构或特性。一些实施方案可以具有关于另一些实施方案所描述的特征的一些或全部，或者没有。“第一”、“第二”、“第三”等描述共同的对象，并表示所提及的是相同对象的不同实例。这样的形容词并不是指如此描述的对象必须在时间上、空间上、在等级上、或在任何其他方式上具有给定的顺序。“连接”可以表示元件彼此直接物理或电接触，“耦合”可以表示元件彼此相互协作或相互作用，但是它们可以或可以不直接物理或电接触。
先前已经合成并表征了具有不同热机械特性而用于多种应用(例如作为医用装置和机械致动器)的热刺激的smp。这些包括激光和电阻致动的smp栓塞和血管内装置。然而，这些装置的一些缺点包括(1)以梯度存在掺杂剂和(2)聚合物的交联密度高。前者导致聚合物的不均匀加热，而后者导致聚合物缺少对需要被卷绕的装置所必需的的应变能力。因此，需要能够克服在现有技术组合物中所看到的缺点的smp组合物。
本文中描述了一个实施方案，其包括一种平台形状记忆聚合物体系(例如，用于生物医用装置应用或与生物医用应用无关的其他应用)。这样的一个实施方案表现出可调节的高性能机械属性与先进的加工能力和良好的生物相容性的组合。采用组合聚氨酯和硫醇-烯合成过程的后聚合交联合成方法。出于示例性目的，这样的材料被用于微致动器医用装置以说明该实施方案的加工能力。
一些实施方案包括已合成并被表征且在微致动器医用装置原型的设计中实现的具有可调节热机械特性和先进加工能力的聚氨酯smp。采用使用uv催化的硫醇-烯“点击”反应来实现聚合后交联的合成方法说明控制低分子量脂族热塑性聚氨酯smp的tg和交联度的能力。在本文中合成了含有不同c＝c官能化的pu，使溶液与多硫醇交联剂和光引发剂共混并经历uv照射，并报道了许多合成参数对交联密度的影响。热机械特性是高度可调节的，包括可在30℃至105℃间调整的玻璃化转变和可在0.4mpa至20mpa间调整的橡胶态模量。这样的实施方案对许多配制物表现出高韧性，特别是在低交联密度材料的情况下，其韧性在选择的应变温度下超过90mj/m3。为了说明多个这样的实施方案的先进加工能力和合成通用性，制造了用于微创递送血管内装置的激光致动smp微夹持器装置，其显示表现出1.43±0.37n的平均夹持力，并被成功地配置于在模拟的生理条件下的体外实验装置中。
现在进行更加概括性的讨论。
1.讨论
人体解刨学的材料科学构成组织模量和结构的巨大变化。解决生物医用工程挑战的基于材料的途径取决于两方面：材料被加工成期望的几何结构的能力和材料特性为了满足各种应用需要而可以被调整的程度。smp是一类刺激响应性材料，其响应经受的外部刺激(例如加热或暴露于光)而表现出几何转变，并且目前提出了许多基于smp的生物医用植入装置[1]。对于基于smp的医用装置，由临床医师在装置植入人体后触发几何转变的能力而获得的功能实用性在本质上是多维的且在概念化上是复杂的。各种应用可能需要除了良好的生物相容性之外还具有可调整的致动温度、可恢复应变、恢复应力、在生理条件下的模量和韧性的smp[2]。装置通常还具有复杂的几何设计要求，并且材料的使用特定制造技术进行加工的能力通常影响装置设计中的材料选择过程[3]。对于各种生物医用应用来说，如下高性能smp体系是重要的，其具有可调节的热机械特性、高的韧性和良好的生物相容性，可以容易地合成并在气氛条件下加工成对于装置制造所期望的几何结构[4-6]。本文中描述的实施方案涉及引入表现出稳健高度可调节的材料特性和先进的加工能力的无定形热致动形状记忆聚合物体系，并且涉及通过制造激光致动的基于smp的微夹持器(其被设计成便于可植入的血管内装置的微导管递送)说明所述实施方案作为用于医用装置设计的平台体系的可行性。当然，实施方案绝对不限于生物医用应用。
已经表明许多smp体系的材料特性可调节性、韧性和可加工性高度取决于smp的的性质和交联程度[7]。聚合物骨架或侧链的化学组成可以表现出影响许多材料特性(包括玻璃化转变和韧性)的物理交联相互作用。另外地，合成由特定化学官能团构成的聚合物所需的环境条件可能决定在聚合物加工期间可以采用哪种制造技术。从高分子结构的角度来看，共价交联在机械行为方面提供某些优点，但同时限制了材料加工能力的许多方面。对于热致动的单向smp，在加热或冷却跨过smp转换温度ttrans时经历热转变的聚合物组分被称为“转换段”，并且无论是共价的、物理的还是其他的交联都被称为“网点”。在应变成第二几何结构期间，网点通过有效地充当使得能够发生形状恢复的锚点来防止转换段链永久地滑过彼此[8]。与物理交联的smp体系的那些相比，共价交联的smp体系通常在机械行为方面表现出优势，包括更好的环状形状记忆和更大百分率的可恢复应变。相反地，与热固性材料相比，热塑性smp通常具有显著的加工优势，其在升高的温度和压力下不流动并且在溶剂中不溶解[9]。当期望高的加工量和/或复杂的原型制造时，热塑性加工技术(例如3d打印、挤出、注射成型和溶液浇铸)是特别有用的[10]。特别是对于医用装置应用，与目前的smp材料相比，能够在气氛条件下加工成期望的几何结构随后在第二步骤中交联成可调整的交联密度的热塑性smp可以提供显著的优势，因为其使得能够使用热塑性制造技术来形成复杂的几何结构同时仍利用热固性smp的有利机械特性[11]。
本文中报道了一些实施方案，例如如下实施方案，其为被设计成在气氛条件下表现出可调节的交联密度和玻璃化转变(tg)、高韧性和良好生物相容性以及先进加工能力的无定形脂族聚氨酯(pu)smp体系。pu的一个优点是由氨基甲酸酯键之间的链间氢键产生的高韧性[12]，并且许多脂族pu也被证明表现出良好的生物相容性[13]。pu的一个主要缺点是基于异睛酸酯的pu合成必须在无水环境(例如手套箱)中进行以防止异睛酸酯副反应，并且许多市售的pu是热塑性的，其由制造商预先合成以允许在气氛条件被加工成期望的几何结构。如果应用需要由氨基甲酸酯化学物质提供的高韧性和由共价交联提供的机械稳健性同时还要求在气氛条件下的可加工性，则允许在气氛合成环境中将氨基甲酸酯键并入共价交联网络中的一种方案是合成经基团官能化的包含内部氨基甲酸酯键的单体、低聚物或热塑性前体，从而可以使用另外的聚合方法在二次步骤中进行固化[14,15]。硫醇-烯“点击”化学反应是一种强大的合成工具，可以在气氛条件下进行高转化[16]，并且nair和同事bowman、shandas和同事报道了通过将异佛尔酮二异睛酸酯(ipdi)官能化以提供具有内部(硫醇)氨基甲酸酯键的聚烯烃和多硫醇单体而制备的smp体系，其在uv照射时使用硫醇-烯“点击”反应是可固化的[17]。