CN105102501B - 用于生物医学应用的维生素功能化的形成凝胶的嵌段共聚物 - Google Patents

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Abstract

制备形成凝胶的嵌段共聚物，其包含i)主要由二价聚氧化乙烯链构成的中心亲水嵌段和ii)两个外周单碳酸酯或聚碳酸酯疏水嵌段。疏水嵌段包含一个或多个载有维生素的亚单位。所述载有维生素的亚单位包含碳酸酯骨架部分，以及含有共价键合形式的维生素的侧链。可将形成凝胶的嵌段共聚物用于制备各种可生物降解和/或生物相容的水凝胶和有机凝胶药物组合物，特别是抗微生物和/或抗肿瘤药物组合物。水凝胶组合物可适合于贮库注射。用含有抗微生物阳离子聚合物和抗微生物化合物的组合物，观察到对微生物毒性的协同增加。

Description

用于生物医学应用的维生素功能化的形成凝胶的嵌段共聚物
合作研究协议各方
本发明是在国际商业机器公司和新加坡科技研究局的合作研究协议下作出的。
背景
由合成聚合物自组装产生的水凝胶和有机凝胶具有作为用于巨大范围的药品、化妆品和膳食产品的递送基质的无穷潜能。聚合物化学的新进展已使聚合物能以良好控制的组成和结构合成。通过下述联合机制的一种或其组合：疏水相互作用、离子相互作用、氢键、大分子的物理缠结和基质的化学交联，极多样的正交功能化策略还允许所述聚合物的胶凝化，以及容纳药物的有效负载。
利用“ABA”-型三嵌段共聚物，已经配制许多物理凝胶系统，并且可用亲水或疏水的“A”或“B”构成嵌段(constituent block)设计聚合的两亲化合物。由于聚乙二醇的生物相容性和无毒性，许多所述系统使用聚乙二醇(PEG)作为不带电荷的亲水构成嵌段。对于疏水部分，一些常选的嵌段是聚(L-丙交酯)(PLLA)、聚(D-丙交酯)(PDLA)、聚(乙交酯)(PGA)和聚(己内酯)(PCL)，其可被制备为中间的“B”嵌段(例如PEG-b-PGA-b-PEG)或者作为末端“A”嵌段(例如PLLA-b-PEG-b-PLLA)。含有PLLA和PDLA的聚合物的对映体三嵌段共聚物的含水混合物还可产生通过立体络合形成的物理凝胶。
根据所用的分散介质，可将聚合物凝胶系统广泛地分为有机凝胶或水凝胶。有机凝胶具有有机液相，其被自组装聚合物链的缠绕纤维的3D物理交联网状结构固定。可将各种有机材料用于制备液相(例如有机溶剂、矿物油、植物油及其组合)。有机凝胶主要用于化妆品/膳食应用，并相对明显更少量的有机凝胶正在进行作为药物/疫苗递送基质的评价。这主要由于对于凝胶形成聚合物及其降解产物的毒性和生物相容性可获取的信息量不足。虽然如此，当毒性的担心被克服时，由于典型有机凝胶的提高的皮肤渗透性能，有机凝胶具有用作局部制剂的潜能。施用的备选模式包括口服和透粘膜以及皮下贮库注射(depotinjection)。文中，贮库是可将物质(例如药物)蓄积、存放或贮存的体面积，并且物质可从所述体面积分配。贮库注射是以下形式的物质的注射：其趋向于使物质保持在注射位点或注射位点附近，以便吸收在延长的时段进行。
相对于有机凝胶系统，在水中制备的水凝胶被更广泛研究。对于形成水凝胶，多数常用的形成水凝胶的“ABA”型三嵌段共聚物(例如PLLA-b-PEG-b-PLLA和PCL-b-PEG-b-PCL)需要高的聚合物浓度和疏水内含物。例如，对于胶凝化，含有17wt.％-37wt.％的丙交酯含量的(PLLA-b-PEG-b-PLLA)需要最小浓度大约16wt.％的三嵌段共聚物。在体内降解时，所述高比率的疏水组分可产生不良生理作用。因此，需要的是研发可在低浓度形成水凝胶的聚合物材料。
根据2008年世界卫生组织(WHO)的调查，乳腺癌占所有癌症(排除非黑色素瘤皮肤癌)的22.9％，且其世界范围的死亡率是大约13.7％。在欧洲，乳腺癌的发生率甚至更高，达到28％。根据肿瘤的大小、生长阶段和速率以及类型，乳腺癌的治疗可以变化。目前，存在三种主要类型的辅助或手术后治疗。这些包括激素封闭疗法、化学疗法和单克隆抗体(mAbs)疗法。后者涉及mAbs的应用，通过诱导、提高或抑制免疫反应，以靶向对于疾病治疗而言的特异性的细胞或蛋白质。其可以与激素封闭疗法或化学疗法联合使用，以提高癌症治疗的效率。
研究已显示人表皮生长因子受体2(HER2)基因在20％-25％的侵袭性乳腺癌中是增加或过表达的。与HER2-阴性乳腺癌相比，这些HER2-阳性乳腺癌具有显著更低的存活率。所述HER2-阳性乳腺癌最可能显示无限制的细胞生长和分裂，由此增加癌症发生的机率。赫赛汀(Herceptin)是重组人源化mAb，其可选择性结合至HER2蛋白质，由此调控其他不受控制的癌细胞生长。其也是美国食品与药品管理局(FDA)-批准的用于治疗HER2-阳性乳腺癌的治疗剂。静脉内施用是在大多数临床中当前的赫赛汀递送方式。然而，许多争论围绕关于持续时间和剂量的最佳递送方式。最近，F Hoffmann-La Roche报道涉及在患有HER2-阳性乳腺癌患者中皮下(相对于静脉内)施用(新)佐药((neo)adjuvant)赫赛汀的3期临床试验(HannaH研究)。所述制剂包含固定剂量的赫赛汀和重组人透明质酸酶(rHuPH-20)、一类临时降解皮下位置间质透明质酸的酶(作为辅药)。研究发现赫赛汀皮下递送的疗效与传统静脉内途径相当，但是所述治疗具有下述优点：提高的患者便利、更好的顺应性、减少的药物制备时间和优化医学资源。
上述阐明存在对更有效药物和抗生素制剂的持续需求。更具体地讲，需要用于提高癌症治疗中使用的皮下治疗的疗效的制剂。
简述
因此，公开了药物组合物，其包含：
大约4wt.％至大约10wt.％的形成凝胶的嵌段共聚物；
溶剂；和
大约0.0001wt.％至大约10wt.％的药物；
其中
形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有大约100至大约600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至大约10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团；
且其中
重量百分比(wt.％)基于药物组合物的总重，
药物组合物是由溶剂中的嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，且
药物包含于凝胶中。
还公开的是抗微生物药物组合物，其包含：
大约4wt.％至大约10wt.％的形成凝胶的嵌段共聚物；
溶剂；和
大约0.0001wt.％至大约10wt.％的抗微生物阳离子聚碳酸酯(第一种药物)；
其中
形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有大约100至大约600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至大约10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团；
且其中
重量百分比(wt.％)基于抗微生物药物组合物的总重，
抗微生物药物组合物是由溶剂中的形成凝胶的嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，且
抗微生物阳离子聚碳酸酯包含于凝胶中。
还公开了用于杀灭微生物的水溶液，其包含：
大约0.0001wt.％至大约10wt.％的抗微生物阳离子聚碳酸酯(第一种药物)；和
大约0.0001wt.％至大约10wt.％的抗微生物化合物(第二种药物)；
其中
重量百分比(wt.％)基于水溶液的总重，
第一种药物和第二种药物在水溶液中通过非共价键相互作用而联合。
还公开了形成凝胶的嵌段共聚物，其具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有大约100至大约600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至大约10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团。
从下文详细的描述、附图和所附的权利要求书，本领域技术人员将理解和了解本发明的上述和其他特征与优点。
附图简述
图1A是显示空白水凝胶贮能(G’)与损失(G”)模量的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％至8wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(分别是实施例15和实施例16)。文中，重量百分比(wt.％)是基于水凝胶的总重，除非另外说明。
图1B是显示空白水凝胶贮能(G’)与损失(G”)模量的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％至8wt.％的VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(分别是实施例17和实施例18)。
图1C是显示空白水凝胶的粘度对剪切速率的依赖的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％至8wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(分别是实施例15和实施例16)。
图1D是显示空白水凝胶的粘度对剪切速率的依赖的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％至8wt.％的VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(分别是实施例17和实施例18)。
图1E是显示空白有机凝胶的粘度对剪切速率的依赖的图，所述空白有机凝胶在KOLLIPHOR RH40中含有10wt.％的VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和10wt.％的VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5有机凝胶(分别是实施例19和实施例20)。
图2是显示含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的空白水凝胶实施例15，以及含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1wt.％赫赛汀的载有赫赛汀的水凝胶实施例24的动态步阶应变振幅测试(γ＝0.2或100％)。
图3A和3B是含有4wt.％(实施例15)和8wt.％(实施例16)VitE1.25-(PEG20k)-VitE1.25的低温固定的(cryo-fixed)空白水凝胶的扫描电子显微照片(SEM)图像。
图3C和3D是含有4wt.％(实施例17)和8wt.％(实施例18)VitE2.5-(PEG20k)-VitE2.5的低温固定的空白水凝胶的扫描电子显微照片(SEM)图像。
图4A是显示从负载的水凝胶的烟酸钠释放率的图：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠的实施例21(菱形)，和
b)含有8wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠的实施例22(圆形)，和
c)含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和0.3wt.％烟酸钠的实施例23(三角形)。
图4B是显示从负载的水凝胶的赫赛汀释放率的图：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀的实施例24，和
b)含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和1.0wt.％赫赛汀的实施例25。
图4C是显示自从机凝胶的多西环素(DXY)释放率的图：
a)加有和不加脂肪酶的包含10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和1.0wt.％多西环素的实施例26，和
b)加有和不加脂肪酶的包含10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5和1.0wt.％多西环素的实施例27。
图5是显示用空白水凝胶实施例15和16(分别含有4wt.％和8wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25，灰色棒)，以及空白水凝胶实施例17和18(分别含有4wt.％和8wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5，黑色棒)处理细胞后，存活的人皮肤成纤维细胞(HDF)的百分比的棒图。
图6是显示用空白有机凝胶实施例19(含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5)、负载多西环素的水凝胶实施例26(含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和1wt.％多西环素)、空白有机凝胶实施例20(含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5)以及负载多西环素的水凝胶实施例27(含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5和1wt.％多西环素)处理细胞后，存活的人皮肤成纤维细胞(HDF)的百分比的棒图。
图7是显示用下述水凝胶或溶液处理细胞后，作为赫赛汀浓度的函数的存活的HER2/neu-过表达人乳腺癌BT474细胞的百分比的棒图：
(a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理48小时，
(b)赫赛汀溶液，处理48小时，
(c)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理120小时，和
(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度完成。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。
图8是显示当用下述水凝胶或溶液处理后，作为赫赛汀浓度的函数的MCF7细胞存活力的棒图：
(a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理48小时，
(b)赫赛汀溶液，处理48小时，
(c)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理120小时，和
(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度完成。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。
图9是显示当用下述水凝胶或溶液处理后，作为赫赛汀浓度的函数的人皮肤成纤维细胞(HDF)存活力的棒图：
(a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理48小时，
(b)赫赛汀溶液，处理48小时，
(c)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的负载赫赛汀的水凝胶，处理120小时，和
(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度完成。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。
图10是用空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)治疗后，注射后1、2、4和6周时回收的CD45和苏木精/曙红(H&E)染色小鼠组织的一系列光学显微照片。箭头表示水凝胶存在的区域。在第6周，水凝胶大多数降解，且不能清楚地鉴定。比例尺表示200微米。
图11是一系列小鼠绘图，其显示历经13天的一段时间，荷有BT474-肿瘤的小鼠体内，ALEXA FLUOR 790-标记的赫赛汀的生物分布。用三种方式，向小鼠递送赫赛汀一次：i)利用皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)(“负载赫赛汀的水凝胶，S.C.”)，ii)静脉内递送的赫赛汀溶液(“赫赛汀溶液，I.V.”)，和iii)皮下递送的赫赛汀溶液(“赫赛汀溶液，S.C.”)。在第13天，将小鼠处死，切出与药物清除和代谢相关的器官以及肿瘤组织，并成像。从左侧：肝、脾、肺、肾、肿瘤。
图12A是利用各种赫赛汀制剂一次注射后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的体重变化的图，所述赫赛汀制剂包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶”)、静脉内递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(IV，30mg/kg，一次"))、皮下递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(SC，30mg/kg，一次"))以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“赫赛汀Gel(SC，30mg/kg，一次”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。
图12B是利用各种赫赛汀制剂一次注射后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤大小变化的图，所述赫赛汀制剂包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶”)、静脉内递送的赫赛汀溶液(“赫赛汀Sol(IV，30mg/kg，一次”))、皮下递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(SC，30mg/kg，一次"))以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“赫赛汀凝胶(SC，30mg/kg，一次”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。
