具有多峰孔分布的微粒的制作方法
【专利说明】具有多峰孔分布的微粒
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2013年8月9日提交的序列号为61/863, 947的美国临时申请的优 先权，将其全部内容引入本文作为参考。
[0003] 发明背景
[0004] 出于各种目的，多孔微粒被用于多种应用中。例如，微粒通常被用于递送活性剂， 如润肤剂、香料、遮光剂、驱虫剂、抗微生物剂、消炎药、药物化合物等。微粒也可以用作用于 支撑细胞生长和组织再生的支架或框架。无论具体的应用如何，已经做出各种尝试以在这 样的颗粒内产生多峰的（multimodal)孔分布，从而提高它们的功能。例如，Liu的美国专利 公开2011/0212179描述了多峰的多孔微粒作为支架结构的用途。该微粒含有尺寸为约50 至500微米的较大的孔和尺寸小于20微米的较小的孔。类似的结构描述于Levene等人的 第6, 377, 198号美国专利，其描述了具有基本上连续的聚合相的多孔支架，其具有高度互 连的、多峰分布的在上述范围内的圆形大孔和小孔。据说较大的孔为支架内功能组织的形 成提供足够开放的空间，而据说较小的孔形成较大的孔之间的通道，从而提高细胞与细胞 的接触、营养物和氧向细胞的扩散、代谢废料从细胞的去除和表面图案化以帮助引导细胞。
[0005] 不幸地，这样的多孔微粒的共同的难题之一是它们是通过高度复杂且低效的加工 步骤形成的。例如，Uii的微粒由包括以下步骤的方法形成：形成基础聚合物在溶剂混合 物（例如，1，4_二氧六环和水）中的均质溶液，向所述溶液添加大孔隙的间隔材料（例如， NaCl)，将溶液滴骤冷以使基础聚合物固化成颗粒形式，从骤冷装置提取颗粒，以及然后将 大孔隙的间隔材料从颗粒洗除。除了需要多步骤的洗涤、过滤、干燥等之外，这样的技术还 要求使用通常不期望的挥发性溶剂。
[0006] 因此，目前需要用于形成多孔微粒的改进的技术。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个实施方案，公开了包含聚合物材料的微粒。所述聚合物材料由 含有连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包含基体聚合物。微米包含物添加剂和纳米 包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相中。进一步地，材料中限定了含有多个 纳米孔和微米孔的多孔网络。
[0008] 根据本发明的另一个实施方案，公开了一种形成微粒的方法，所述方法包括熔 融共混基体聚合物、微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以形成热塑性组合物，其中 所述组合物含有分散在连续相内的微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂的离散区域， 所述连续相包含基体聚合物；由热塑性组合物形成聚合物材料；使所述聚合物材料变形 (straining)以得到含有多个纳米孔和微米孔的多孔网络；和将变形的聚合物材料转化成 微粒。
[0009] 下面更详细讨论本发明的其它特征和方面。
[0010] 附图的简要说明
[0011] 参照附图，在说明书的其余部分中，更具体地阐述针对本领域普通技术人员而言 包括其最佳实施方式的本发明的完整且能够实现的公开内容，其中：
[0012] 图1-2是实施例1的颗粒的SEM显微照片，其中颗粒在图1中以100X显示，而在 图2中以1000X显示；
[0013] 图3-4是实施例2的未拉伸的膜的SEM显微照片，其中，图3中在垂直于机器方向 上切割膜，而图4中在平行于机器方向上切割膜；
[0014] 图5-6是实施例2的拉伸的膜的SEM显微照片（平行于机器方向上切割膜）；
[0015] 图7-8是实施例3的未拉伸的膜的SEM显微照片，其中，图7中垂直于机器方向上 切割膜，而图8中平行于机器方向上切割膜；和
[0016] 图9-10是实施例3的拉伸的膜的SEM显微照片（平行于机器方向上切割膜）。