beigi等研究了在作为树脂基体的硫醇-烯-甲基丙烯酸酯体系中作为共聚单体的烯烃官能化ipdi用于牙科应用的用途[18]，并且许多研究还报道了由烯烃封端的氨基甲酸酯-酯-氨基甲酸酯三聚物合成硫醇-烯交联的水性pu涂层[19,20]。由于硫醇-烯单体的大量固化产生大量的柔性硫醚连接，即使在这样的单体包含内部氨基甲酸酯键时，文献中报道的许多聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)混合网络也表现出低于或接近25℃的玻璃化转变，并且这些弹性材料可能不适用于某些工程聚合物应用。虽然可以通过增加硫醇-烯聚合物体系的交联密度来提高tg，但是交联的这种增加通常伴随着韧性降低的折衷(tradeoff)，实现对硫醇-烯体系中的交联密度和tg的独立控制通常是一项综合性挑战[21]。特别是对于无定形热致动形状记忆聚合物体系，实现对tg和交联密度(即，致动温度和恢复应力)的独立控制是影响smp体系的潜在应用范围的关键材料设计对象。
为了开发一种通用性聚氨smp体系，其在足够的材料表征领域中优异以支持其作为用于生物医用装置设计的平台smp体系的陈述，本文中提出的实施方案详述了一种合成方案，其中由脂族二异氰酸酯和不同比率的c＝c和非c＝c官能化二醇制备热塑性pu，如图1所示。在热塑性合成之后，通过使热塑性材料与多硫醇交联剂和光引发剂溶液混合随后进行uv照射实现交联。这种聚合后交联方法允许在气氛条件制造基于聚氨酯的smp装置，并且这些smp的韧性和热机械特性主要受热塑性pu中的键(其数量在统计学上显著超过交联材料中的硫醚键)的影响。此外，通过pu逐步生长聚合将c＝c键并入到pu侧链中产生相当均匀的c＝c官能度分布，这在与多硫醇交联时提供具有高的网络均匀性和窄的玻璃化转变宽度的聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)网络，实现基于smp的装置的精确而快速的形状致动[22]。虽然先前的研究报道了由单体官能化前体(与聚氨酯相比，其通常表现出与硫醇-烯网络的机械行为更一致的机械行为)合成氨基甲酸酯/硫醇-烯混合网络smp，但是本研究使用提供表现出与聚氨酯的机械行为一致的机械特性的材料的合成方案。结果，可以克服由于与硫醇-烯网络相关的低tg和高交联密度而发生的合成挑战，并且可以开发具有可广泛调节的材料特性和先进的加工能力的平台smp体系。
为了说明一个实施方案的加工能力，在本文中还合成并表征了原型微致动器装置。用于制造该装置的合成方法的溶液共混方面的一个优点是溶剂的在整个热塑性pu/多硫醇溶液中均匀分散非反应性添加剂的能力。在本研究中制造的装置构成了光致动的smp微夹持器的新设计，其是出于通过微导管递送血管内装置的目的而设计的。利用本文中描述的实施方案的特性，这样的实施方案可以对先前在2002年报道的微致动器装置进行改进[23]。与先前报道的设计相比，实施方案(例如图2的那些)提供了显著提高的制造容易性。通过制造这种微致动器装置，一个实施方案证明了(a)可以容易地使非反应性添加剂与新smp体系的实施方案共混；(b)使用聚合后交联使得能够制造微型医用装置；以及(c)该新smp体系的实施方案能够在气氛条件下经受装置制造。
2.结果
在本文中通过以下提供了用作用于例如医用装置应用(但不限于医用装置应用)的平台材料体系的形状记忆聚氨酯体系实施方案：(1)报道了显示优异的热机械、形状记忆和拉伸行为的材料表征数据以及生物相容性的指示，以及(2)通过在气氛条件下制造激光活化的smp微夹持器装置以便于可植入的血管内装置的微导管递送证明了该新smp体系的实施方案的加工优点。
2.1.实现可调整的交联密度
如图1所示，通过聚合后交联过程合成本文中报道的smp体系，其中首先由(烯烃)二醇和二异氰酸酯单体合成含有侧链c＝c官能度的热塑性聚氨酯。在热塑性合成之后，通过在气氛条件下使热塑性pu与多硫醇交联剂溶液共混实现交联，并通过改变许多合成参数(其中很多可以在聚合后交联步骤中使用)表明所述交联是可调整的。如图5(a)中提供的储能模量数据所示，通过使由不同的tmpae官能化构成的热塑性聚氨酯与1:1当量的三硫醇tmptmp反应实现在0.5mpa至10.5mpa的范围内控制橡胶态模量。如图5(b)所示，通过使该热塑性材料与4.0c＝c:1.0sh至1.0c＝c:1.0sh的硫醇当量交联还表明，对于由0.9二醇tmpae分数构成的单一热塑性配置物，在3.0mpa至10.5mpa的范围内控制橡胶态模量。图5(c)示出随着dmpa组成从0.1重量％至10重量％增加三个数量级，光引发剂组成对橡胶态模量的影响近似可忽略，以及图5(d)表明在固化后24h内玻璃化转变和交联密度二者略微增加。图5(e)示出在固化期间随着thf溶剂组成从4％增加到300％，橡胶态模量从10.5mpa降低到3.0mpa。图5(f)示出增加多硫醇交联剂官能度对0.1tmpae二醇组分样品的影响。当硫醇官能度从n＝2增加到6时，橡胶态模量从0.4mpa至4.1mpa增加大概一个数量级。
2.2.实现可调整的玻璃化转变
为了实现对玻璃化转变的合成控制，报道了两种方法。第一，尝试通过改变由低c＝c二醇单体组成(0.10tmpae，0.90二醇)构成的热塑性材料的二醇共聚单体组成来控制tg，如图3所示。替代选择“高tg”和“低tg”二醇以及通过以不同比例混合这样的二醇来移动玻璃化转变，配制0.10tmpae:0.90二醇的tg变化系列以提供增加的网络均匀性和更窄的玻璃化转变宽度。图6(a)和6(b)示出由含有0.10tmpae和不同的0.90二醇共聚单体组分的热塑性材料制备的所有样品的tg为约38℃至70℃，且橡胶态模量大致恒定，为约2.1mpa。在0.10tmpae系列中，对于二乙二醇(deg)共聚单体，观察到38℃的最小tg，对于环己烷二甲醇(chdm)共聚单体，观察到70℃的最大tg。tg宽度较窄，为9℃至12℃(tanδ半高全宽，fwhm)。这种观察到玻璃化转变宽度剧变表明通过改变整个饱和二醇共聚单体组成来改变tg的合成方案是实现高网络均匀性的有效途径。为了提供调整玻璃化转变的第二种方式，由0.9tmpae以及不同比率的hdi和dchmdi二异氰酸酯共聚单体制备一系列热塑性材料。如图6(c)和图6(d)中的dma数据所示，当dchmdi组成从0.0增加到1.0时，tg从56℃升高到105℃，并且该smp系列的橡胶态模量保持大致恒定，为16.4mpa至17.1mpa。tg宽度为6℃至23℃，并且0.5hdi:0.5dchmdi组成(由最不均匀的配方构成)的tg宽度最大。