图13是一系列显微照片，其显示利用各种赫赛汀制剂一次注射后，在第28天，末端脱氧核苷酸转移酶dUTP切口末端标记(TUNEL)染色后，荷有BT474-肿瘤小鼠的肿瘤细胞，所述制剂赫赛汀包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶(S.C.)”)、静脉内递送的赫赛汀溶液(“Her Sol(I.V.)“)、皮下递送的赫赛汀溶液(“Her Sol(S.C."))，以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“Her Gel(S.C.”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。刻度尺表示100微米。不论所用的制剂，用赫赛汀治疗的肿瘤细胞主要是细胞凋亡，表明抗肿瘤机制是基于赫赛汀-诱导的凋亡。
图14A和14B是显示与皮下递送一次的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)(“赫赛汀凝胶(SC，40mg/kg，一次”)相比，静脉内(“赫赛汀Sol(IV，4x 10mg/kg，一周一次”)和皮下(“赫赛汀Sol(IV，4x 10mg/kg，一周一次”)递送的赫赛汀溶液的四次每周一次施用后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤大小(图14A)和体重(图14B)变化的图。各组中赫赛汀的总剂量是40mg/kg。
图15是一系列显微照片，其显示根据上面对于图14A和14B中所述的赫赛汀溶液和负载赫赛汀的水凝胶注射后第28天，TUNEL染色后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤细胞。静脉内递送的赫赛汀溶液被标记“Her Sol(I.V.，每周一次”)。皮下递送的赫赛汀溶液被标记“Her Sol(S.C.，每周一次)”。皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)被标记“Her Gel(S.C.，一次)”。每周一次完成赫赛汀溶液注射，而负载赫赛汀的水凝胶(SC)是在治疗的第一天注射一次。总剂量是40mg/kg。比例尺表示100微米。
图16是如上面图15中所述的每周一次完成的赫赛汀溶液制剂(静脉内和皮下)注射后以及负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)在治疗第一天皮下注射一次后第28天，H&E染色后，小鼠心脏、肺、肝和肾细胞的一系列显微照片。比例尺表示100微米。
图17A是负载阳离子聚合物的水凝胶实施例28(在HPLC级水中含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30))和实施例29(在HPLC级水中含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％阳离子聚合物VE/PrBr(1:30))的G’值的棒图。还显示的是空白水凝胶实施例15(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)。
图17B是粘度对图17A的负载阳离子的水凝胶剪切力性质的图。
图18A-18C是显示负载阳离子聚合物的水凝胶分别对金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠杆菌(E.coli)和白色念珠菌(C.albicans)杀伤效率的棒图，所述水凝胶含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和各种浓度的VE/BnCl(1:30)或VE/PrBr(1:30)。水平轴上聚合物浓度指阳离子聚合物。
图19是显示用下述有机凝胶处理大肠杆菌18小时后，存活细菌的菌落形成单位(CFU)数量的棒图：
a)空白有机凝胶实施例19(“6.5VE-PEG20k-6.5VE”)，
b)空白有机凝胶实施例20(“8.5VE-PEG20k-8.5VE”)
c)负载多西环素的有机凝胶实施例26(“6.5VE-PEG20k-6.5VE 1wt.％DXY”)，和
d)负载多西环素的有机凝胶实施例27(“8.5VE-PEG20k-8.5VE 1wt.％DXY”)。
图20是显示三种溶液对白色念珠菌杀伤效率的棒图：
a)对于白色念珠菌在1.0MIC(250ppm)的单独的VE/PrBr(1:15)，
b)用0.5MIC(125ppm)VE/PrBr(1:15)和氟康唑(2.5ppm)制备的VE/PrBr(1:15)/氟康唑溶液，和
c)单独的氟康唑(5.0ppm)。MIC指阳离子聚合物的最小抑制浓度。
图21是显示与经溶液递送的单独的VE/PrBr(1:15)和单独的氟康唑对抗白色念珠菌相比，VE/PrBr(1:15)/氟康唑组合的协同作用的等效图。协同作用是通过位于加和线的左侧药物组合剂量表示的，如三角形内侧的正方形所示。
图22是比较下述水凝胶对白色念珠菌的杀伤效率的棒图：
(a)负载氟康唑的水凝胶实施例30(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.05wt.％氟康唑)，其以500mg/L负载的水凝胶浓度使用
(b)负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例31(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0156wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.001wt.％氟康唑)，其以氟康唑浓度＝10mg/L和VE/BnCl(1:30)浓度＝156mg/L(0.5MBC)使用，和
(c)负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例32(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0078wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.004wt.％氟康唑)，其以氟康唑浓度＝40mg/L和VE/BnCl(1:30)浓度＝78mg/L(0.25MBC)使用。MBC指最低杀菌浓度。
图23是显示自负载氟康唑的水凝胶实施例43和负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例44得到的氟康唑的释放率的图，所述实施例43含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.05wt.％氟康唑(上面的曲线)；所述实施例44含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.3wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.3wt.％氟康唑(下面的曲线)。
图24是显示当经水凝胶递送时，对于最小杀菌活性的VE/BnCl(1:30)和氟康唑的组合的协同作用的等效图。对于各负载的水凝胶，通过位于加和线左侧的药物组合剂量显示阳离子聚合物和氟康唑的协同作用，如三角形内侧的正方形所示。上面的正方形相应于含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0156wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.001wt.％氟康唑的实施例31。底部正方形相应于含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0078wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.004wt.％氟康唑的实施例32。
图25是显示载有阳离子聚合物/多西环素(DXY)的水凝胶对铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)的杀伤效率的棒图。用VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、DXY以及阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)制备分别含有2.5ppm/15.6ppm(实施例33)、5ppm/15.6ppm(实施例34)、1ppm/31.2ppm(实施例35)和2.5ppm/31.2ppm(实施例36)的DXY/VE/BnCl(1:30)比例的四种负载的水凝胶。在利用1ppm-5ppm DXY的DXY载荷和15ppm-31ppm的VE/BnCl(1:30)载荷时，杀伤效率是100％。
图26是显示当通过负载的水凝胶实施例33和实施例35递送时，阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和多西环素(DXY)抗铜绿假单胞菌的协同作用的等效图，所述协同作用通过加和线左侧的组合剂量表示，如三角形内部的正方形所示。左侧正方形对应于实施例35，右侧正方形对应于实施例33。图26显示在非常低的多西环素浓度，药物组合是有效的。
图27A和27B是显示利用下述水凝胶分别降低金黄色葡萄球菌生物膜的代谢活性和生物量的棒图：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的空白水凝胶实施例15，
b)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)，和
c)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)。以抗金黄色葡萄球菌的最小杀菌浓度(MBC)将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)负载到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(4wt.％)水凝胶中。
图28A和28B是显示利用下述水凝胶，分别降低大肠杆菌生物膜的代谢活性和生物量的棒图：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的空白水凝胶实施例15，
b)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)，和
c)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)。以抗大肠杆菌的最小杀菌浓度(MBC)将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)负载到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(4wt.％)水凝胶中。
图29A和29B是显示利用下述水凝胶，分别降低白色念珠菌生物膜的代谢活性和生物量的棒图：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的空白水凝胶实施例15，
b)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)，和
c)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)。以抗白色念珠菌的最小杀菌浓度(MBC)将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)负载到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(4wt.％)水凝胶中。
图30是用下述水凝胶处理后，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌生物膜的一系列SEM图像：
a)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的空白水凝胶实施例15，
b)负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)，和
c)含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)的实施例38.。
详述
公开了形成凝胶的嵌段共聚物，其包含i)中心亲水嵌段，ii)分别连接至亲水嵌段末端的两个外周疏水嵌段和iii)分别连接至疏水嵌段末端的两个末端基团。亲水嵌段主要由具有大约100至大约600聚合度(DP)的二价聚氧化乙烯链构成。各疏水嵌段可以是单碳酸酯或含有1个至大约10个碳酸酯亚单位的聚碳酸酯，其包含共价键合形式的维生素。所述碳酸酯亚单位在文中称作载有维生素的亚单位。载有维生素的亚单位包含碳酸酯骨架以及载有共价键合形式的维生素的侧链。末端基团选自氢和C1-C15基团。
疏水嵌段可包含任选的第二碳酸酯亚单位，其可作为载有维生素的亚单位的稀释剂和/或提供另外的功能(例如含有电荷的胺或羧酸基团)，用于提高形成凝胶的嵌段共聚物的有效负载能力和/或生物活性性质。在一优选的实施方案中，形成凝胶的嵌段共聚物是无电荷的。在另一实施方案中，各疏水嵌段主要由1个至大约4个载有维生素的亚单位构成，并且各末端基团是氢。
下文进一步描述的形成凝胶的嵌段共聚物和抗微生物阳离子聚合物可以是可生物降解的。术语“可生物降解的”由美国试验与材料协会(American Society for Testingand Materials)定义为由生物活性尤其是酶作用引起的降解，这导致材料化学结构的显著变化。在文中对于此目的，根据ASTM D6400，如果180天内材料进行60％生物降解，材料是“可生物降解的”。在本文中，如果材料可由酶催化的反应降解(例如解聚)，材料是“酶促可生物降解的”。
形成凝胶的嵌段共聚物和抗微生物阳离子聚合物可以是生物相容的。在文中，将“生物相容的”材料定义为能在具体应用中实现适当宿主反应的材料。
形成凝胶的嵌段共聚物可在大约20℃至大约40℃的温度下，以大约4wt.％或更多、优选大约4wt.％至大约10wt.％(基于包括溶剂的凝胶的总重)的形成凝胶的嵌段共聚物浓度，在溶剂中形成凝胶。通过调整形成凝胶的嵌段共聚物结构和/或浓度，以储能模量(G’)表示的物理凝胶的刚度可以在大约300帕斯卡(Pa)至大约12,000Pa变化。溶剂可以是水、有机溶剂或其混合物。有机溶剂包括在标准温度和压力下，挥发性的有机液体(例如乙醇)，以及具有低挥发性或无挥发性的有机液体(例如矿物油、植物油)。
文中，“凝胶”意指“水凝胶和/或有机凝胶”，除非另外说明。通过形成凝胶的嵌段共聚物的聚合物链在特定溶剂中的非共价相互作用，形成凝胶。凝胶网状结构由这些聚合物链的物理交连构成。凝胶可作为递送各种医药学上有用物质包括一种或多种药物的基质，可将所述物质物理装载到凝胶中。在本文中，“药物”可以是美国食品、药品和化妆品法案公认或确定的可用公开的凝胶有效配制并提供有效的治疗用途的任何物质。药物包括用于诊断、治疗和/或预防疾病和/或治疗伤口的物质。药物还包括局部施用的化妆品和整容外科产品中使用的物质。药物还包括膳食制品例如维生素。药物还包括如果用于治疗的活细胞。优选将药物包含于凝胶中，而不是共价连接至形成凝胶的嵌段共聚物。药物可以溶解或分散于凝胶基质中。
药物可以是天然产生或合成的化合物，天然生产或合成的聚合物，或上述物质的组合。非限制性的示例性天然产生的化合物包括紫杉醇、青蒿素、生物碱类、萜类、植物甾醇类、天然酚类、环孢素、洛伐他汀、吗啡、奎宁、筒箭毒碱、尼古丁、毒蕈碱、阿司利辛、eleutherobin、discodermolide、苔藓抑素、dolostatin、cephalostatins和维生素。示例性合成化合物包括抗微生物药物头孢菌素类、四环素类、氨基糖苷类、利福霉素类、氯霉素、氟康唑和多西环素。示例性天然产生的聚合物包括基因、核苷酸、蛋白质和肽。示例性合成聚合物包括抗微生物阳离子聚碳酸酯，以及利用基因工程技术人工生产的单克隆抗体。
文中，将维生素定义为对于生物体的正常代谢微量必需且通常不能在体内合成的一类有机化合物中的任何一种。示例性维生素包括维生素A(视黄醇)、维生素B1(硫胺素)、维生素B2(核黄素)、维生素B3(尼克酸)、维生素B5(泛酸)、维生素B6(吡多辛)、维生素B7(生物素)、维生素B9(叶酸)、维生素B12(钴胺素)、β-胡萝卜素、维生素C(抗坏血酸)、维生素D化合物(其包括维生素D1(钙化醇)、维生素D2(麦角钙化醇)和/或维生素D3(胆骨化醇))、维生素E化合物(其包括α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、α-生育三烯酸、β-生育三烯酸、γ-生育三烯酸和/或δ-生育三烯酸)和维生素K1(叶绿醌)。
负载的凝胶(loaded gel)(还称作药物组合物)包含溶剂，大约4wt.％至大约10wt.％形成凝胶的嵌段共聚物，以及大约0.0001wt.％至大约10wt.％的药物，更尤其是大约0.0001wt.％至大约2wt.％的药物，并甚至更尤其是大约0.0001wt.％至大约1wt.％的药物。例如，负载的凝胶可含有适合于治疗癌症的抗肿瘤药物。作为另一个示例，负载的凝胶可含有抗微生物阳离子聚合物(第一种药物)。抗微生物阳离子聚合物可以是同聚物、随机共聚物、嵌段共聚物、星形聚合物、含有交联微凝胶体核的星形聚合物、树状聚合物或者上述聚合物类型的组合。优选地，抗微生物阳离子聚合物是一种或多种下文进一步描述的阳离子聚合物，其是阳离子聚碳酸酯。优选将抗微生物阳离子聚碳酸酯包含于凝胶中，而没有共价键合至形成凝胶的嵌段共聚物。负载的凝胶还包含抗微生物化合物(第二种药物)例如氟康唑，其适合于根除生物膜。负载的凝胶可包含一种或多种药物，其在凝胶中通过非共价相互作用而联合。负载的凝胶提供用于控制药物释放率，并将药物局限于施用位置或注射位置的邻近的手段，由此提高药物的功效。