[0017] 在本说明书和附图中重复使用的参考标记意在表示本发明的相同或相似的特征 或元件。
[0018] 代表性实施方案的详细描述
[0019] 宙义
[0020] 如本文中所使用的，术语"给予（administer) "、"给予（administration) "和"给 予（administering)" 一般是指将物质递送到受试者的行为，例如通过，但不限于肺部（如 吸入）、粘膜（如鼻内）、皮内、静脉内、动脉内、胆囊内、眼内、骨内、肌肉递送和/或本文所 描述的或本领域已知的任何其它物理递送方法。当疾病或其症状正在被治疗或以其它方式 管理时，物质的给予通常发生在该疾病或其症状开始之后。当疾病或其症状正在被预防时， 物质的给予通常发生在该疾病或其症状开始之前。在某些实施方案中，这样的给予导致被 递送的物质接触靶区域（例如，组织或器官）。
[0021] 如本文中所使用的，术语"管理（manage) "、"管理（managing) "和"管理 (management) "一般是指受试者得自治疗的有益效果，该治疗不导致感染的治愈。在某些实 施方案中，例如，受试者被给予一种或多种治疗来管理某一给定的疾病或与其相关的一种 或多种症状，从而阻止该疾病的发展或恶化。
[0022] 如本文中所使用的，术语"受试者"可以包括哺乳动物，例如非灵长类动物（如， 牛、猪、马、猫、狗、鼠、兔子等）或灵长类动物（如，猴子和人）。在某些实施方案中，受试者 是人。
[0023] 如本文中所使用的，术语"组织构建"、"组织生成"、"组织工程"和"组织修复"是可 交换地使用的，并且一般是指与组织的愈合、生长、再生长或情况改变相关的方法或事件。 组织可以包括，但不限于肌肉组织、结缔组织、脂肪和神经组织。适合用于本文中提供的治 疗和管理方法的组织缺损可以包括但不限于受试者的心脏、冠状血管、血管、脊髓、骨骼、软 骨、肌腱、韧带、乳腺、肝脏、胆囊、胆道、胰腺、肠组织、泌尿系统、皮肤、疝气和牙组织中的缺 损。
[0024] 如本文中所使用的，术语"治疗（treat) "、"治疗（treatment) "和"治疗 (treating) "一般是指减少或改善疾病或其症状的发展、严重度和/或持续时间。
[0025] 详细描沐
[0026] 现在将详细地参考本发明的各种实施方案，在下文阐明其一个或多个实施例。每 个实施例以解释本发明而非限制本发明的方式提供。实际上，在不脱离本发明的范围或精 神的情况下，可以在本发明中做出各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易 见的。例如，作为一个实施方案的部分而举例说明或描述的特征可以用于另一个实施方案， 从而产生又一个实施方案。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内 的这样的修改和变化。。
[0027] -般而言，本发明涉及具有多峰孔尺寸分布的微粒，其可以根据具体应用提供各 种不同的益处。当作为支架结构使用时，例如，微米孔可以增强支架内功能组织的形成，同 时纳米孔可以帮助提高细胞与细胞的接触、营养物和氧向细胞的扩散、代谢废料从细胞的 去除和表面图案化以帮助引导细胞。多峰孔分布也可以改善体内穿过颗粒或在颗粒周围的 血流动力学，以及降低由颗粒引起的血流阻力、湍流和压差，从而降低灌注梯度和血块的潜 在形成（血栓形成）。多峰分布还可以提供微米孔内的细胞隔离的场所、粘附场所、固定场 所或分化场所，同时保持借由微米孔或纳米孔的通过颗粒的灌注。
[0028] 同样地，当在活性剂的递送中使用时，微粒也可以允许调节该试剂的递送速率，以 用于特定用途。例如，通过微米孔的活性剂的流动速率倾向于比通过纳米孔的更大。因此， 不同等级的孔尺寸的存在可以帮助产生释放分布，在该释放分布中，部分活性剂可以通过 微米孔相对快地被释放，而另一部分活性剂可以更慢地经过纳米孔，使得活性剂在延长的 时间期间内递送。然而，多孔网络不是不同类型孔的简单组合。反而，由于高度的复杂性和 总孔体积，多孔网络可以形成弯曲的路径，该弯曲的路径甚至进一步增强在延长的时间期 间内可控地递送活性剂的能力。