2.3.形状记忆表征、拉伸测试和生物相容性结果
共价交联的smp体系的一个优点被证明是良好的形状记忆行为，包括在循环测试期间高百分比的可恢复应变和通过改变共价交联密度而可调节的恢复应力。在图7(a)中，示出了经tmptmp交联的(0.3tmpae:0.73-mpd)-共聚-tmhdismp(其在每次循环中经受25％的预应变)的自由应变恢复数据，其示出了在五次应变循环期间，可恢复应变相对于温度的变化。在第1次循环期间，该smp表现出94.5％的可恢复应变，在第2次至第5次循环期间，其可恢复应变接近100％。在图7(b)中，示出了经tmptmp交联的(xtmpae:1-x3-mpd)-共聚-tmhdismp的受限恢复数据，其示出了可恢复应力相对于温度的变化。这些受限恢复数据为经受25％预应变的tmpae组成为0.1、0.3、0.5和0.7的四种样品的，相应橡胶态模量值为1.7mpa、4.5mpa、6.9mpa和8.9mpa，并且相应最大恢复应力值为0.4mpa、0.9mpa、1.2mpa和1.4mpa。增加的橡胶态模量/暗示的增加的交联密度导致恢复应力增加，并且调整交联密度构成用于调整恢复应力的实验证明方法。
通过在t＝t模量损失-10℃下进行实验来获得经tmptmp交联的(xtmpae:1-x3-mpd)-共聚-tmhdi样品的应变失效数据，并提供在图7(c)中。这些拉伸测试实验在之前的研究中被证明代表可比较的脂族聚氨酯的最大韧性状态的温度下进行[24]。选择0.05、0.5和0.9的tmpae组成(其分别表现出0.5mpa、6.9mpa和10.5mpa的橡胶态模量)用于在相对于各材料的通过dma确定的模量损失峰值温度的等效温度下进行应变失效测试。计算0.05tmpae样品的平均韧性为>90.0mj/m3，其在拉伸测试仪的伸展范围内没有断裂，0.5tmpae样品的平均韧性为36.3±3.9mj/m3，并且0.9tmpae样品的平均韧性为20.9±2.1mj/m3。表明韧性随着交联密度增加而降低。
图7(d)中提供了小鼠3t3成纤维细胞在直接接触暴露于经tmptmp交联的(xtmpae:1-x3-mpd)-共聚-tmhdi样品72小时后的细胞存活率数据。tmpae组成为0.05、0.3和0.7的样品表现出93.5±0.7％、93.8±0.8％和93.8±1.9％的72小时平均细胞存活率百分比，然而对照组表现出98.8±0.7％的细胞存活率。
2.4.smp微夹持器装置表征结果
为了在微导管递送血管内装置期间接近卷曲微夹持器/球端组合件可承受的最大力，在如图8(c)中描绘的mts拉伸测试系统中进行拉伸测试实验以测量装置夹持力。使用mts系统的浸没室，在37℃水中对七个装置进行应变失效实验。图8(d)示出了所测试的七个装置各自在失效值下的夹持力的表，并且平均夹持力为1.43±0.37n。
图9(a)和9(b)示出了用于体外微导管递送实验的pdms血管模型的实验设置。为了致动夹持器，使用808nm二极管激光器(jenoptikag,jena,germany)通过光纤以3.1w照射装置，并且图9(c)示出了通过穿过微导管的光纤电缆的激光致动而触发的成功的体外装置配置的图像。使用192ml/分钟的流速在保持37℃的流动回路内进行体外测量。重复该实验五次并且每次实现成功的释放。图9(d)示出了smp微夹持器在没有流动的25℃水性条件下的激光诱导致动的更高分辨率图像，这是使用光学显微镜拍摄的。
在smp形成为管的实施方案中，在释放期间，加热的smp管通过径向伸展和轴向收缩恢复到其原始形状。这种形状变化通过除去加热线圈与smp管部件之间的干扰而实现分离。图10中的时间流逝图像和温度响应曲线示出了在23℃水中成功的装置致动。
在2秒内观察到完全的致动，但是另外施加功率3秒以确保完全释放。在温度响应曲线的d点处植入体被拉离加热器。在移除后，加热器不受干扰，表明完全释放。重要的是应注意，反馈温度不会超过smp的tg，但是许多测试的结论是至少55℃的反馈温度实现足够的装置致动。虽然反馈温度与smp所经受的温度之间存在明显的差异，但是热电偶输出仍是使用者的有用反馈，因为其可以通过综合测试进行标准化。
图10(f)概述了所有测试结果，当开发使以该释放机构递送的装置时，所报道的拉伸强度值可以作为指导。当前设计的直径对我们的测试是可用的，但是最终需要小型化以适应大部分的市售导管。使用较小的热电偶引线和镍铬线可以产生理想的装置尺寸而无需显著改变制造技术。
当热电偶接合部延伸太远到smp管中时，在23℃下释放失败是因为smp管在加热器的远端处不完全致动。在释放期间这种延伸留下少量的干扰，原因是通过焊接接合部传导的热的量不足以在远端处实现smp致动。适当地设置热电偶接合部的协调性制造可以解决该问题。
3.讨论
本文中报道的实施方案涉及材料工程、生物医用材料和医用装置。从材料工程的角度来看，开发表现出高的韧性、可调节的玻璃化转变和交联密度及良好的形状记忆行为的在气氛条件下还具有聚合后交联能力新smp体系的目的是成功的。热机械表征实验表明，通过分别改变二醇和二异氰酸酯单体组分，致动温度(玻璃化转变)可在38℃至70℃和56℃至105℃的范围内进行调节(参见图6(a)、6(b)、6(c)、6(d))。对于二醇共聚单体不同的系列，使用受限恢复形状记忆表征实验表明，通过改变一些合成因子，橡胶态模量可在约0.4mpa至10.4mpa的数量级范围内进行调节，并且表明，控制该最新报道的smp体系的实施方案的交联密度的能力是一种调整恢复应力的成功方法。图2(b)、2(d)和2(f)中的dma数据表明，对于单一热塑性配制物，通过分别改变如下合成条件：c＝c与sh之比、固化时的溶剂组成和多硫醇添加剂官能度，可以在约数量级范围内调整橡胶态模量。在单一热塑性配制物交联时实现多个材料特性的能力是该通用性聚氨酯smp体系的合成优点，因为其在材料工程水平上为医用装置制造过程提供了合成灵活性。然而，重要的是应注意，在热机械数据示于图5(e)中的材料的情况下，通过在固化时改变溶剂组成来控制交联密度的能力可实现，因为反应物的溶剂稀释降低了反应性物质的转化率并有效地使未反应的硫醇保留在最终的交联材料中。一个实施方案使用溶剂稀释作为调整机械特性的方式。