可通过各种类型的注射包括真皮内、皮下、肌内、静脉内、骨内和/或腹膜内注射，递送负载的凝胶组合物。可将负载的凝胶局部施用至皮肤表面(例如用于生物活性物质的透皮递送)和/或施用至其他身体表面包括眼睛和体腔内。还可将负载的凝胶施用至伤口。
用于负载的凝胶的溶剂可以是水和/或有机溶剂。有机溶剂的非限制性示例是KOLLIPHOR RH40(BASF的注册商标)。KOLLIPHOR RH40还称作PEG-40蓖麻油，其是非离子型聚乙氧基化的清洁剂。
形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有大约100至大约600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至大约10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团。
优选地，载有维生素的亚单位是无电荷的。在一实施方案中，各Pa主要由1个至大约10个载有维生素的亚单位构成。在另一实施方案中，各K'是O。
载有维生素亚单位的Pa可具有根据式(2)的结构：
其中
碳酸酯骨架原子是1-6个，
Ld是单键或者含有1个至大约15个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正数，
t'是具有0-2的值的正数，和
t和t'不能都是0。
文中，标有星号的键(*——)表示与化学结构的另一部分的连接点。
更具体的载有维生素的亚单位包含共价键合形式的维生素，所述维生素选自维生素D化合物、维生素E化合物及其组合。
还更具体的载有维生素的亚单位包含共价键合形式的维生素，所述维生素选自α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、α-生育三烯酸、β-生育三烯酸、γ-生育三烯酸、δ-生育三烯酸及其组合。
甚至更具体的载有维生素的亚单位包含碳酸酯骨架部分，以及连接至骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的α-生育酚(一种维生素E化合物)：
一种已知的抗氧化剂。向A嵌段引入疏水α-生育酚基团，对胶凝化的阈浓度和水凝胶的流变性质具有显著影响。并且，α-生育酚和聚乙二醇(PEG)是生物相容的和FDA-批准的化合物，在评价其在药物应用中的用途时，所述赋予水凝胶系统增加的优点。
共价键合形式的维生素可以作为单一立体异构体或者立体异构体的混合物存在。
Za和Zb是独立的末端基团。在一实施方案中，Za和Zb各自是酰基基团(例如乙酰基、苯甲酰基)。在另一实施方案中，Za是氢且Zb是氢。
更具体的载有维生素的亚单位具有根据式(3)的结构：
其中
Le是单键或者含有1个至大约14个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，且
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团。
在一实施方案中，Le含有1个至大约10个碳。
另一个更具体的载有维生素的亚单位具有根据式(4)的结构：
其中
Lf是单键或者含有1个至大约14个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，且
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团。
在一实施方案中，Lf含有1个至大约10个碳。
更具体的形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1-A)的结构：
其中
在各碳酸酯亚单位中，碳酸酯骨架原子被编号为1-6，
d'是具有大约100至大约600的值的正数，
各m'是具有2至大约20的值的独立的正数，
各Ld独立地是单键或者含有1个至大约15个碳的二价连接基团，
各V'是含有共价键合形式的维生素的独立基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有碳酸酯亚单位具有t＝0且t'＝0，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团。
在一实施方案中，各R'是氢，各R"是甲基或乙基，各t'是1，各t”是1，Za是氢，且Zb是氢。
甚至更具体的形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1-B)的结构：
其中
在各碳酸酯亚单位中，碳酸酯骨架原子被编号为1-6，
d'是具有大约100至大约600的值的值的正数，
各m'是具有2至大约20的值的独立正数，
各Le独立地是单键或者含有1个至大约15个碳的二价连接基团，
各V'是含有共价键合形式的维生素的独立基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至大约15个碳的基团。
在一实施方案中，各R"是甲基或乙基，Za是氢，且Zb是氢。
制备形成凝胶的嵌段共聚物的优选方法利用环状碳酸酯单体的有机催化的(organocatalyzed)开环聚合，所述环状碳酸酯单体含有共价键合形式的维生素，称作载有维生素的单体。可利用具有大约5000至大约25,000、更特别是10,000至大约20,000的数量平均分子量(Mn)的聚乙二醇(PEG)启动所述开环聚合。载有维生素的单体还可用于制备下文进一步描述的抗微生物阳离子共聚物。
载有维生素的单体可具有根据式(5)的结构：
其中
环原子以编号1-6显示，
Ld是单键或者含有1个至大约15个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，且
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，且
t和t'不能都是0。
在一实施方案中，t和t'各自是1，在碳4的各R'是氢，在碳6的各R'是氢，并且在碳5的R”选自氢、甲基和乙基。
式(5)的环状碳酸酯单体可以是立体特异性或非立体特异性的。
式(5)的载有维生素单体的开环聚合产生上文也描述的式(2)含有载有维生素亚单位的起始聚碳酸酯。
载有维生素的单体可具有式(6)：
其中
环原子5被标记，
Le是单键或者含有1个至大约14个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，且
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团。
式(6)的载有维生素单体的开环聚合产生还在上文描述的式(3)的含有载有维生素亚单位的起始聚碳酸酯。
式(6)的示范性化合物是MTC-VitE：
其含有悬挂的α-生育酚基基团。MTC-VitE进行开环聚合，形成具有下述结构的碳酸酯亚单位：
式(6)另一个化合物是MTC-VitD2，其具有结构：
其含有悬挂的麦角钙化醇基。MTC-VitD2进行开环聚合，形成具有下述结构的碳酸酯亚单位：
载有维生素的单体可具有式(7)结构：
其中
环原子被显示编号1-6，
Lf是单键或者含有1个至大约14个碳的二价连接基团，
V'是共价键合形式的维生素，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，且
t和t'不能都是0。
式(7)的载有维生素单体的开环聚合产生也在上文描述的式(4)的含有载有维生素亚单位的起始聚碳酸酯。
在下面部分描述几种优选类型的抗微生物阳离子聚合物。
具有一个聚合物链的(单臂的)抗微生物阳离子聚合物
第一种抗微生物阳离子聚合物具有根据式(8)的结构：
Z'-P'-Z” (8)，
其中
Z'是一价C1-C15第一末端基团，其中Z'连接至P'的骨架羰基基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
P'是聚合物链，其主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)P'具有大约5至大约45的聚合度(DP)，ii)各个阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物链的骨架部分，以及连接至骨架部分的C6-C25阳离子侧链，和iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
大约25％至大约100％的阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链，和
大约0％至大约75％的阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6个至大约12个碳的阳离子侧链。
Z'可以是含有1-15个碳的任何适当的末端基团。Z'包含氧、氮或硫杂原子，其分别以碳酸酯、氨基甲酸酯或硫代碳酸酯基团的形式连接至P'的骨架羰基。Z'可以是用于形成阳离子聚合物的开环聚合中使用的引发剂的残基。在一实施方案中，Z'是共价键合形式的C1-C15化合物。在另一实施方案中，Z'是C1-C15烷氧基或芳基氧基基团。
优选地，Z"连接至P'的骨架氧。当Z”是氢时，阳离子聚合物具有末端羟基基团。当Z”不是氢时，Z”可以是含有1-15个碳的任何适当的末端基团。在一实施方案中，Z"是共价键合形式的C1-C15化合物。在另一实施方案中，Z"是C1-C15酰基基团。
第一阳离子碳酸酯亚单位优选包含具有13个至大约20个碳，甚至更优选15个至大约20个碳的阳离子侧链。
在一实施方案中，P'主要由25mol％至大约75mol％的第一阳离子碳酸酯亚单位和大约75mol％至大约25mol％的第二阳离子碳酸酯亚单位构成。在另一实施方案中，P'主要由25mol％至大约50mol％的第一阳离子碳酸酯亚单位和大约75mol％至大约25mol％的第二阳离子碳酸酯亚单位构成。
阳离子碳酸酯亚单位可以具有根据式(9)的结构：
其中
La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，
t和t'不能都是0，且
X'是带负电荷的离子。
标星号的键是与聚合物结构的其它部分的连接点。在式(9)中，阳离子碳酸酯亚单位的聚合物骨架原子被标记1-6。在所述情况下，阳离子侧链基团连接至亚单位的骨架碳5。在一实施方案中，t和t'都是1，各R'是氢，且R"是甲基或乙基。
在其阳离子碳酸酯亚单位具有式(9)结构的式(8)的阳离子聚合物中，第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
更具体的阳离子亚单位具有根据式(10)的结构：
其中
Lb-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C5-C24阳离子基团，其中Lb是含有至少2个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且Ra包含至少1个碳，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，且
X'是带负电荷的离子。
在所述情况下，阳离子侧链基团是C(＝O)O-Lb-Q'(Ra)u'，并且C(＝O)O-Lb相应于式(9)的二价连接基团La。阳离子侧链连接至标记5的骨架碳。
在其阳离子碳酸酯亚单位是式(10)的式(8)的阳离子聚合物中，第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链C(＝O)O-Lb-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链C(＝O)O-Lb-Q'(Ra)u'。
另一个更具体的阳离子亚单位具有根据式(11)的结构：
其中
Lc-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C5-C24阳离子基团，其中Lc是含有至少2个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，且各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1个至6个碳的烷基基团，且X'是带负电荷的离子。
在所述情况下，阳离子侧链基团是N(H)C(＝O)O-Lc-Q'(Ra)u'，并且N(H)C(＝O)O-Lc相应于式(9)的二价连接基团La。阳离子侧链连接至标记5的骨架碳。丝氨醇和/或苏氨醇(threoninol)提供用于形成式(11)的亚单位的有用的原料。
在其阳离子碳酸酯亚单位是式(11)的式(8)的阳离子聚合物中，第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链N(H)C(＝O)O-Lc-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链N(H)C(＝O)O-Lc-Q'(Ra)u'。
采用式(9)的阳离子亚单位，式(8)的阳离子聚合物可具有根据式(12)的结构：
其中：
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，其中n'具有大约5至大约45的值，
Z'是一价C1-C15第一末端基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
如式(12)中所示，聚合物链包含骨架部分，其含有在链的第一末端的氧基羰基基团(称为“羰基末端”)和在链的第二末端的骨架氧(称为“氧基末端”)。阳离子碳酸酯亚单位的骨架原子以编号1-6显示。
在式(12)中，第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可独立地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计13个至大约25个碳。优选地，第一阳离子碳酸酯亚单位的La基团包含5个至大约12个碳或者更优选8个至大约12个碳。优选地，第一阳离子碳酸酯亚单位的Q'(Ra)u'包含3个至大约18个碳或者更优选4个至大约18个碳。
同样地，式(12)的第二阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可各自具有至少3个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计6-12个碳。
在一实施方案中，Z”是氢。在另一实施方案中，第一阳离子碳酸酯亚单位具有包含15个至大约20个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
作为更具体的非限制性示例，Z'可以是苄氧基和/或4-甲基苄氧基，并且Z”可以是氢和/或乙酰基。
末端基团Z'和/或Z”，以及下文所述的末端基团可提高抗微生物效能和或稳定阳离子聚合物，免于由例如未封闭的亲核羟基末端基团引起的不希望的潜在副反应(例如断链作用)。比较庞大的末端基团还可提供疏水性，允许控制阳离子聚合物的两亲性。
抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(13)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，其中n'具有大约5至大约45的值，
Y'是一价的第一末端基团，其包含共价键合形式的生物活性化合物，所述生物活性化合物选自甾体、非甾体激素、维生素和药物，
Y”是一价的第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(13)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可独立地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(13)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
生物活性化合物可以是立体特异性或非立体特异性的。在一实施方案中，Y'包含共价键合形式的甾体(例如胆固醇)，指定为S'。甾体基团可提高阳离子聚合物的生物相容性。
在另一实施方案中，Y'包含共价键合形式的维生素(例如，α-生育酚(维生素E化合物)和/或麦角钙化醇(维生素D2))。
Y'可具有结构S'-L'-*，其中S'是甾体基团，且L'是单键或包含1个至大约10个碳的任何适当的二价连接基团。在所述情况下，L'将S'连接至聚碳酸酯骨架的羰基末端。
抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(14)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，并且n'具有大约5至大约45的值，
W'是一价C1-C15第一末端基团，
W”是包含共价键合形式的生物活性化合物的一价第二末端基团，所述生物活性化合物选自甾体、非甾体激素、维生素和药物，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(14)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(14)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
W”可包含立体特异性或非立体特异性形式的生物活性化合物。在一实施方案中，W”包含共价键合形式的胆固醇、α-生育酚(维生素E化合物)、麦角钙化醇(维生素D2)或其组合。
W”可具有一般结构S'-L'-*，其中S'是甾体基团，且L”是单键或包含1个至大约10个碳的任何适当的二价连接基团。在所述情况下，L”将S'连接至聚碳酸酯骨架的氧基末端。
抗微生物阳离子聚合物可以是随机的共聚物，其具有根据式(15)的结构：
Z'-P”-Z” (15)，
其中