[0029] 显著地，可以形成本发明的独特的多孔网络，而不需要传统上使用的用于形成多 孔微粒的复杂技术和溶剂化学。反而，所述微粒含有由热塑性组合物形成的聚合物材料，其 仅仅变形至某一程度以实现期望的多孔网络结构。更具体地，用于形成聚合物材料的热塑 性组合物含有分散在连续相内的微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂，所述连续相包含 基体聚合物。一般选择添加剂，使得它们与基体聚合物部分地不相容（例如，不同的弹性模 量）。以这样的方式，微米包含物和纳米包含物添加剂可以分别作为离散的微米级和纳米级 相区域分散在连续相内。当受到形变应变时，在区域处和周围可以产生应力强度区，其位置 取决于添加剂的具体性质。当包含物添加剂具有比基体聚合物更高的模量时，例如，最大应 力强度区位于区域的极点处，并且在施加应力的方向对齐。由微米包含物添加剂产生的应 力强度区与可以与由纳米包含物添加剂产生的应力强度区重叠。以这样的方式，在包含物 边界处和包含物边界周围可以出现局部应力的显著增加（即，应力加强），而位于微米包含 物添加剂的应力强度区中的较小的纳米包含物添加剂展现出最大的应力加强。本发明人已 经发现，该应力加强现象可以引发包含物添加剂处或周围的、受控的且层叠的剥离和孔形 成的过程，其开始于展现大的应力加强的较小的纳米包含物区域，并随着外部施加的应力 的增加扩散到较大的微米包含物区域。此外，由于孔位于邻近离散区域处，可以在孔的边界 之间形成桥，所述桥充当内部结构枢纽以帮助阻止孔塌陷。
[0030] 可以引发孔形成的层叠方式允许具有期望的多峰分布的多孔网络的形成。例如， 可以在微米包含物区域处和/或周围形成多个微米孔，所述微米孔的平均横截面尺寸（例 如宽度或直径）为约〇. 5至约30微米，在一些实施方案中约1至约20微米，以及在一些实 施方案中约2微米至约15微米。另外，可以在第二区域处和/或周围形成多个纳米孔，所 述纳米孔的平均横截面尺寸（例如宽度或直径）为约1至约500纳米，在一些实施方案中 约2至约450纳米，以及在一些实施方案中约5至约400纳米。应当理解的是，在以上说明 的一般范围之内可以存在多个亚型的孔。在某些实施方案中，例如，可以形成第一纳米孔， 其平均横截面尺寸为约50至约500纳米，在一些实施方案中约60至约450纳米，以及在一 些实施方案中约100至约400纳米，同时可以形成第二纳米孔，其平均横截面尺寸为约1至 约50纳米，在一些实施方案中约2至约45纳米，以及在一些实施方案中约5至约40纳米。
[0031] 微米孔和/或纳米孔可以具有任意规则或不规则的形状，例如，球形的、伸长的 等，以及也可以具有约1至约30的纵横比（轴向尺寸与横截面尺寸的比率），在一些实施方 案中约I. 1至约15,以及在一些实施方案中约1. 2至约5。在给定的单位体积的材料内由 微米孔和纳米孔占据的平均体积百分数也可以为约15%至约80%/cm3，在一些实施方案中 约20 %至约70%，以及在一些实施方案中约30 %至约60 %每立方厘米材料。在某些情况 下，纳米孔可以以相对高的量存在。例如，纳米孔可以占聚合物材料中总的孔体积的约15 体积％至约99体积％，在一些实施方案中约20体积％至95体积％，以及在一些实施方案 中约40体积％至约90体积％。同样地，微米孔可以占聚合物材料中总的孔体积的约1体 积％至约85体积％，在一些实施方案中约5体积％至80体积％，以及在一些实施方案中约 10体积％至约60体积％。
[0032] 孔（例如，微米孔、纳米孔或两者）也可以以基本上均匀的方式分布在整个材料 中。例如，孔可以以列分布，所述列一般在垂直于应力施加方向的方向上取向。这些列一般 可以跨材料的宽度彼此平行。不希望受理论限制，相信这样的均匀分布的多孔网络的存在 甚至可以进一步提高微粒的性能，例如，通过增强它们可控地释放活性剂的能力。
[0033] 现将更详细地描述本发明的各种实施方案。
[0034] I.热塑件组合物
[0035] A.基体聚合物