从生物医用材料开发的角度来看，图7(d)中所示的细胞存活率数据提供了报道的smp体系中的多种配制物的生物相容性的证据。经受小鼠3t3成纤维细胞存活率研究的三种配制物由使用1:1的sh与c＝c之比交联的聚合物配制物(其组成在0.05、0.30和0.70c＝c单位/聚合物重复单元的范围内变化)构成。如图5(a)中的dma数据所示，这三种配制物构成0.4mpa至8.9mpa的橡胶态模量变化，并且在与小鼠3t3成纤维细胞的直接接触研究中表明，用于实现交联密度的这种变化的各化学配制物表现出大于90％的细胞存活率。这些发现表明，在72小时暴露过程中，三种smp配制物对该哺乳动物细胞系是无细胞毒性的，因此提供了该类smp可以成为用于制造被设计成用于植入机体内的医用装置的材料体系的证据。
关于本文中报道的激光致动的基于smp的微夹持器装置在文献中报道的更广范围的激光致动smp装置中的显著性，已经报道了许多激光致动的基于smp的医用装置原型，包括smp支架、机械血栓切除术装置、扩散器和栓塞泡沫。在2002年由maitland及同事报道的smp微夹持器之后，设计了本研究中报道的微夹持器装置原型以便于微创递送和释放用于治疗动脉瘤的栓塞线圈并建模。开发新的微夹持器的一个动机是提供改进且更高效的递送动脉瘤阻塞装置的途径。guglielmi可拆式线圈(gdc)(栓塞治疗动脉瘤的临床标准)利用可电解裂解的聚合物桥来使金属线圈与递送电缆分离。单个gdc线圈的分离过程可能需要1分钟至5分钟或更长，并且要阻塞动脉瘤可能需要多达20个线圈。治疗时间延长可能增加患者的许多风险因素，包括暴露于电离辐射增加。maitland2002smp微夹持器和本研究中报道的smp微夹持器二者都表现出10秒或更短的释放时间，因此与gdc线圈的那些相比，提供了在递送时间上的优势。
与maitland2002微夹持器相比，本研究中的装置具有许多优点，包括易于制造。2002装置需要使用氢氟酸从光纤将包覆层蚀刻掉，用环氧树脂浸涂经蚀刻的纤维，喷丸处理环氧树脂以形成漫射表面，以及将smp管粘附在环氧树脂上。需要这些步骤以提高光进入smp管中的耦合效率。相比之下，本研究中的微夹持器需要更少且更容易的步骤进行制造。通过将聚合物直接浇注在smp端上，激光辐射直接耦合到夹持器中，并且不需要另外的技术来引导光进入smp中。由于聚合物的折射率比水的更高，光被以与2002装置相似的方式引导通过smp到卷曲有镍钛诺合金球的远端。为了在流动条件下实现激光诱导加热和各个微夹持器中的smp的致动，使smp掺杂有激光吸收染料。对于本文中报道的各个实施方案，光吸收染料的并入通过在交联之前与热塑性前体和交联添加剂的溶液共混来实现。以本文中报道的方式进行的溶液共混提供均匀分布的功能添加剂(例如光吸收染料颗粒)，并且在激光照射时均匀分布在装置的整个体积上实现均匀加热。其他功能添加剂共混技术(例如溶剂溶胀到网络基体中或热塑性熔化共混)提供较不均匀的添加剂分散。虽然maitland2002和本研究的微夹持器装置二者都利用溶液共混来在整个热塑性聚合物链上分散光吸收染料颗粒，但是本研究中的装置在染料共混之后经受另外的聚合后交联步骤。共价交联将分散的添加剂位置固定在聚合物基体中并减少与热塑性聚合物移动相关的分散颗粒重排。从材料性能的角度来看，与物理交联相比，共价交联通常实现更高完整性的形状记忆行为，因为与物理交联相比，共价交联位点构成更永久的网点。与2002装置相比，在所程序化的几何结构方面，本研究中的装置在延长的储存时间上表现出更好的形状固定性和形状恢复。对于用于制造在使用前可以储存数月或数年的“现成”医用装置的smp材料，在延长的时间框架下保持形状记忆行为的完整性是关键的材料设计准则。
4.结论
本文中提出的实施方案表现出在形状记忆聚合物和硫醇-烯聚合物研究领域的显著进展，同时扮演作为用于生物医学工程和其他应用的材料体系的聚合物体系的实施方案。与已报道的其他形状记忆聚合物体系相比，本文中报道的硫醇-烯交联的聚氨酯smp体系实施方案提供了材料属性(包括高韧性、可调节且窄的玻璃化转变、可调节的形状记忆行为和在气氛条件下进行加工的适合性)的独特共混。与许多先前报道的硫醇-烯聚合物相比，该聚氨酯/聚(硫醚)混合物表现出更高的玻璃化转变和更低的交联密度，这是使用聚合后交联合成方法实现的，该方法还使得能够在气氛条件下将热塑性氨基甲酸酯/多硫醇共混物加工成期望的几何结构。在初步细胞存活率研究中也观察到良好的生物相容性，并且这些机械属性、材料加工能力和生物相容性结果一起支持本文中提出的聚合物体系的实施方案可以用作用于医用装置应用及其他应用的平台smp体系。通过制造用于治疗脑动脉瘤的栓塞线圈微夹持器释放系统表明在医用装置中实施实施方案的可行性，并且该微夹持器装置的简易装置制造过程表明该材料体系可以适用于制造其他医用装置。
5.实验部分
5.1.材料
为了提供调整本研究中的硫醇-烯交联的pusmp体系的交联密度的基于单体的合成方法，从sigmaaldrichcorporation购买烯烃二醇三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae，>98％)和封端剂烯丙醇(aa，>99％)。为了通过改变脂族二醇共聚单体来调整玻璃化转变，从sigmaaldrichcorporation购买二乙二醇(deg，>99％)、3-甲基-戊二醇(3-mpd，>99％)、1,4-丁二醇(1,4-bd，>99％)、2-甲基丙二醇(2-mpd，>99％)、2,2’-二甲基丙二醇(2,2-dmpd，>99％)和1,4-环己烷二甲醇(顺式和反式的混合物，chdm，>99％)。为了通过改变二异氰酸酯单体组成来调整玻璃化转变，从tciamerica购买六亚甲基二异氰酸酯(hdi，>98％)，三甲基六亚甲基二异氰酸酯(tmhdi，>97％)和二环己基甲烷4,4’-二异氰酸酯(dchmdi，>90％)。为了在聚氨酯聚合期间吸收水，从sigmaaldrich购买
5.2.热塑性聚氨酯合成、纯化和溶剂除去
本研究中合成的所有热塑性聚氨酯的配方提供于图3中。在预先火焰干燥的240ml玻璃罐中在约80ml的
5.3.通过凝胶渗透色谱表征热塑性分子量
为了确定所有热塑性聚氨酯配制物的分子量，使用breeze(版本3.30，waters,inc.)软件在配备有在线脱气器、pd2020型双角度(15°和90°)光散射检测器、2414型差动式折光计(waters,inc.)和以下4个串联连接的plgel聚苯乙烯-共聚-二乙烯基苯凝胶柱(polymerlaboratories,inc.)的waterschromatography,inc.的1515等度hplc泵上进行凝胶渗透色谱(gpc)实验：5μmguard(50×7.5mm)、5μmmixedc(300×7.5mm)、5μm104(300×7.5mm)和5μm