Z'是一价C1-C15第一末端基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
P”是聚合物链，其主要由以下组成：I)大约85mol％至99.9mol％的阳离子碳酸酯亚单位和II)0.1mol％至大约15mol％的碳酸酯亚单位，其包含共价键合形式的甾体和/或维生素化合物，其中i)P”具有大约5至大约45的聚合度(DP)，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物骨架部分，以及连接至聚合物骨架部分的阳离子侧链部分，以及iii)各阳离子侧链部分包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子，
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(15)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(15)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(15)的抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(16)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，其中n'具有大于0的值，
m'表示碳酸酯亚单位的数目，其中m'具有大于0的值，
n'+m'具有大约5至大约45的值，
m':n'的比率是大约15:85至大约0.1:99.9，
Z'是一价C1-C15第一末端基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各Ld是独立的二价连接基团，其选自单键和含有1个至大约10个碳的一价基团，
各H'是独立的一价基团，其包含共价键合形式的甾体和/或维生素化合物，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(16)的方括号内的垂直堆放的亚单位表示聚合物链内亚单位的随机分布。
式(16)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(16)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
H'可包含共价键合形式的维生素E化合物、维生素D化合物或其组合。优选地，维生素化合物是α-生育酚(维生素E化合物)、麦角钙化醇(维生素D2)或其组合。
下述讨论广泛适用于上述所有阳离子聚合物。
示例性非限制性二价La基团包括：
及其组合。在这些示例中，羰基和氨基甲酸酯氮的标星号的键连接至聚碳酸酯骨架(例如在上述阳离子碳酸酯亚单位中标为5的骨架碳)，且亚甲基的标星号的键连接至Q'。
La和Q'(Ra)u'一起形成季铵基团或季基团，意指带正电荷的杂原子Q'键合至La的碳，且至多3个独立的Ra基团。
各Ra包含至少一个碳。各Ra可以是一价烃取代基(例如甲基、乙基等)，在该情况中u'是3。
Ra可以与Q'形成环，在该情况中环的Ra具有2化合价。例如，Q'(Ra)u'可以是：
其中标星号的键连接至La，Q'是氮，且u'是2。在所述实例中，第一个Ra是二价亚丁基(*-(CH2)4-*)，且第二个Ra是甲基。
Ra可与Q'形成多环基团。例如Q'(Ra)u'可以是：
其中，标星号的键连接至La，Q'是氮，u'是1，且Ra是片段
具有3化合价。
Ra基团还可独立包含氧、氮、硫和/或另一个杂原子。在一实施方案中，各Ra是独立的一价支链或未分支的烃取代基。
示例性非限制性Ra基团包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基和苄基。
示例性非限制性Q'(Ra)u'基团包括：
及其组合。
在上述实例中，应该理解：带正电荷的氮和磷是四价的，并且标星号的键连接至La的碳。Q'基团可以单一或组合地存在于阳离子聚合物中。
示例性带负电荷的离子X'包括卤化物(例如，氯化物、溴化物和碘化物)、羧酸根(例如乙酸根和苯甲酸根)和/或磺酸根(例如甲苯磺酸根)。X'离子可以单一或组合地存在。
示例性非限制性阳离子碳酸酯亚单位包括下述：
及其组合，其中X-是与阳离子离子相关联的带负电荷的离子。
一般来讲，通过从聚合物骨架起的具有6个或更多个连续连接的原子中心的最短路径，间隔带正电荷的杂原子Q'与在25mol％-100mol％阳离子碳酸酯亚单位(第一阳离子碳酸酯亚单位)的聚碳酸酯骨架，有利于阳离子聚合物的抗微生物活性。将最短路径定义为将Q'连接至聚合物骨架的最小数的连续连接的原子中心。连续连接的原子中心应该理解为是聚碳酸酯骨架和Q'之间。例如，如果La-Q'是：
则从聚合物骨架到Q'的最短路径具有5个连续连接的原子中心，如所编号。最短路径不包括羰基氧。作为另一个示例，如果La-Q'是
从聚合物骨架到Q'的最短路径具有6个连续连接的原子中心，如所编号。最短路径不包括酰胺氢和羰基氧。作为另一个示例，如果La-Q'是
则从聚合物骨架到Q'的最短路径具有8个连续连接的原子中心，如所编号。最短路径不包括芳香环的两个碳和羰基氧。作为另一个示例，如果La-Q'是
则从聚合物骨架到Q'的最短路径具有7个连续连接的原子中心，如所编号。最短路径不包括芳香环的三个碳和羰基氧。最后，作为另一个示例，如果La-Q'是
则从聚合物骨架到Q'的最短路径具有4个连续连接的原子中心，如所编号。最短路径不包括芳香环和羰基氧。
优选地，通过具有6个至大约15个连续连接的原子中心、并更优选8个至大约15个连续连接的原子中心，将第一碳酸酯亚单位的Q'与聚合物骨架间隔。
甾体基团S'可源自天然存在的人类甾体、非人类甾体和/或合成的甾体化合物。文中，甾体基团包含四环环结构：
其中，环系的17个碳如所示那样编号。甾体基团可包含连接至一个或多个编号环位置的一个或多个另外的取代基。四环环结构的每个环可独立包含一个或多个双键。
示例性甾体基团包括来自胆固醇的胆固醇基，如下所示，无立体化学：
胆固醇基的非限制性立体特异的结构包括
和/或
其中，将每个立体特异的不对称中心标为R、S立体构型。另外的非限制性甾体基团包括
来自睾酮的
来自马烯雌酮的
来自表雄酮的
来自双氢睾酮的
来自诺龙的
来自二氢孕酮的
来自孕烯诺龙的
来自马萘雌酮的
来自去氢表雄酮的
来自皮质酮乙酸酯的
来自去氧皮质酮的和
来自雌酮的
标星号的键表示连接点。例如，各个上述甾体基团的标星号的键可以利用二价连接基团L'，连接至聚碳酸酯骨架的末端羰基。或者，甾体基团的标星号的键可以直接连接至聚碳酸酯骨架的末端羰基(即，L'可以是单键)。
本领域技术人员将认识到甾体基团的每个不对称中心可作为R立体异构体、S立体异构体或者R和S立体异构体的混合物存在。另外的甾体基团S'包括上述结构的各种立体异构体。阳离子聚合物可包含作为单一立体异构体或者立体异构体混合物的甾体基团。
在一实施方案中，S'是胆固醇基，其中胆固醇基是以下异构体的混合物
，其通过下述结构表示
更具体的含有甾体的阳离子聚合物具有根据式(17)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，并且具有大约5至大约45的值，
S'-L'是第一末端基团，其中L'是单键或者含有1个至大约10个碳的二价连接基团，并且S'包含共价键合形式的甾体，
Y”是一价的第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(17)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(17)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
在式(17)中，当L'是单键时，S'直接连接至聚碳酸酯骨架的末端羰基基团。在一实施方案中，L'是二价连接基团，其包含选自氧化乙烯(*-CH2CH2O-*)、氧化丙烯*-CH2CH2CH2O-*和/或三(氧化乙烯)(*-CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O-*)的烯烃氧化物，其中氧的标星号的键连接至聚碳酸酯骨架的末端羰基基团，且碳的标星号的键连接至S'。
含有甾体的阳离子聚合物可包含还在上文描述的阳离子碳酸酯亚单位中的一种或其组合。
含有甾体的阳离子聚合物可具有根据式(18)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，并且具有大约5至大约45的值，
Y'是一价的C1-C15第一末端基团，
S'-L”是第二末端基团，其中L”是单键或者含有1个至大约10个碳的二价连接基团，并且S'包含共价键合形式的甾体，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
基团S'-L”连接至聚碳酸酯骨架的氧基末端，并且Y'连接至聚碳酸酯骨架的羰基末端。
式(18)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(18)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
具有两个阳离子聚合物链的阳离子聚合物(双臂阳离子聚合物)
抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(19)的结构：
Zc-Pb-C'-Pb-Zc(19)，
其中
C'是连接聚合物链Pb的二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)阳离子聚合物包含总计5个至大约45个阳离子碳酸酯亚单位，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物链的骨架部分，以及连接至骨架部分的阳离子侧链，以及iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
阳离子聚合物的所有阳离子碳酸酯亚单位的大约25％-100％(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链，和
阳离子聚合物的0％至大约75％的阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链。
式(19)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(19)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
在一实施方案中，各Zc是氢。在另一实施方案中，利用Q'和骨架部分之间具有6个至大约15个连续连接的原子中心的最短路径，使第一阳离子碳酸酯亚单位的带正电荷的杂原子Q'与骨架部分间隔。
更具体的式(19)阳离子聚合物具有根据式(20)的结构：
其中
n'表示阳离子聚合物的阳离子碳酸酯亚单位的总数目，并且具有大约5至大约45的值，
C'是连接聚合物链Pb的C2-C15二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(20)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(20)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
C'可以是用于通过开环聚合制备阳离子聚合物的非聚合的二亲核的引发剂的残基。
在另一抗微生物聚合物中，连接两个阳离子聚合物链的片段包含共价键合形式的生物活性化合物，其选自甾体、非甾体激素、维生素和药物。这些抗微生物阳离子聚合物具有根据式(21)的结构：
Zc-Pb-C”-Pb-Zc (21)，
其中
C”是连接聚合物链Pb的二价连接基团，其中C”包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，和iii)共价键合形式的化合物，其选自甾体、非甾体激素、维生素和药物，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)阳离子聚合物包含总计5个至大约45个阳离子碳酸酯亚单位，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物链的骨架部分，以及连接至骨架部分的C6-C25阳离子侧链，以及iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链。
式(21)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(21)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链。
利用Q'和骨架部分之间的具有6个至大约18个连续连接的原子中心的最短路径，可使第一阳离子碳酸酯亚单位的带正电荷的杂原子Q'与骨架部分间隔。
在一实施方案中，C”包含共价键合形式的胆固醇。在另一实施方案中，C”包含共价键合形式的维生素，其选自α-生育酚、麦角钙化醇及其组合。
更具体的式(21)的阳离子聚合物具有根据式(22)的结构：
其中
n'表示阳离子聚合物的阳离子碳酸酯亚单位的总数目，并且具有大约5至大约45的值，
C”是连接聚合物链Pb的二价连接基团，其中C”包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，和iii)共价键合形式的化合物，其选自甾体、非甾体激素、维生素和药物，
各聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(22)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(22)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(23)的结构：
Zc-Pc-C'-Pc-Zc (23)，
其中
C'是连接聚合物链Pc的C2-C15二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pc的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pc的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各Pc是聚合物链，其主要由I)和II)构成：I)大约85mol％至99.9mol％的阳离子碳酸酯亚单位，和II)0.1mol％至大约15mol％的碳酸酯亚单位，其包含共价键合形式的甾体和/或维生素化合物，其中i)阳离子聚合物具有大约5-大约45的亚单位总数，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物骨架部分以及连接至聚合物骨架部分的C6-C25阳离子侧链，和iii)各阳离子侧链部分包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链基团，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链基团。
式(23)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(23)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链。
式(23)的阳离子聚合物可具有根据式(24)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的总数目，其中n'具有大于0的值，
m'表示碳酸酯亚单位的总数目，其中m'具有大于0的值，
n'+m'具有大约5至大约45的值，且
比率m':n'是大约15:85至大约0.1:99.9，
C'是连接聚合物链Pc的C2-C15非聚合的二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pc的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pc的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各Ld是独立的二价连接基团，其选自单键和含有1个至大约10个碳的一价基团，
各H'是独立的一价基团，其包含共价键合形式的甾体和/或维生素化合物，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(24)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(24)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
H'可包含共价键合形式的维生素E化合物、维生素D化合物或其组合。在一实施方案中，H'包含共价键合形式的维生素化合物，其选自α-生育酚(维生素E化合物)、麦角钙化醇(维生素D2)及其组合。
抗微生物阳离子聚合物可具有根据式(25)的结构：
Yc-Pb-C'-Pb-Yd (25)，
其中
C'是连接聚合物链Pb的C2-C15二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
Yc是一价第一末端基团，其选自氢、包含共价键合形式的甾体的基团，以及包含共价键合形式的维生素的基团，
Yd是一价第二末端基团，其选自氢、包含共价键合形式的甾体的基团，以及包含共价键合形式的维生素的基团，
各聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)阳离子聚合物包含总计5个至大约45个阳离子碳酸酯亚单位，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物链的骨架部分，以及连接至骨架部分的阳离子侧链，以及iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
阳离子聚合物的所有阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)的大约25％-100％具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链。