[0036] 如上所述，热塑性组合物含有连续相，微米包含物和纳米包含物添加剂分散在连 续相内。连续相含有一种或多种基体聚合物，其通常占热塑性聚合物的约60wt. %至约 99wt. %，在一些实施方案中约75wt. %至约98wt. %，以及在一些实施方案中约80wt. %至 约95wt. %。用于形成连续相的基体聚合物（多种基体聚合物）的性质不是关键的，一般可 以采用任意适合的聚合物，例如，聚酯、聚烯烃、苯乙烯聚合物、聚酰胺等。在某些实施方案 中，例如，聚酯可以用在组合物中以形成聚合物基体。一般可以采用各种聚酯的任意一种， 例如，脂肪族聚酯，如聚己内酯、聚酯酰胺、聚乳酸（PLA)及其共聚物、聚乙醇酸、聚碳酸亚 烷基酯（例如，聚碳酸亚乙酯）、聚3-羟基丁酸酯（PHB)、聚3-羟基戊酸酯（PHV)、聚（3-羟 基丁酸酯-c 〇-4-羟基丁酸酯）、聚（3-羟基丁酸酯-C〇-3-羟基戊酸酯）共聚物（PHBV)、聚 (3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯）、聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基辛酸酯）、聚（3-羟基 丁酸酯-c 〇-3-羟基癸酸酯）、聚（3-羟基丁酸酯-C〇-3-羟基十八烷酸酯）和基于丁二酸酯 的脂肪族聚合物（例如，聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯 等）；脂肪族-芳香族共聚酯（例如，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸 乙二醇酯、聚己二酸间苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸间苯二甲酸丁二醇酯等）；芳香族聚酯 (例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等），等等。
[0037] 在某些情况下，热塑性组合物可以含有至少一种性质上是刚性的聚酯并因此具有 相对高的玻璃化转变温度。例如，玻璃化转变温度（"Tg"）可以为约0°C或更高，在一些实 施方案中约5°C至约100°C，在一些实施方案中约30°C至约80°C，以及在一些实施方案中约 50°C至约75°C。聚酯的熔融温度也可以为约140°C至约300°C，在一些实施方案中约150°C 至约250°C，以及在一些实施方案中约160°C至约220°C。可以根据ASTM D-3417使用差示 扫描量热法（"DSC"）测定熔融温度。可以根据ASTM E1640-09通过动态力学分析测定玻 璃化转变温度。
[0038] -种特别适合的刚性聚酯为聚乳酸，聚乳酸一般可以衍生自乳酸的任何异构体的 单体单元，如左旋乳酸（"L-乳酸"）、右旋乳酸（"D-乳酸"）、内消旋乳酸或其混合物。单 体单元也可以由乳酸的任何异构体的酸酐形成，包括L-丙交酯、D-丙交酯、内消旋丙交酯 或其混合物。也可以使用这样的乳酸和/或丙交酯的环状二聚体。可以使用任何已知的聚 合方法如缩聚或开环聚合来聚合乳酸。也可以使用少量的扩链剂（例如，二异氰酸酯化合 物、环氧化合物或酸酐）。聚乳酸可以为均聚物或共聚物，例如，含有衍生自L-乳酸的单体 单元和衍生自D-乳酸的单体单元的那些。虽然不要求，但是衍生自L-乳酸的单体单元和 衍生自D-乳酸的单体单元之一的含量比率优选为约85摩尔％或更高，在一些实施方案中 约90摩尔％或更高，以及在一些实施方案中约95摩尔％或更高。可以将多种聚乳酸以任 意百分比共混，各种聚乳酸具有不同的衍生自L-乳酸的单体单元与衍生自D-乳酸的单体 单元的比率。当然，也可以将聚乳酸与其它种类的聚合物（如聚烯烃、聚酯等）共混。
[0039] 在一个具体实施方案中，聚乳酸具有以下的通式结构：
[0041] 可以用于本发明中的适合的聚乳酸聚合物的一个具体实例可以商购自Krailling 的Biomer，Inc(德国），名称为BIOMER? L9000。其它适合的聚乳酸聚合物可商购自 明尼苏达州明尼阿波里斯市的Natureworks LLC ( NATUREWORKS'$))或Mitsui Chemical (LACE