5.4.多硫醇和光引发剂溶液共混、膜浇铸和样品固化
为了制备待进行uv固化的热塑性聚氨酯、多硫醇和光引发剂的共混混合物，将约5g各热塑性pu配制物溶解在40ml琥珀色玻璃小瓶中的thf溶液中以提供约0.13g/ml浓度的溶液。然后以特定量向各溶液中添加多硫醇交联剂和光引发剂。除非另有说明，否则使用以下条件：1:1的c＝c与sh之化学计量比、3.0重量％的dmpa光引发剂添加剂组成、24小时的后固化时间、固化时少于4重量％的thf溶剂和选择tmptmp多硫醇。对于除thf不同的系列(对于其，改变thf蒸发时间以提供特定的thf组成)之外的所有系列，在将混合物倾倒入10cm×5cm×5cm的pp容器之后，通过将pp容器置于真空烘箱中，在50℃下在环境压力下使用室内空气吹扫使thf蒸发。通过在将共混溶液倾倒入pp容器中之前和之后及再在thf蒸发之后取pp容器的质量来确定固化时的thf百分比。在uvpcl-1000l交联室中使用365nmuv光照射所有硫醇-烯共混物45分钟，并在uv固化后，在120℃下在1托下将所有样品进行后固化24小时，后固化时间不同的系列的样品(对于其，后固化时间根据指定变化)除外。对于c＝c与sh之化学计量比不同的系列，使用4.0:1.0、2.0:1.0、1.5:1.0和1.0:1.0的c＝c与sh之比。对于光引发剂组成不同的系列，使用0.1重量％、0.5重量％、1.0重量％、3.0重量％和10.0重量％的dmpa组成。对于后固化时间不同的系列，使用0分钟、10分钟、1.5小时、6小时和24小时的后固化时间。对于固化时thf不同的系列，使用固化时300重量％、100重量％、50重量％、25重量％和<4重量％的thf组成。对于多硫醇官能度不同的系列，使用egbmp、tmptmp、petmp和dphmp(分别地，f＝2、3、4和6)。对于二醇共聚单体不同和二异氰酸酯共聚单体比率不同的tg变化系列，分别使用3ti和petmp多硫醇交联剂。在后固化之后，将所有交联膜干燥储存以备将来使用。
5.5.材料表征方法
为了确定在uv固化和后固化之后并入到各网络中的热塑性pu链和多硫醇交联添加剂的百分比，对选择的配制物进行溶胶/凝胶分析实验。一式三份地集合各配制物的约50mg干燥样品并置于20ml玻璃小瓶中，其后以约150:1的溶剂与聚合物质量之比添加thf。将小瓶盖上并使用labconcorapidvap仪器在50℃下以50rpm涡旋48小时h。48小时后，从thf/溶胶级分溶液中移出溶剂溶胀的聚合物样品并置于新的20ml玻璃小瓶中，在1托下在80℃下另外进行干燥48小时，然后再集合以提供足够的质量数据来确定各个经照射的样品的凝胶分数。
为了确定各种样品的关键热机械数据(包括橡胶态模量和玻璃化转变)，对本研究中合成的各种交联样品进行动态力学分析(dma)实验。使用功率设置为15、速度设置为12和通过重复度n＝2的gravographls10040wco2激光加工系统对矩形25.0×4.0×0.4mm样品进行机械加工。使用dma多频/应变模式的tainstrumentsq800动态力学分析仪，采用2℃/分钟的加热速率、0.01n的预载力、0.1％的应变和150％的力跟踪(forcetrack)在1hz下从-20℃至140℃在拉伸下进行dma实验。使用tainstrumentsqseries软件记录dma结果，并使用tainstruments通用分析软件进行分析。
为了确定选择的样品的可恢复应变百分比和恢复应力，使用tainstrumentsq800dma对采用与用于制备上段的dma样品的那些相同的激光加工参数制备的激光加工的25.0×4.0×0.4mm矩形样品进行形状记忆表征实验。在拉伸的dma应变速率模式中，将矩形样品加热到tg+25℃(玻璃化转变由来自先前的dma结果的tanδ的峰值确定)，使其平衡30分钟，然后拉紧至25％、50％或100％的形变。然后将应变样品冷却到0℃并使其另外平衡30分钟。对于用于测量材料的恢复应力的受限恢复实验，保持dma仪器的驱动力，并以2℃/分钟将样品加热到120℃。对于用于测量smp的可恢复应变百分比的自由应变恢复实验，在0℃下平衡之后，将驱动力设置为零，以2℃/分钟将样品再加热到120℃，并使用tainstrumentsqseries软件记录可恢复变形的量，并使用tainstruments通用分析软件进行分析。
进行多温度应变失效实验以确定选择的交联样品的极限拉伸特性和韧性。使用功率设置为15、速度设置为12和通过重复度n＝2的gravographls10040wco2激光加工装置对astmv型狗骨样品进行机械加工。使用400、然后800、然后1200粒度砂纸在边缘周围对所有激光加工的样品进行打磨。使用配备有500n载荷测量元件、1kn高温气动夹具和利用强制对流加热的温度室的instronmodel5965机电螺杆驱动测试框架对选择的样品(n≥5)进行应变失效实验。使用具有60mm视场镜头的instron高级视频伸长计通过跟踪施加到标距长度末端的平行线来光学测量样品的变形。将样品加热到t＝t模量损失峰值-10℃，其对应于在先前实验中观察到的该聚氨酯体系的高韧性的热状态(模量损失峰值温度是根据先前获得的dma数据而确定的)。在零载荷条件下将样品加热，这通过在热平衡期间保持底部夹具松开来实现。将温度保持在目标温度下30分钟以实现热平衡，其后夹紧底部夹具，然后使用10mm/分钟的变形速率开始实验。使用instronbluehill3软件记录数据。
为了确定选择的交联样品的细胞存活率百分比，使用gravographls10040wco2激光加工系统采用前段中指定的激光切割参数来激光切割各种样品的四个9.0×4.0×0.4mm样品(其将经受细胞毒性测试)。在激光加工之后，用肥皂和水洗涤所有样品，用异丙醇冲洗，然后在80℃的真空烘箱中干燥24小时，随后进行eto灭菌。对于细胞培养方案，在37℃和5％co2下在含有10％胎牛血清和1％青霉素/链霉素的dmem中培养小鼠3t3成纤维细胞。用无菌镊子将聚合物样品放置在12孔板中并用500μl培养基覆盖。使细胞胰蛋白酶化，离心并再悬浮在500μl培养基中，其后以约66,000个细胞/cm2的密度将细胞放置在12孔板的各个孔中。在24小时和72小时的时间点，从孔中抽吸出培养基，并向各个孔中添加约500μl钙黄绿素(calcein)am染色溶液，然后在37℃和5％co2下孵育60分钟。钙黄绿素am是一种可渗透细胞的染料，其在活细胞的细胞质中发现的酯酶催化水解时发绿色荧光。死细胞不含催化该反应的活性酯酶，从而不发绿色荧光。在孵育期间，通过用pbs进行稀释来制备5μm双苯甲酰亚胺(bbi，hoechst33258)染色溶液。在成像之前，用pbs洗涤细胞一次，并向各个孔中添加约500μl的bbi溶液，其后在不成像时用铝箔覆盖孔以限制曝光。使用bbi作为核染色剂，其实现未经钙黄绿素am染色的细胞的可视化。这样，将活细胞计数为发绿色荧光的那些，而将死细胞计数为显示核bbi染色(蓝色)而没有钙黄绿素am(绿色)的那些。使各种聚合物配制物的三至四个复制物行成像并按照iso10993第5部分的指导进行分析。以10x放大倍数拍摄各个孔的宽视场荧光图像，并使用imagej计算机软件及其“细胞技术器(cellcounter)”插件分析图像。