式(25)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(25)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
Yc和/或Yd可包含共价键合形式的甾体和/或维生素。
更具体的式(25)阳离子聚合物具有根据式(26)的结构：
其中
n'表示阳离子聚合物的阳离子碳酸酯亚单位的总数目，并且具有大约5至大约45的值，
C'是连接聚合物链Pb的C2-C15二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，
Yc是独立的一价末端基团，其选自氢、包含共价键合形式的甾体的基团，以及包含共价键合形式的维生素的基团，
Yd是独立的一价末端基团，其选自氢、包含共价键合形式的甾体的基团，以及包含共价键合形式的维生素的基团，
各La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的独立的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有阳离子碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，且
各X'是独立的带负电荷的离子；
且其中
阳离子聚合物的大约25％-100％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第一阳离子碳酸酯亚单位)具有包含10个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，和
阳离子聚合物的0％至大约75％阳离子碳酸酯亚单位(指定为第二阳离子碳酸酯亚单位)具有包含6-9个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
式(26)的第一阳离子碳酸酯亚单位的La和Q'(Ra)u'可单独地具有3个至大约22个碳，前提是La-Q'(Ra)u'具有总计10个至大约25个碳。在一实施方案中，式(26)的第一阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含13个至大约25个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'，并且第二阳离子碳酸酯亚单位各自具有包含6-12个碳的阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。
形成阳离子的环状碳酸酯单体
制备公开的阳离子聚合物的优选方法利用在聚合之前或之后能形成阳离子基团的环状碳酸酯单体。这些也称为形成阳离子的单体，其具有式(27)的结构：
其中
环原子被显示编号1-6，
La是包含至少3个碳的二价连接基团，
E'是能够反应以产生连接至La的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含1个或更多个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含6个至大约25个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，且
t和t'不能都是0。
式(27)的形成阳离子的单体具有环状取代基La-E'。所述环状取代基La-E'成为通过形成阳离子的单体开环聚合形成的起始聚合物的侧链。E'可以是亲电和/或亲核基团，只要侧链La-E'能够反应产生阳离子聚合物的C6-C25阳离子侧链La-Q'(Ra)u'。优选地，E'是能够与叔胺反应形成季铵基团和/或与叔膦(tertiary phosphine)反应形成季基团的离去基团。
形成阳离子的单体可以是立体特异性或者非立体特异性的。
在一实施方案中，式(27)的t和t'各自是1，碳4处的各R'是氢，碳6处的各R'是氢，并且碳5处的R”选自氢、甲基和乙基。
式(27)的形成阳离子单体的开环聚合产生具有根据式(28)的亚单位的起始聚碳酸酯：
其中
骨架原子被显示编号1-6，
La是包含至少3个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至La的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra至少1个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含6个至大约25个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，且
t和t'不能都是0。
更具体的形成阳离子的单体具有式(29)：
其中
环原子5被标记，
Lb是包含至少2个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至Lb的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含至少1个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含5个至大约24个碳，且
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团。
式(29)的形成阳离子的单体的开环聚合产生具有根据式(30)的亚单位的聚碳酸酯：
其中
环原子5被标记，
Lb是包含至少2个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至Lb的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含至少1个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含5个至大约24个碳，且
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团。
形成阳离子的单体可具有式(31)：
其中
环原子5被标记，
Lc是包含至少2个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至Lc的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含至少1个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含5个至大约24个碳，且
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，且
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团。
式(31)的形成阳离子的单体的开环聚合产生具有根据式(32)的亚单位的起始聚碳酸酯：
其中
环原子5被标记，
Lc是包含至少2个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至Lc的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含至少1个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含5个至大约24个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，且
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团。
示例性形成阳离子的单体包括表1的环状碳酸酯单体。
表1.
开环聚合
用于形成公开的形成凝胶的嵌段共聚物和抗微生物阳离子聚合物的开环聚合方法利用溶剂、有机催化剂、亲核引发剂、任选的促进剂，以及一种或多种环状碳酸酯单体。
利用式(5)的载有维生素的单体，阐明通过开环聚合形成式(1)的形成凝胶的嵌段共聚物的方法，形成包含式(5)的载有维生素的单体、催化剂、任选的促进剂、二-亲核聚氧化乙烯引发剂和溶剂的反应混合物。搅拌反应混合物产生活跃的(living)式(1)的形成凝胶的嵌段共聚物，其具有包含能引发ROP的亲核基团的末端亚单位。任选地，用适当的封端剂，将起始的形成凝胶的嵌段共聚物封端。
利用式(27)的形成阳离子的单体，阐明制备公开的阳离子聚合物的方法，形成包含式(27)的环状碳酸酯单体、催化剂、任选的促进剂、单-亲核ROP引发剂(任选包含甾体基团)和溶剂的反应混合物。搅拌反应混合物产生起始聚合物。任选地，可将起始聚合物封端(endcapped)，以形成封端的起始聚合物。得到的聚合物具有根据式(33)的结构：
其中
n'表示阳离子碳酸酯亚单位的数目，其中n'具有大约5至大约45的值，
Z'是一价C1-C15第一末端基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
La是包含至少3个碳的二价连接基团，
E'是能够反应产生连接至La的阳离子基团Q'(Ra)u'的取代基，其中Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是具有1-3价的独立基团，其中各Ra包含1个或多个碳，且Q'(Ra)u'和La一起包含6个至大约25个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，且
没有碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0。
Z'可以是ROP引发剂的残基。在一实施方案中，Z'是含有甾体基团的S'-L'基团。在所述情况下，起始聚合物的各碳酸酯亚单位包含侧链E'基团。
通过ROP形成的起始聚合物的活跃末端(氧基末端)具有反应性羟基(第二末端基团Z”＝H)，其能引发另一个ROP。可以用封端剂处理所述活跃末端，由此形成能够防止进一步链增长并稳定聚合物免于不希望的副反应例如链断裂的第二末端基团Z”。聚合和封端可以在不分离起始聚合物的情况下以一锅法进行。封端剂包括例如用于将末端羟基转化为酯的物质诸如羧酸酐、酰氯和活性酯(例如对硝基苯基酯类)。在一实施方案中，封端剂是酰化剂，并且第二末端基团Z”是酰基基团。在另一个实施方案中，酰化剂是乙酸酐，并且第二末端基团Z”是乙酰基基团。在另一个实施方案中，封端剂包含共价键合形式的甾体基团、维生素或其组合。
可以将起始聚合物和/或封端的起始聚合物进行化学处理、热处理和/或光化学处理，以将E'转化成为带正电荷的Q'(Ra)u'基团，由此形成阳离子聚合物。例如，E'可以是亲电子的离去基团(诸如氯化物、溴化物、碘化物、磺酸酯等)，其能够与路易斯(Lewis)碱(例如叔胺、三烷基膦)进行亲核置换反应，以形成季铵基团和/或季基团。在一实施方案中，E'是氯化物(chloride)、溴化物(bromide)和/或碘化物(iodide)。在另一实施方案中，环状碳酸酯单体是式(29)的化合物，且起始聚合物包含式(30)的亚单位。在另一实施方案中，环状碳酸酯单体是式(31)的化合物，且起始聚合物包含式(32)的亚单位。
还考虑的是利用含有带正电荷的Q'基团的阳离子环状碳酸酯单体，形成阳离子聚合物的方法。在所述情况下，ROP形成具有活跃末端单位(即能引发随后的ROP的亲核羟基末端基团)的起始阳离子聚合物。可将活跃末端单位封端，以防止不希望的副反应。
用于通过与亲电子E'基团的亲核取代反应形成季胺的示例性非限制性叔胺包括三甲胺、三乙胺、三正丙胺、三异丙胺、三正丁胺、三正戊胺、二甲基乙胺、二甲基丙胺、二甲基异丙胺、二甲基丁胺、二甲基戊胺、二甲基苄胺、二乙基甲胺、二乙基戊胺、二乙基丁胺、N,N-二甲基环己胺、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、N-(正丙基)咪唑、N-异丙基咪唑、N-(正丁基)咪唑、N,N-二乙基环己胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、吡啶及其组合。
用于通过与亲电子E'基团的亲核取代反应形成季基团的示例性非限制性叔膦(tertiary phosphines)包括三甲基膦、三乙基膦、三丙基膦、三丁基膦、乙基二甲基膦、丙基二甲基膦、丁基二甲基膦、戊基二甲基膦、己基二甲基膦、庚基二甲基膦、辛基二甲基膦、甲基二乙基膦、丙基二乙基膦、丁基二乙基膦、戊基二乙基膦、己基二乙基膦、庚基二乙基膦、辛基二乙基膦、戊基二丙基膦、戊基二丁基膦、二戊基甲基膦、二戊基乙基膦、二戊基丙基膦、二戊基丁基膦、三戊基膦、己基二丙基膦、己基二丁基膦、环己基-二甲基膦、环己基二乙基膦、二己基甲基膦、二己基-乙基膦、二己基-丙基膦、苄基-二甲基膦及其组合。
ROP引发剂
用于ROP的亲核引发剂通常包括醇类、胺类和/或硫醇类。
单亲核引发剂
对于上述具有一个阳离子聚合物链的阳离子聚合物(单臂阳离子聚合物)，ROP引发剂是单-亲核非聚合的引发剂(例如乙醇、正丁醇、苄醇等)。在一些情况下，ROP引发剂可包含共价键合形式的生物活性化合物，其选自甾体、非甾体激素、维生素和药物。例如，单亲核ROP引发剂包括胆固醇、α-生育酚和麦角钙化醇。
更具体的单亲核ROP引发剂包含无电荷的甾体基团S'。引发剂可具有根据式(34)的结构：
S'-Le (34)，
其中，S'是甾体基团且Le是一价基团，其包含i)1个至大约10个碳和ii)用于ROP的亲核引发基团。式(34)的ROP引发剂的非限制性示例包括Chol-OPrOH：
和Chol-OTEG-OH：
在上述示例中，S'是胆固醇基。利用下述制备阳离子聚合物的优选方法，当连接至聚碳酸酯骨架的羰基末端时，阳离子聚合物的S'-L'-*片段是ROP引发剂的残基。衍生自Chol-OPrOH的S'-L'-*片段具有下述结构：
衍生自Chol-OTEG-OH的S'-L'-*片段具有下述结构：
ROP引发剂可单独使用或者与不同的ROP引发剂(例如，具有不同甾体基团和/或不同Le基团的引发剂)联合使用。ROP引发剂可以是立体特异性或非立体特异性的。
用于双臂阳离子聚合物的二亲核引发剂
用于形成上述具有两个聚合物链的阳离子聚合物(双臂阳离子聚合物)的ROP引发剂是二亲核引发剂。示例性二亲核ROP引发剂包括乙二醇、丁二醇、1,4-苯二甲醇和Bn-MPA：
(Bn-MPA)。
包含甾体基团的示例性二亲核ROP引发剂是Chol-MPA：
用于制备形成凝胶的嵌段共聚物的聚氧化乙烯引发剂
用于制备形成凝胶的嵌段共聚物的ROP引发剂是二亲核聚氧化乙烯，其具有大约5000至大约25000并优选大约10,000至大约20000的数均分子量(Mn)。二-亲核聚氧化乙烯具有独立的末端ROP引发基团，其选自胺、醇、硫醇及其组合。示例性二-亲核聚氧化乙烯引发剂包括下述物质：
(HO-PEG-OH)，
(HO-PEG-NH2)，
(HO-PEG-SH)，
(H2N-PEG-NH2)，
(HS-PEG-NH2)，
(HS-PEG-SH)，
及其组合。
在一实施方案中，用于形成形成凝胶的嵌段共聚物的ROP引发剂是聚乙二醇(HO-PEG-OH)，还简称为PEG。
ROP溶剂
非限制性溶剂包括二氯甲烷、氯仿、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、三氟甲苯、石油醚、乙腈、戊烷、己烷、庚烷、2,2,4-三甲基戊烷、环己烷、乙醚、叔丁基甲基醚、二异丙醚、二氧六环、四氢呋喃或含有上述溶剂之一的组合。适当的单体浓度是大约0.1-5摩尔/升，并更特别是大约0.2-4摩尔/升。
ROP催化剂
用于ROP聚合的较不优选的催化剂包括金属氧化物例如四甲氧基锆、四-异丙氧基锆、四-异丁氧基锆、四-正丁氧基锆、四-叔丁氧基锆、三乙氧基铝、三-正丙氧基铝、三-异丙氧基铝、三-正丁氧基铝、三-异丁氧基铝、三-仲丁氧基铝、单-仲丁氧基-二异丙氧基铝、乙酰乙酸乙基铝二异丙酯、三(乙基乙酰乙酸酯)铝(aluminum tris(ethyl acetoacetate))、四乙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丙氧基钛、四正丁氧基钛、四仲丁氧基钛、四叔丁氧基钛、三异丙氧基镓、三异丙氧基锑、三异丁氧基锑、三甲氧基硼、三乙氧基硼、三异丙氧基硼、三正丙氧基硼、三异丁氧基硼、三正丁氧基硼、三仲丁氧基硼、三叔丁氧基硼、三异丙氧基镓、四甲氧基锗、四乙氧基锗、四异丙氧基锗、四正丙氧基锗、四异丁氧基锗、四正丁氧基锗、四仲丁氧基锗和四叔丁氧基锗；卤化的化合物例如五氯化锑、氯化锌、溴化锂、氯化锡(IV)、氯化镉和三氟化硼乙醚；烷基铝例如三甲基铝、三乙基铝、氯化二乙基铝、二氯化乙基铝和三-异丁基铝；烷基锌例如二甲基锌、二乙基锌和二异丙基锌；杂多酸例如磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸及其碱金属盐；锆化合物例如氯化锆(zirconium acid chloride)、辛酸锆、硬脂酸锆和硝酸锆。
优选地，用于开环聚合的催化剂的化学式不包括离子或非离子形式的金属，所述金属选自铍、镁、钙、锶、钡、镭、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、砷、锑、铋、碲、钋，以及周期表的3-12族的金属。周期表的3-12族的金属包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹、鑪、(dubnium)、錀和鎶。
优选的催化剂是有机催化剂，其化学式不含上述金属。用于开环聚合的有机催化剂的示例包括叔胺例如三烯丙胺、三乙胺、三正辛胺和苄基二甲胺4-二甲胺基吡啶、膦类、N-杂环碳烯类(NHC)、双功能的氨基硫脲类、磷腈类、脒类和胍类。
更具体的有机催化剂是N-二(3,5-三氟甲基)苯基-N’-环己基硫脲(TU)：
其他ROP有机催化剂包含至少一个1,1,1,3,3,3-六氟丙烷-2-醇-2-基(HFP)基团。贡献单一氢键的催化剂具有式(35)：
R2–C(CF3)2OH (35)，
其中，R2表示氢或者含有1-20个碳的一价基团，例如烷基、取代的烷基、环烷基、取代的环烷基、杂环烷基、取代的杂环烷基、芳香基、取代的芳香基或其组合。表2中列出示例性的贡献单一氢键的催化剂。
表2.