5.6。微夹持器装置制造
圆柱状微夹持器
为了制备微夹持器，将1gpu溶解在2gthf中。向添加的thf的一部分中掺杂epolin。调整添加的经掺杂的thf的量以在微夹持器中实现期望重量％(0.15％)的epolin。然后将dmpa和3ti添加到溶解有pu的溶液中。制造由rain-x涂覆的二氧化硅毛细管(id700μm，polymicrotechnologies，phoenix，az)和用于使光纤在夹持器中居中的teflon间隔件构成的模具以实现我们期望的几何结构，如图8(a)所示。制备裂开的光纤顶端(fvp200220240，polymicrotechnologies，phoenix，az)，将其插入到模具中，并将溶解的smp注射到模具的远端，填充管并排出任何气泡。然后使微夹持器uv交联20分钟并在真空下在120℃下进行后固化过夜。在该步骤中，通过蒸发从聚合物中除去溶剂，并且smp从700μm的初始od收缩至我们期望的约450μm的od。在后固化之后，移除模具并检查微夹持器的缺陷，例如气泡、不适当的纤维布置或夹持器内的颗粒。
微夹持器/球端组合件的压接过程示于如图8(b)中。为了将线圈装到微夹持器中，将夹持器放置到id比夹持器的od略大的毛细管中。然后将夹持器加热到高于其tg，并沿轴向用力使线圈的球端进入smp的远端。然后将所有组件冷却到室温，以变形构型固定smp，锁定球端线圈。
电阻式加热器装置制造
该装置由加热器和植入体两个不同部分构成组成。加热器顶端有缠绕在t型热电偶接合部周围的镍铬合金线圈。植入体由程序化的smp管构成，所述smp管用环氧树脂粘合到镍钛诺合金线“模拟装置”。图11描绘了释放机构的各组件部分的解剖。
通过将三根125μm直径的绝缘铜引线和一条125μm的绝缘康铜引线穿过155cm长、305μmid、455μmod的actone电缆管(asahiintecc，japan)制造装置的加热器部分。在装置的远端，将100μm直径的绝缘镍铬合金线成对缠绕在一根铜引线和康铜引线周围，然后使用iweld激光焊接机(laserstartechnologiescorporation，orlando，florida)将它们一起激光焊接在远端以形成t型热电偶接合部。将剩余的引线焊接，用热收缩管加固，并用热电偶连接器装备以形成分开的热电偶和加热回路。
管状微夹持器装置制造
smp管由专用的可聚合后交联的聚氨酯化学物质制造。将热塑性聚合物溶液浸涂到740μmod的teflon涂覆的不锈钢芯棒(mcmastercarr)上，随后进行交联和后固化，得到外径为890μm的smp管。使用q200dsc(tainstruments，newcastle，delaware)确定玻璃化转变温度为63℃。
通过将管加热超过其转变温度，将其拉伸超过350μm钢芯棒，并对其进行限制同时将其冷却到室温来程序化二次smp管几何结构。这样得到延长的且直径比原始管更小的程序化的几何结构。将65μm直径的镍钛诺合金丝(其代表可植入装置的骨架)热处理成发夹环，并使用可uv固化的环氧树脂将其粘在smp管部分的内部。
为了完成释放机构，使用machinesolutions(flagstaff，arizona)sc150加热的压接头(设置为75℃)将smp管的从环氧树脂粘合剂突出的部分压接在缠绕的镍铬合金线圈上。将压接机冷却到室温，接着移出最终装置。
管状微夹持器装置表征
通过在23℃水中的致动来验证释放装置原型。使用agilentu3606a电源作为恒定电流源来加热装置。施加300ma至350ma的电流(产生4瓦特的平均功率)来对配置提供足够的加热。通过装备具有ni9211daq组件和labview(nationalinstruments，austin，texas)的热电偶监测温度。
在室温水中进行验证之后，在37℃的体外流动回路中对释放装置进行测试。通过500μmidteflon管模拟微导管将装置引入到系统中。在动态缩放到我们的流动系统(226ml/分钟)的模拟颈总动脉峰值流速下配置装置。
使用配备有50n载荷测量元件、气动夹具和温度室的instron5965框架确定释放机构的拉伸强度。在37℃下使各个装置平衡15分钟，随后以1mm/分钟加载直到装置失效。装置的拉伸强度被定义为峰值负载力。
5.7.圆柱状微夹持器装置表征
为了提供关于压接的微夹持器/球端组合件在微导管递送血管内装置期间的夹持强度能力的指示数据，使用拉伸测试实验确定压接的组合件的最大夹持力。如图8(c)所示，使用mts拉伸测试系统建立并进行这些实验。使用mts系统的浸没室，在37℃的水中对7个压接的装置进行应变失效实验。另外地，为了显示成功的装置配置的概念证据，使用图6(a)和6(b)所示的实验装置在保持37℃的流动回路中并采用190ml/分钟的流速(其与体内所见到的流速相似)进行体外测量。为了致动夹持器，使用808nm二极管激光器(jenoptikag，jena，germany)通过光纤将约3.1w的激光照射传送到夹持器约5秒。使5个压接的装置经历这些体外激光致动配置以测试一致性释放。
上述参考文献如下：
[1]w.smalliv，p.singhal，t.s.wilson和d.j.maitland.j.mater.chem.2010，20，3356.[2]d.l.safranski，k.e.smith和k.gall.polym.rev.2013，53，76.[3]t.ware，d.simon，k.hearon，c.liu，s.shah，j.reeder，n.khodaparast，m.p.kilgard，d.j.maitland，r.l.rennaker和w.e.voit.macromol.mater.eng.2012，297，1193.[4]k.k.julich-gruner，c.