贡献双氢键的催化剂具有两个HFP基团，其由式(36)表示：
其中，R3是包含1-20个碳的二价桥连基团，例如亚烷基、取代的亚烷基、亚环烷基、取代的亚环烷基、亚杂环烷基、取代的亚杂环烷基、亚芳基、取代的亚芳基及其组合。式(36)的代表性双氢键催化剂包括表3中所列的那些。在一具体实施方案中，R2是亚芳基或者取代的亚芳基，并且HFP基团互相占芳环的间位。
表3.
在一实施方案中，催化剂选自4-HFA-St、4-HFA-Tol、HFTB、NFTB、HPIP、3,5-HFA-MA、3,5-HFA-St、1,3-HFAB、1,4-HFAB及其组合。
还考虑的是包含连接至支持物的含HFP基团的催化剂。在一实施方案中，支持物包括聚合物、交联聚合物珠、无机粒子或金属粒子。可以通过已知方法形成含HFP的聚合物，包括含HFP单体的直接聚合(例如，甲基丙烯酸酯单体3,5-HFA-MA或者苯乙烯基单体3,5-HFA-St)。可进行直接聚合(或者与共聚单体聚合)的含HFP的单体中的官能基团包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、α,α,α-三氟甲基丙烯酸酯、α-卤代甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、降冰片烯、乙烯基、乙烯醚和本领域已知的其他基团。连接基团的示例包括C1-C12烷基、C1-C12杂烷基、醚基、硫醚基、氨基、酯基、酰胺基或其组合。还考虑的是包含通过离子缔合键合至聚合物或支持物表面上的相反电荷位置的含有带电荷的HFP基团的催化剂。
ROP反应混合物包含至少一个有机催化剂，并且当适当时，同时包含几种有机催化剂。相对于环状羰基单体，以1/20-1/40,000摩尔的比率加入ROP催化剂，并相对于环状羰基单体，优选以1/1,000-1/20,000摩尔的比率加入ROP催化剂。
ROP促进剂
ROP聚合可在任选的促进剂特别是氮碱存在下进行。将示例性氮碱促进剂列于下面，并且包括吡啶(Py)、N,N-二甲基氨基环己烷(Me2NCy)、4-N,N-二甲基氨基吡啶(DMAP)、反式1,2-二(二甲基氨基)环己烷(TMCHD)、1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(MTBD)、(-)-司巴丁、(Sp)1,3-二(2-丙基)-4,5-二甲基咪唑-2-亚基(Im-1)、1,3-二(2,4,6-三甲基苯基)咪唑-2-亚基(Im-2)、1,3-二(2,6-二异丙基苯基(咪唑-2-亚基(Im-3)、1,3-二(1-金刚烷基)咪唑-2-亚基(Im-4)、1,3-二异丙基咪唑-2-亚基(Im-5)、1,3-二叔丁基咪唑-2-亚基(Im-6)、1,3-二(2,4,6-三甲基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基(Im-7)、1,3-二(2,6-二异丙基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基、1,3-二(2,6-二异丙基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基(Im-8)或其组合，如表4中所示。
表4.
在一实施方案中，促进剂具有两个或三个氮，各自能作为路易斯碱参与，例如在结构(-)-司巴丁中。更强的碱通常提高聚合速率。
催化剂和促进剂可以是相同的物质。例如，可以在无另外的催化剂或促进剂存在下，仅利用1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)进行一些开环聚合。
基于环状羰基单体的总摩尔数，催化剂优选以大约0.2-20mol％、0.5-10mol％、1-5mol％或1-2.5mol％的量存在。
当使用时，基于环状羰基单体的总摩尔数，氮碱促进剂优选以0.1-5.0mol％、0.1-2.5mol％、0.1-1.0mol％或0.2-0.5mol％的量存在。如上所述，在一些情况下，催化剂和氮碱促进剂可以是相同的化合物，这取决于具体的环状羰基单体。
基于环状羰基单体的总摩尔数，引发剂基团优选以0.001-10.0mol％、0.1-2.5mol％、0.1-1.0mol％或0.2-0.5mol％的量存在。
在一具体的实施方案中，基于环状羰基单体的总摩尔数，催化剂以大约0.2-20mol％的量存在，氮碱促进剂以0.1-5.0mol％的量存在，且引发剂的亲核引发剂基团以0.1-5.0mol％的量存在。
可以通过选择性沉淀除去催化剂或者对于固体支持的催化剂，简单地经过滤除去。基于阳离子寡聚体和残留催化剂的总重，催化剂可以以0wt％(重量百分比)至大约20wt％、优选0wt％(重量百分比)至大约0.5wt％的量存在。阳离子寡聚体优选不包含残留催化剂。
开环聚合可以在大约环境温度或者更高的温度下，更尤其是15℃-200℃并甚至更尤其是20℃-80℃下完成。反应时间随溶剂、温度、搅拌速率、压力和设备而变化，但是一般来讲，聚合在1-100小时内完成。
ROP聚合在惰性(即，干燥)气氛例如氮气或氩气下，并在100MPa-500MPa(1atm-5atm)压力下、更典型地在100MPa-200MPa(1atm-2atm)的压力下进行。在完成反应时，可利用减压除去溶剂。
平均分子量
形成凝胶的嵌段共聚物可具有大约5500至大约55000的利用尺寸排阻色谱测定的数均分子量(Mn)。
阳离子聚合物具有大约1500至大约50,000、更尤其是大约1500至大约30,000的根据尺寸排阻色谱测定的数均分子量(Mn)。阳离子聚合物的前体聚合物和/或阳离子聚合物可优选具有1.01至大约2.0、更特别是1.01-1.30、并甚至更特别是1.01-1.25的多分散性指数(PDI)。
在一些情况下，阳离子聚合物可单独在去离子水中自组装成纳米颗粒胶束。阳离子聚合物可具有大约15mg/L至大约45mg/L的临界胶束浓度(CMC)。对于微生物生长，胶束可具有大约7mg/L至大约500mg/L的最小抑制浓度(MIC)。在一些情况下，MIC低于CMC，表明抗微生物活性不依赖于阳离子聚合物的自组装。
一般来讲，其中大于75％的阳离子碳酸酯亚单位的侧链La-Q'(Ra)u'基团含有8个碳或者更少碳的、具有5至大约45的DP的阳离子聚合物对于革兰氏-阴性和/或革兰氏-阳性微生物和真菌是弱活性的。并且，在低DP(<10)，阳离子聚合物的HC50和/或HC20值通常低于500mg/L，表明向杀生物性质的趋势。大约10至大约45的DP通常有利于更高的HC50和/或HC20值(500mg/L或更高)。下面的实施例还进一步显示当至少25％阳离子碳酸酯亚单位的侧链基团包含13或更多个碳，且DP是大约10至大约30时，阳离子聚合物对于革兰氏-阴性和革兰氏-阳性微生物和真菌是高活性的(MIC<500mg/L)，并具有500mg/L或更高的HC50值。利用甾体末端基团Z'，得到增加的抑制效率和更低的血红细胞毒性(更高的HC50值)。溶血选择性(HC50/MIC)也上升。基团Z'、Z”、Zc和C'可用于进一步调整抗微生物活性、溶血选择性或者用于提供次要功能(例如，细胞识别能力、提高细胞膜渗透性等)。
并且，当25％-100％阳离子碳酸酯亚单位含有10-25个碳时，10mol％或更少的含有α-生育酚基(维生素E化合物)和/或麦角钙化醇基(维生素D2)侧链基团的碳酸酯亚单位在降低MIC(即，增加对微生物的毒性)和/或增加HC50值(降低对哺乳动物血红细胞的毒性)方面也是有效的。
还公开的是抗微生物药物组合物，其包含溶剂、大约4wt.％至大约10wt.％形成凝胶的嵌段共聚物，以及大约0.0001wt.％至大约10wt.％抗微生物阳离子聚合物，其中重量百分比(wt.％)基于药物组合物的总重，药物组合物是通过溶剂中嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，并且抗微生物阳离子聚合物包含于凝胶中。抗微生物阳离子聚合物可以以非缔合的聚合物链、自组装颗粒(例如胶束)和/或通过非共价相互作用形成的其他复合物的形式存在于凝胶中。
另一种抗微生物药物组合物包含溶剂、大约4wt.％至大约10wt.％形成凝胶的嵌段共聚物，以及大约0.0001wt.％至大约10wt.％抗微生物阳离子聚合物(第一种药物)和大约0.0001wt.％至大约10wt.％抗微生物化合物(第二种药物)；其中重量百分比(wt.％)基于药物组合物的总重，药物组合物是通过溶剂中嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，并且第一种药物和第二种药物包含于凝胶中，通过非共价相互作用缔合。下面的实施例显示：当在其它方面相同的条件下测试时，与缺少抗微生物阳离子聚合物或者抗微生物药物化合物的相同组合物相比，所述类型的组合可显示对于微生物毒性的显著协同增加。
还公开的是用于杀灭微生物的抗微生物水溶液。该溶液包含大约0.0001wt.％至大约10wt.％的抗微生物阳离子聚碳酸酯(第一种药物)，以及大约0.0001wt.％至大约10wt.％的抗微生物化合物(第二种药物)，其中重量百分比(wt.％)是基于水溶液的总重。第一种药物和第二种药物通过非共价相互作用在水溶液中缔合。在一实施方案中，抗微生物化合物(第二种药物)是氟康唑、多西环素或其组合。下面的实施例显示：当在其它方面相同的条件下测试时，与缺少抗微生物阳离子聚合物或者抗微生物化合物的相同组合物相比，这些组合还可显示对微生物毒性的协同增加。所述抗微生物水溶液可适合于根除微生物的生物被膜。
还公开了杀灭微生物的方法，其包括使微生物与上述抗微生物组合物中的任何一种接触。
示例性微生物包括表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis(S.epidermidis))、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus(S.aureus))、大肠杆菌(Escherichia coli(E.coli))、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa(P.aeruginosa))、白色念珠菌(Candida albicans(C.albicans))、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus(MRSA))、抗万古霉素肠球菌属(Vancomycin-resistant Enterococcus(VRE))、鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii(A.baumannii))、新型隐球菌(Cryptococcus neoformans(C.neoformans))和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae(K.pneumoniae))。
另外公开了治疗癌症的方法，其包括在肿瘤附近或者与肿瘤接触地进行凝胶组合物的体内贮库注射，由此抑制肿瘤的生长。凝胶组合物包含溶剂、公开的形成凝胶的嵌段共聚物和抗肿瘤物质。在一实施方案中，抗肿瘤物质是单克隆抗体。在另一实施方案中，抗肿瘤物质是赫赛汀。
对于下面实施例，下述的定义是适用的。
将HC50定义为使50％哺乳动物血红细胞产生溶血的阳离子聚合物的浓度(mg/L)。500mg/L或更高的HC50值是合乎需要的。
将HC20定义为使20％哺乳动物血红细胞产生溶血的阳离子聚合物的浓度(mg/L)。500mg/L或更高的HC20值是合乎需要的。
将最小抑制浓度(MIC)定义为在24小时期间抑制指定微生物生长所需要的阳离子聚合物的最小浓度(mg/L)。低于500mg/L的MIC是合乎需要的。甚至更需要的是250mg/L或更少的MIC。更低的MIC表明更高的抗微生物活性。
将最小杀菌浓度(MBC)定义为杀灭指定微生物所需要的阳离子聚合物的最小浓度(mg/L)。更低的MBC表明更高的抗微生物活性。
将HC50选择性定义为HC50/MIC的比率。4或更大的HC50选择性是合乎需要的。更高的HC50选择性值表明对于微生物细胞的更强活性，以及对哺乳动物细胞的更小毒性。类似地，将HC20选择性定义为HC20/MIC的比率。4或更大的HC20选择性是合乎需要的。
下面的实施例还显示形成凝胶的三嵌段共聚物具有大的有效负载能力和可调的释放性质，使众多驱动制药的应用成为可能。在一些实施例中，将所述水凝胶与抗微生物阳离子聚碳酸酯和/或分子抗生素药物混合，赋予水凝胶抗微生物活性和/或提供阳离子聚碳酸酯和/或分子抗生素药物的控制释放。观察到利用抗微生物阳离子聚碳酸酯和分子抗生素药物的组合的协同增强。在其他实施例中，将抗癌物质引入水凝胶中并通过贮库注射递送，其显示抗肿瘤细胞的强的体内选择毒性。
实施例
将用于下述实施例的物质列于表5中。
表5.