以下实施例涉及另外的实施方案。
实例1包括一种聚合物组合物，所述聚合物组合物包含聚合物链，所述聚合物链具有形状记忆特性并且具有沿所述聚合物链基本上规律地间隔开的可交联烯烃基团，所述聚合物组合物在用多硫醇交联剂通过硫醇-烯加成进行交联时形成具有形状记忆特性的热固性聚合物。
在实例2中，实例1的主题可以任选地包括其中所得的热固性聚合物为聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)。
在实例3中，实例1的主题可以任选地其中所得的热固性聚合物为聚(硫醚-共聚-酯)。
在实例4中，实例1至3的主题可以任选地包括其中所得的热固性聚合物为聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)和聚(硫醚-共聚-酯)的共混物。
关于实例2、3和4，氨基甲酸酯具有良好的机械特性，产生较强的装置。聚酯使得能够以机械完整性降低的折衷来实现生物降解。各个实施方案包括不同的酯/氨基甲酸酯比率。
在实例5中，实例1至4的主题可以任选地包括选自以下的至少一种单体：六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(tmhdi)、二环己基甲烷4，4’-二异氰酸酯(dchmdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、2-丁烯-1，4-二醇(2-but)、二乙二醇(deg)、二乙醇胺(dea)、4-二甲基氨基吡啶(dmap)、三乙胺(tea)、烯丙醇(aa)、三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae)、3-甲基-1，5-戊二醇(3-mpd)、二乙二醇(deg)、3-甲基-戊二醇(3-mpd)、1,4-丁二醇(1,4-bd)、2-甲基丙二醇(2-mpd)、2,2’-二甲基丙二醇(2,2-dmpd)和1,4-环己烷二甲醇(chdm)。
在一个实施方案中，tmpae用于制造热塑性材料，并且提供一种将侧链双键并入到热塑性聚氨酯中的便宜高效方式。
一种实施方法，包括首先制备热塑性材料，然后使用所述热塑性材料制备多种装置形状，然后使所述多种装置形状交联成热固性材料。多种最终产物(适用于植入人体)包含热固性材料。
在实例6中，实例5的主题可以任选地包括三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae)。
在实例7中，实例1的主题可以任选地包括三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae)。
在实例8中，实例1至7的主题可以任选地包括，其中多硫醇交联剂选自乙二醇双(3-巯基丙酸酯)(egbmp)、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)(dphmp)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(tmptmp)、三[2-(3-巯基丙酰氧基)乙基]异氰脲酸酯(3ti)和季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(petmp)。
在实例9中，实例1至8的主题可以任选地包括，其中通过uv光引发剂引发硫醇-烯反应。
在一个实施方案中，残余光引发剂留在最终产物聚合物中。
在实例10中，实例1至9的主题可以任选地包括玻璃化转变温度为30℃和105℃的聚合物组合物。
在实例11中，实例1至10的主题可以任选地包括玻璃化转变温度宽度小于20℃的聚合物组合物。
实例10和11的最终产物是可检测的。这些实施例是有利的，原因是在本文中所述的其他特性之上，本领域普通技术人员在获得窄的玻璃化转变方面面临很大的困难，因为窄的玻璃化转变需要显著的网络均匀性。所列范围30℃至105℃的tg在生物医学应用中具有很大的实用性，特别地，原因是大部分tg在暴露于机体中的水分之后会下降。如背景文本中所述，许多硫醇-烯网络的tg低于25℃，或者，如果tg对于生物医学应用而言足够高，则其是脆性的。
在实例12中，实例1至11的主题可以任选地包括其中通过以下工艺的一种或组合将聚合物制造成多孔结构或泡沫：冷冻干燥、高反相乳液发泡、物理吹塑、利用固体或液体成孔剂的孔模板化(poretemplating)、溶液纺丝、立体光刻图案化、微挤出或墨笔印刷(inkpenprinting)、基于3d微点的印刷、激光加工、电纺丝、冷冻凝胶化和超临界气体发泡。
实例13包括制造具有形状记忆特性的聚合物制品的方法，包括形成具有形状记忆特性的热塑性线性或支化线性聚合物，将聚合物加工成一定形状，使聚合物固化或交联以形成具有装置形状且成永久形状的热固性聚合物，并且可以通过在热固性聚合物的致动转变之上的温度下施加应力或应变来将其制成获得稳定的二次形状，然后在冷却到其转变温度之下的温度时保持在二次形状。
在实例14中，实例13的主题可以任选地包括其中热塑性聚合物加工选自溶液浇铸、溶液纺丝、浸涂、热成形、压缩成型、注射成型、挤出和膜吹塑。
在一个实例中，本文中所列的数据确定最终产物是否由合成方法的一个实施方案(例如，图1)制造。例如，通过图1制造的最终产物可以通过具有相当形状记忆特性(例如，tg在引述范围30℃至105℃内，具有相当急剧的转变)的硫醚共氨基甲酸酯(可使用ftir检测)来证明。
一个实例包括一种实现其他smp不能使用的加工技术(即，热塑性技术)的工艺和合成方法。在一个实施方案中，最终产物(热固性材料)具有优异的机械特性。一个实施例包括对最终产物的一般要求，所述最终产物包括在为smp的热固性材料(聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯))的类别中。先前对于热固性装置不可得的tg范围、转变宽度和机械特性及复杂形状对于这些热固性装置是可能的(考虑到硫醇烯材料通常具有低于可用于医用smp的范围的tg(例如，25℃))。
一个实例包括图12所示的硫醇-烯点击反应。可以用电子束辐射引发硫醇烯反应。
实例1’包括一种热塑性聚氨酯形状记忆聚合物组合物，其中热塑性聚氨酯形状记忆聚合物包含(a)多元醇和(b)二异氰酸酯的反应产物。
在实例2’中，实例1’的主题可以任选地包括其中多元醇为二醇。
在实例3’中，实例1’至2’的主题可以任选地包括其中二醇为c＝c二醇。
在实例4’中，实例1’至3’的主题可以任选地包括其中多元醇选自三羟甲基丙烷烯丙基醚、二乙二醇、3-甲基-戊二醇、1,4-丁二醇、2-甲基丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、及其组合。
在实例5’中，实例1’至4’的主题可以任选地包括其中二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、和二环己基甲烷4,4’-二异氰酸酯、及其组合。
在实例6’中，实例1’至5’的主题可以任选地包括包含至少一种交联剂。
在实例7’中，实例1’至6’的主题可以任选地包括其中交联剂为多硫醇。
在实例8’中，实例1’至7’的主题可以任选地包括其中多硫醇选自乙二醇双(3-巯基丙酸酯)、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、三[2-(3-巯基丙酰氧基)乙基]异氰脲酸酯、和季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、及其组合。
在实例9’中，实例1’至8’的主题可以任选地包括其中多元醇与二异氰酸酯之比为约1:1。
在实例10’中，实例1’至9’的主题可以任选地包括其中交联剂与存在于聚合物中的二醇之比为1:1。
在实例11’中，实例1’至10’的主题可以任选地包括聚合物自身可以固有的光活化发色团、非固有的光活化发色团掺杂剂或导热掺杂剂之一，其中掺杂剂均匀地分散在整个聚合物中。
在实例12’中，实例1’至11’的主题可以任选地包括其中掺杂剂选自激光吸收染料、激光吸收颗粒、光漫射颗粒、或其组合。
在实例13’中，实例1’至12’的主题可以任选地包括其中使用的激光波长与聚合物的吸收光谱重叠。
在实例14’中，实例1’至13’的主题可以任选地包括其中通过改变多元醇和二异氰酸酯的浓度，形状记忆聚合物表现出38℃至105℃的热触发温度。
实例15’包括一种制造热塑性聚氨酯形状记忆聚合物组合物的方法，包括以下步骤：将多元醇单体与二异氰酸酯单体混合；引发单体的聚合以形成聚合物；任选地将聚合物与交联剂和光活化或导热掺杂剂共混；用uv光照射经共混的聚合物以引发交联；以及使经交联的聚合物固化。
在实例16’中，实例15’的主题可以任选地包括其中热塑性聚氨酯形状记忆聚合物组合物形成为在血管内装置或致动装置的顶端上的圆柱体。
在实例17’中，实例15’至16’的主题可以任选地包括其中致动装置为光纤、光纤扩散器或电阻式加热器。
在实例18’中，实例15至17’的主题可以任选地包括其中热塑性聚氨酯形状记忆聚合物组合物形成为管。
在实例19’中，实例15’至18’的主题可以任选地包括其中管被设置成伸长的二次成形形状。
在实例20’中，实例15’至19的主题可以可选地包括其中将伸长的成形形状粘附在血管内装置或致动装置的顶端上。
实例21’包括一种使用微致动器递送血管内装置的方法，包括以下步骤：沿轴向将血管内装置或致动装置压接到微致动器中或者将血管内装置压接到微致动器侧壁上；将压接的组件输送到对象的需要区域；将掺杂剂活化以加热微致动器并使微致动器的形状发生变化；以及由于微致动器的形状变化而使装置从微致动器上释放。
实例22’包括一种使用微致动器递送血管内装置的方法，包括以下步骤：将活化或血管内装置插入到微致动器腔中；沿径向压接微致动器，适当地将装置固定在腔内；将压接的组件输送到对象的需要区域；将掺杂剂活化来加热微致动器以使微致动器的形状发生变化；以及由于微致动器的形状变化而使装置从微致动器上释放。
在实例23’中，实例21’至22’的主题可以任选地包括其中通过激光辐射将交联的热塑性形状记忆聚合物微致动器或掺杂剂活化。
在实例24中，实例21至23的主题可以任选地包括其中通过电阻式加热器的传导加热将交联的热塑性形状记忆聚合物微致动器或掺杂剂活化。
电阻式加热器可以由以指定间距围绕芯线缠绕且间隔缠绕成如下的高电阻线构成：电阻线成对或单电阻线接地到芯线丝。在一个实施方案中，周围缠绕有电阻线的内芯由一根或多根线构成。芯线可以并入绝缘热电偶引线，其中热电偶接合部位于芯的远端或沿轴向长度的特定点处。
在实例24’中，实例21’至24’的主题可以任选地包括在活化装置与血管内装置间切割孔以使空气栓塞的风险最小化。
实例1a包括一种聚合物组合物，其包含：沿着聚合物链基本上规律地间隔开的可交联烯烃基团；和多硫醇交联剂，其中所述组合物是热塑性的并被配置成通过硫醇-烯反应使烯烃基团与多硫醇交联剂交联来形成具有形状记忆特性的热固性聚合物。
在实例2a中，实例1a的主题可以任选地包括其中热固性聚合物为聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)。
在实例3a中，实例1a至2a的主题可以任选包括其中热固性聚合物为聚(硫醚-共聚-酯)。
在实例4a中，实例1a至3a的主题可以任选地包括其中热固性聚合物包含聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)和聚(硫醚-共聚-酯)。
在实例5a中，实例1a至4a的主题可以任选地包括选自以下的至少一种单体：六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(tmhdi)、二环己基甲烷4,4’-二异氰酸酯(dchmdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、2-丁烯-1,4-二醇(2-but)、二乙二醇(deg)、二乙醇胺(dea)、4-二甲基氨基吡啶(dmap)、三乙胺(tea)、烯丙醇(aa)、三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae)、3-甲基-1,5-戊二醇(3-mpd)、二乙二醇(deg)、3-甲基-戊二醇(3-mpd)、1,4-丁二醇(1,4-bd)、2-甲基丙二醇(2-mpd)、2,2’-二甲基丙二醇(2,2-dmpd)、和1,4-环己烷二甲醇(chdm)、及其组合。
在实施例6a中，实施例1a至5a的主题可以任选包括三羟甲基丙烷烯丙基醚(tmpae)。
在实例7a中，实例1a至6a的主题可以任选地包括其中多硫醇交联剂选自乙二醇双(3-巯基丙酸酯)(egbmp)、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)(dphmp)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(tmptmp)、三[2-(3-巯基丙酰氧基)乙基]异氰脲酸酯(3ti)、和季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(petmp)、及其组合。
在实例8a中，实例1a至7a的主题可以任选地包括引发剂，所述引发剂包括uv光引发剂或热引发剂中的至少一种，其中引发剂被配置成引发形成热固性聚合物的硫醇-烯反应。
实例9a包括一种制造聚氨酯形状记忆聚合物组合物的方法，包括以下步骤：将多元醇单体与二异氰酸酯单体混合；引发多元醇和二异氰酸酯单体的聚合以形成热塑性聚合物；将聚合物与多硫醇交联剂和引发剂掺杂剂共混；用光和热中的至少一种引发聚合物的交联以形成交联聚合物；以及使交联聚合物固化以形成热固性聚合物。
在实例10a中，实例9a的主题可以任选地包括通过以下的一种或更多种工艺将热固性聚合物制造成多孔结构：冷冻干燥、高反相乳液发泡、物理吹塑、利用固体或液体成孔剂的孔模板化、溶液纺丝、立体光刻图案化、微挤出或墨笔印刷、基于3d微点的印刷、激光加工、电纺丝、冷冻凝胶化和超临界气体发泡。
在实例11a中，实例9a至10a的主题可以任选地包括其中掺杂剂是光激活的和热引发的中的至少一种，并且所述方法包括用uv光照射或加热经共混的聚合物以形成交联聚合物。
在实例12a中，实例9a至11a的主题可以任选地包括使用选自以下的方法对热塑性聚合物进行加工：溶液浇铸、溶液纺丝、浸涂、热成形、压缩成型、注射成型、挤出和膜吹塑。
实例13a包括一种装置，其包括：包含聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)和聚(硫醚-共聚-酯)中的至少一种的硫醇-烯交联的热固性形状记忆聚合物(smp)；其中smp包括近端部分、远端部分及连接近端部分与远端部分的中间部分；其中smp包含均匀地分布在近端、中间和远端部分中的第一添加剂。
在实例14a中，实例13的主题可以任选地包括其中第一添加剂包括光引发剂和热引发剂中的至少一种。
在实例15a中，实例13a至14a的主题可以任选地包括其中smp包含均匀地分布在近端、中间和远端部分中的第二添加剂，并且第二添加剂包括激光吸收染料、激光吸收颗粒、光漫射颗粒、不透射线颗粒、蛋白质和治疗剂中的至少一种。
在实例16a中，实例14a至15a的主题可以任选地包括其中：第一添加剂均匀地以第一浓度存在于近端部分中，以第二浓度存在于中间部分中，并以第三浓度存在于远端部分中；以及第一浓度、第二浓度和第三浓度一般彼此相等。
在实例17a中，实例13a至16a的主题可以任选地包括其中第一添加剂包含激光吸收染料、激光吸收颗粒和光漫射颗粒中的至少一种。
在实例18a中，实例13a至17a的主题可以任选地包括其中smp具有可调节的玻璃化转变(tg)。
在实例19a中，实例13a至18a的主题可以任选地包括其中smp包含聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)但不含聚(硫醚-共聚-酯)。
在实例20a中，实例13a至19a的主题可以任选地包括其中smp包含聚(硫醚-共聚-酯)但不含聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)。
在实例21a中，实例13a至20a的主题可以任选地包括其中smp包含聚(硫醚-共聚-氨基甲酸酯)和聚(硫醚-共聚-酯)。
在实例22a中，实例13a至21a的主题可以任选地包括其中smp是共价交联的。
虽然在本文中有时smp的实施方案被用于生物医学应用中，但是这样的实施方案不限于此，并且可以包括在各种应用中，包括但不限于航空航天应用等，其中smp用于减震、绝缘、可展开结构、温度指示器/热开关等。
出于说明和描述的目的，已经给出了对本发明的实施方案的前述描述。这不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以理解，根据上述教导，可进行许多修改和变型。本领域的技术人员将认识到附图中所示的各个组件的各种等效组合和替换。因此，本发明的范围旨在不受该详述说明书限制，而是由所附权利要求书限制。
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