文中，Mn是数均分子量，Mw是重均分子量，且MW是一个分子的分子量。
p-值是：假定检验假设是真实的，获得至少与实际观察到的同样极端的检验统计量的可能性。如果检验假设是真实的，p-值越小，结果越不可能，并由此在统计学显著意义上说，结果越“显著”。当p-值比通常是0.05或0.01的显著水平α(希腊语alpha)更低时，时常拒绝检验假设。在下文中，P-值简单报告为“P”。
凋亡指细胞的死亡，其作为有机体生长或发育过程的正常和可控部分而发生。生化事件(Biochemical events)引起特征性的细胞变化(形态学)和死亡。这些变化包括起泡、细胞膜不对称性和附着丧失、细胞皱缩、核断裂、染色质凝聚和染色体DNA碎裂。
除非另外说明，物质可从Sigma-Aldrich、TCI或Merck购买。所有溶剂是分析级的，购自Fisher Scientific或J.T.Baker，并按照收到那样直接使用。转移至手套箱之前，通过在高真空下的冷冻干燥，将单体和其他试剂(例如引发剂、单体等)充分干燥。
根据R.C.Pratt等人，Macromolecules，2006，39(23)，7863-7871报道那样，制备N-二(3,5-三氟甲基)苯基-N'-环己基硫脲(TU)，并在干燥THF中搅拌下用CaH2干燥，过滤并真空除去溶剂。
转移至手套箱之前，将1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)与CaH2搅拌，并真空蒸馏。
在RPMI1640培养基上培养人皮肤成纤维细胞。将所有培养基补充10％胎牛血清、100U/ml青霉素和100微克/mL链霉素(HyClone，U.S.A.)。将MTT溶解于磷酸盐缓冲液(PBS，pH 7.4)中，浓度5mg/mL，并将溶液用0.22微米滤器过滤，以在使用前除去蓝色甲(formazan)晶体。
核磁共振(NMR)波谱
利用Bruker Avance 400波谱仪记录单体和聚合物的1H-和13C-NMR谱(分别在400MHz和100MHz操作)，用溶剂质子信号作为内部参照标准。
利用尺寸排阻色谱(SEC)的分子量测定
利用四氢呋喃(THF)作为洗脱剂，进行SEC，用于监测聚合物转化并还用于大的转移物质的聚苯乙烯当量分子量测定。在装配Optilab rEX示差折射计(Wyatt TechnologyCorporation，U.S.A.)和Waters HR-4E，以及HR 1柱(Waters Corporation，U.S.A.)的Waters 2695D(Waters Corporation，U.S.A.)分离模块上记录THF-SEC。将该系统在30℃于THF中平衡，THF作为聚合物溶剂和洗脱剂，流速1.0mL/min。制备已知浓度(大约3mg/mL)的聚合物溶液，并使用100微升的进样体积。利用Astra软件(Wyatt TechnologyCorporation，U.S.A.；版本5.3.4.14)完成数据收集和分析。用Mp＝360Da至Mp＝778kDa的聚苯乙烯标准品系列(Polymer Standard Service，U.S.A.)校准柱子。
流变学试验
通过在25℃下，将共聚物溶解于去离子(DI)水中，制备已知浓度(4wt.％-8wt.％)的水凝胶和有机凝胶。在装配8mm直径的板-板几何(plate-plate geometry)的ARES-G2流变仪(TA Instruments，USA)上，完成水凝胶的流变学分析。通过在25℃下，在间隙1.0mm的板之间平衡凝胶，进行测量。在0.2％的受控张力和1.0-100弧度/秒的扫描频率下，收集数据。通过测量各点的剪切储能模量(G’)和损耗模量(G”)，监测聚合物混悬液的胶凝性质。对于剪切稀化研究，作为0.1-10sec-1的切变速率的函数，监测水凝胶的粘度。
水凝胶的扫描电子显微镜(SEM)成像
为了使形态学微扰最小化，通过将样品转移至填充液氮的室中，将水凝胶低温-固定。然后，进行一天的冷冻干燥过程。利用SEM(Jeol JSM-7400F，日本)观察凝胶的形态学。
I.单体的制备
MTC-OH(MW 160.1)的制备
可利用R.C.Pratt等人，Chemical Communications，2008，114-116的方法，制备MTC-OH。
MTC-C6H5(MW 326.2)的制备
将100mL圆底烧瓶加装bis-MPA(7)，(5.00g，37mmol，MW 134.1)、二-(五氟苯基)碳酸酯(PFC，31.00g，78mmol，MW 394.1)，以及用70ml四氢呋喃(THF)清洗的CsF(2.5g,16.4mmol)。起初，反应物是异质的，但是1小时后，形成透明均质的溶液，将溶液搅拌20小时。真空除去溶剂，并将残留物再溶解于二氯甲烷中。将溶液静置大约10分钟，此时，五氟苯酚副产物沉淀，并可定量回收。所述五氟苯酚副产物在五氟苯酚的19F NMR中显示特征性的3个峰，并在GCMS中显示单峰，质量184。用碳酸氢钠、水萃取滤液，并用MgSO4干燥。将溶剂真空蒸发，并将产品重结晶(乙酸乙酯/己烷混合物)，得到MTC-C6F5，为白色晶状粉末。GCMS具有326g/mol质量的单峰。C12H7F5O5的计算的分子量与指定的结构一致。1H-NMR(400MHz在CDCl3中):δ4.85(d,J＝10.8Hz,2H,CHaHb),4.85(d,J＝10.8Hz,2H,CHaHb),1.55(s,3H,CCH3).
MTC-BnCl(MW 298.7)的制备
将烧瓶加装MTC-C6F5(10g，30.6mmol)、对氯甲基苄醇(4.8g，30.6mmol)、质子海绵(2g，9.3mmol)和THF(30mL)。将反应混合物搅拌12小时，然后直接加入到硅胶柱上。利用乙醚作为洗脱剂分离产品，得到7.45g(81％)白色晶状粉末。
MTC-PrCl(MW 236.65)的制备
利用标准操作，用草酰氯将MTCOH(8.82g，55mmol)转化成为MTCOCl。在装配搅拌棒的干燥250mL圆底烧瓶中，将形成的中间体溶解于150mL干燥二氯甲烷中。在氮气流下，附加加料漏斗，其中填充有3-氯丙醇(4.94g，4.36mL，52.25mmol)、吡啶(3.95g，4.04mL，55mmol)和50mL干燥二氯甲烷。利用冰浴，将烧瓶冷却至0℃，并在30分钟内滴加顶部溶液。将形成的溶液再搅拌30分钟后，除去冰浴，并在氮气气氛下，将溶液再搅拌16小时。将粗产品MTC-PrCl直接施用至硅胶柱上，并用100％二氯甲烷洗脱，分离产品。移出产品流分，并蒸发溶剂，得到产品，为灰白色油状物，一旦静置，其结晶。产率11g(85％).1H-NMR(CDCl3)δ:4.63(d,2H,CH2),4.32(t,2H,CH2),4.16(d,2H,CH2),3.55(t,2H,CH2),2.09(m,2H,CH2),1.25(s,3H,CH3).
5-甲基-5-(3-溴丙基)氧基羧基-1,3-二氧六环-2-酮(MTC-PrBr)(MW281.10)的制备
利用3-溴-1-丙醇作为醇，通过用于MTCOPrCl的操作，以45mmol的规模，制备MTCOPrBr。经柱色谱纯化产品，并随后结晶，得到白色结晶(6.3g，49％)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ4.69(d,2H；CH2OCOO),4.37(t,2H；OCH2),4.21(d,2H；CH2OCOO),3.45(t,2H；CH2Br),2.23(m,2H；CH2),1.33(s,3H；CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ171.0,147.3,72.9,63.9,40.2,31.0,28.9,17.3.
MTC-VitE单体的制备
用几滴DMF，将MTC-OH(3.08g，19.3mmol)溶解于无水THF(50mL)中。然后，滴加草酰氯(3.3mL，39.4mmol)，并将反应混合物在氮气流下搅拌1小时后，真空除去挥发物。将得到的灰白色固体物加热至65℃，保持2-3分钟，以除去任何残留试剂和溶剂，得到酰氯中间体MTC-Cl。将该固体物再溶解于干燥的二氯甲烷(50mL)中，并利用冰浴，冷却至0℃。随后，历经30min，滴加α-生育酚(8.30g，19.3mmol)和干燥三乙胺(3mL，21.6mmol)在干燥二氯甲烷(50mL)中的溶液。将混合物升温至环境温度，并再搅拌18小时。除去溶剂后，得到粗固体物，并将其经柱色谱利用硅胶进行纯化。最初，用己烷作为洗脱剂，之后，温和增加极性，最终用50％乙酸乙酯结束。利用二氯甲烷/乙酸乙酯(4:1)，完成第二次色谱分离，以得到高纯度的所需产物，为白色固体物(6.05g,53％)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ4.92(d,2H,J＝10.8Hz,MTC-CH2),4.34(d,2H,J＝10.8Hz,MTC-CH2),2.59(d,2H,J＝6.7Hz,四氢吡喃-CH2),2.09(s,3H,Ar-CH3),2.00(s,3H,Ar-CH3),1.96(s,3H,ArCH3),1.70–1.90(m,2H),1.00–1.60(重叠峰,27H),0.80–0.90(m,12H,4×CH3，在疏水尾部)。
II.阳离子聚合物的制备
实施例1-8.采用MTC-PrBr和MTC-BnCl前体作为阳离子亚单位、MTC-VitE作为疏水共聚单体、苄醇(BnOH)作为引发剂和DBU/硫脲作为催化剂，制备随机阳离子共聚物。用三甲胺完成季化。流程1中显示反应序列。
流程1.
阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(即m':n'是1:30)的制备是代表性的。在手套箱中在含有磁力搅拌棒的20mL小瓶中，将MTC-BnCl(608.8mg，2.04mmol，30equiv.)、MTC-VitE(40.0mg，68微摩尔，1.0equiv.)和TU(25.2mg，68微摩尔，1.0equiv.)溶解于二氯甲烷(3mL)中。向所述溶液中，加入苄醇(BnOH)(7.0微升，68微摩尔，1.0equiv.)，随后加入DBU(10.2微升，68微摩尔，1.0equiv.)，以引发聚合。将反应混合物在室温下搅拌20分钟，并通过加入过量(～20mg)的苯甲酸淬灭。然后，将混合物沉淀于冰冷的甲醇(50mL)中，并在–5℃离心30分钟。将产生的半透明油状物真空干燥，直到得到泡沫状白色固体。完成该中间体的GPC分析，并没有进一步纯化即使用所述聚合物。随后，将聚合物溶解于乙腈中，转移至Teflon-塞子可密封的管中，并冷却至0℃。加入三甲胺，以启动季化过程。将反应混合物于密封管中、在室温下搅拌18小时。反应过程中，观察到油状物沉淀。将混合物在真空下抽空至干，并冷冻干燥，最终产生白色脆的泡沫状固体。利用1H NMR表征最终聚合物，测定最终组成和纯度。
形成阳离子聚合物的聚合通常是有效的，并具有适度高的产率。对于MTC-BnCl，在30分钟内淬灭反应。MTC-PrBr反应通常需要高达4小时。将所有季化前的聚合物进行GPC分析，并且它们都是单峰，具有PDI<1.3，表明良好-控制的聚合。最终季化的聚合物的质子NMR分析还与配方(formulations)一致。
表6列出用MTC-VitE和BnOH引发剂制备的阳离子随机共聚物、其聚合度(DP)、季化剂、CMC以及各阳离子亚单位的总碳数。对于表6中的各聚合物，m'＝1。
表6.
a“无”意指未保护聚碳酸酯链的末端羟基。
b N.D.意指未测定。
c实际的，根据1H NMR分析测定的。
表7列出利用MTC-VitE制备的阳离子随机共聚物的分析性质。
表7.
a对季化之前的共聚物进行GPC
III.三嵌段共聚物的制备
根据流程2，利用DBU/硫脲催化剂组合，实现通过聚乙二醇(HO-PEG-OH)引发的MTC-VitE有机催化的开环聚合(ROP)。
流程2
用MTC-VitE的开环聚合(ROP)是不完全的，转化效率是大约60％。通过用乙醚重复沉淀，除去过量的单体和试剂。通过PEG的OCH2-CH2峰与MTC-VitE疏水尾上四个CH3峰比较，确定聚合物的最终组成。通过改变MTC-VitE部分的量，可以调整聚合物的疏水性。通过改变HO-PEG-OH长度，可以调整亲水性。未将三嵌段共聚物封端。
实施例9-14.实施例11VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25的形成是代表性的。在手套箱中的含有磁力搅拌棒的20mL小瓶中，将MTC-VitE(58.9mg，100微摩尔，4.0当量)、HO-PEG-OH(Mn＝20kDa，500mg，25微摩尔，1.0当量)和TU(9.3mg，25微摩尔，1.0当量)溶解于二氯甲烷(4mL)中。向所述溶液中，加入DBU(3.7微升，25微摩尔，1.0当量)，以引发聚合。将反应混合物在室温下搅拌，并取样品的等分试样，以通过1H NMR波谱和SEC检测单体转化和分子量的发展。120分钟后，通过加入过量(～20mg)的苯甲酸淬灭反应混合物，并沉淀于冰冷的乙醚(2×50mL)中。将产生的聚合物在小瓶中干燥大约1-2天，直到得到恒定的样品质量，为白色粉末。
表8总结利用流程2形成的三嵌段共聚物.
表8.
a来自供应商的数均分子量数据
b基于1H NMR波谱
c PEG的重量分数，fPEG＝MnPEG/(MnPEG+(2×DP×588.83))
表9列出所述三嵌段共聚物的分析。
表9.
IV.水凝胶和有机凝胶的制备
空白水凝胶的制备.
实施例15.在25℃，将VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)溶解于HPLC级水(1ml)中，以形成4wt.％水凝胶。
实施例16.在25℃，将VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(80mg)溶解于HPLC级水(1ml)中，以形成8wt.％水凝胶。在4小时内形成凝胶。
实施例17.在环境温度，将VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(40mg)溶解于HPLC级水(1ml)中，以形成4wt.％水凝胶。在4小时内形成凝胶。
实施例18.在环境温度，将VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(80mg)溶解于HPLC级水(1ml)中，以形成8wt.％水凝胶。在4小时内形成凝胶。
空白ABA有机凝胶的制备.
实施例19.通过将VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5(20mg)溶解于KOLLIPHOR RH40(200微升)中，并在1400rpm搅拌下，将混合物在85℃加热1小时。然后，在搅拌下，将HPLC级水(10微升)加入到有机凝胶中。
实施例20.将实施例19的方法用于制备VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5的10wt.％有机凝胶。
ABA共聚物/烟酸钠水凝胶的制备.
实施例21.将烟酸钠以3g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。然后，在25℃将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成基于水凝胶总重量计含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠的水凝胶。
实施例22.将烟酸钠以3g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。然后，在25℃将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(80mg)中，以形成基于水凝胶总重量计含有8wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠的水凝胶。
实施例23.将烟酸钠以3g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。然后，在环境温度下，将所述溶液(1ml)加入到VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(40mg)中，以形成基于水凝胶总重量计含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和0.3wt.％烟酸钠的水凝胶。
ABA共聚物/赫赛汀水凝胶的制备
实施例24.将抗体赫赛汀以10g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。然后，在环境温度下，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成基于水凝胶总重量计含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀的水凝胶。
实施例25.将抗体赫赛汀以10g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。然后，在25℃下，将所述溶液(1ml)加入到VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(40mg)中，以形成基于水凝胶总重量计含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和1.0wt.％赫赛汀的水凝胶。
抗微生物ABA三嵌段/多西环素有机凝胶的制备
为了制备抗微生物有机凝胶，首先通过在85℃下加热，将三嵌段共聚物溶解于KOLLIPHOR RH40中。在细胞培养罩中，将多西环素单独溶解于过滤的HPLC水中。然后，将两种溶液在室温下混合在一起，以形成有机凝胶。
实施例26.将VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5(20mg)溶解于KOLLIPHOR RH40(200微升)中，在85℃加热，并在1400rpm下，搅拌1小时。此后，加入多西环素溶液(200g/L在HPLC级水中)(10微升)，并搅拌，以形成基于水凝胶总重计含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和1wt.％多西环素的有机凝胶。
实施例27.将VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5(20mg)溶解于KOLLIPHOR RH40(200微升)中，在85℃加热，并在1400rpm下，搅拌1小时。此后，加入多西环素溶液(200g/L，在HPLC级水中)(10微升)，并搅拌，以形成基于水凝胶总重计含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5和1wt.％多西环素的有机凝胶。
ABA三嵌段/阳离子聚合物水凝胶的制备
为了制备该抗微生物水凝胶，首先通过在25℃下，于生物安全柜(bio-hood)中，将阳离子聚合物溶解于过滤的HPLC水中。然后，将形成的溶液加入到三嵌段共聚物固体中，以溶解，并在室温下静置。
实施例28.将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(1mg)用无菌HPLC级水(1ml)溶解，形成1g/L浓度的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，并使其在环境温度静置4小时，以形成载有阳离子聚合物的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％VE/BnCl(1:30)。
实施例29.将阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)(1mg)用无菌HPLC级水(1ml)溶解，以形成1g/L浓度的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，并使其在环境温度静置4小时，以形成载有阳离子聚合物的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％VE/PrBr(1:30)。
含有氟康唑的两种和三种组分的水凝胶的制备
实施例30.在25℃下，将氟康唑(0.5mg)以0.5g/L的浓度，溶解于无菌HPLC级水(1ml)中。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成载有氟康唑的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.05wt.％氟康唑(500mg/L)。
实施例31.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.156mg)(对于白色念珠菌(C.albicans)，0.5MBC＝156mg/L)和氟康唑(0.01mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)和0.001wt.％氟康唑。
实施例32.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有0.25MBC(对于白色念珠菌，78mg/L)阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.078mg)和氟康唑(0.04mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.0078wt.％VE/BnCl(1:30)和0.004wt.％氟康唑。
含有多西环素的两种和三种组分的水凝胶的制备
实施例33.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.0156mg)和多西环素(0.0025mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.00156wt.％VE/BnCl(1:30)和0.00025wt.％氟康唑。
实施例34.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.0156mg)和多西环素(0.005mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.00156wt.％VE/BnCl(1:30)和0.0005wt.％氟康唑。
实施例35.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.0312mg)和多西环素(0.0025mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.00312wt.％VE/BnCl(1:30)和0.00025wt.％氟康唑。
实施例36.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.0312mg)和多西环素(0.0025mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.00312wt.％VE/BnCl(1:30)和0.00025wt.％氟康唑。
在对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的MBC浓度制备的水凝胶
实施例37.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.156mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30)。
实施例38.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)(0.625mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)。
实施例39.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.3125mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.03125wt.％VE/BnCl(1:30)。
实施例40.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)(0.25mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.025wt.％VE/PrBr(1:30)。
实施例41.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)(0.313mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0313wt.％VE/BnCl(1:30)。
实施例42.在25℃，于无菌HPLC级水(1ml)中，制备含有阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)(0.625mg)的溶液。然后，将所述溶液(1ml)加入到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(40mg)中，以形成负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30)。
含有氟康唑的其他两种和三种组分的水凝胶
实施例43.根据实施例30的通用方法，制备负载氟康唑的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％氟康唑(500mg/L)。
实施例44.根据实施例31的通用方法，制备负载的水凝胶，基于水凝胶的总重计，其含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、0.3wt.％VE/BnCl(1:30)和0.3wt.％氟康唑。
表10列出水凝胶和有机凝胶组成。
表10.
VI.药物溶液的制备
赫赛汀溶液的制备
对于细胞培养研究，利用无菌HPLC级水，以下述浓度：0.005、0.02、0.1、0.5、1和5g/L，将赫赛汀溶解。
氟康唑溶液的制备
对于抗微生物研究，利用无菌HPLC级水，将氟康唑以适当浓度溶解。例如通过向氟康唑的储备溶液(1g/L)中，加入无菌HPLC级水，形成含有5mg/L氟康唑的溶液。
VII.性质
流变学特征
在装配8mm直径的板-板几何结构(plate-plate geometry)的ARES-G2流变仪(TAInstruments，USA)上，进行水凝胶的流变学分析。通过在25℃，于1.0mm间隙的板之间平衡水凝胶，进行测量。在0.2％的受控张力和1.0-100rad/sec的扫描频率下，收集数据。在各点测量水凝胶的剪切储能模量(G′)和损耗模量(G″)。对于剪切稀化研究，作为0.1-10sec-1的剪切速率函数，监测水凝胶的粘度。自储能模量G′，利用下式计算有效交联间的摩尔重量Mc：
G′＝ρRT/Mc
其中，ρ是聚合物浓度[g/m3]，R是摩尔气体常数，且T是绝对温度。
通过施用100％的高张力200秒，并以1rad/sec的恒频，监测G’和G”的变化，研究网状结构断裂后，水凝胶弹性模量的恢复。
扫描电子显微镜(SEM)成像
为了使形态学微扰最小化，通过将样品转移至填充液氮的室中，将水凝胶低温-固定。然后，进行一天的冷冻干燥处理。利用扫描电子显微镜(SEM)(Jeol JSM-7400F，日本)，观察胶体的形态学。
水凝胶中烟酸钠的体外释放
利用透析方法，研究水凝胶中烟酸钠的释放。将含有0.5mL凝胶、具有500Da分子量筛截(MWCO)的透析膜管浸于25ml释放介质(即PBS(pH7.4))中。将其在水浴中、于100rpm、37℃下振荡。以指定时间间隔，移出0.5mL释放介质，并用新鲜介质替换。将已移出的介质与HPLC流动相混合，该流动相由99:1的体积比的50mM KH2PO4(调至pH 7.0)和甲醇构成。利用高效液相色谱(HPLC，Waters 996PDA检测器，U.S.A.)在220nm UV波长，分析药物含量。
水凝胶中赫赛汀的体外释放
将载有赫赛汀的水凝胶转移至Transwell小室(Transwell inserts)(科宁，U.S.A.)中。然后，将小室浸于25ml释放介质(即，PBS(pH 7.4))中。将其在水浴中、于100rpm、37℃下振荡。以指定时间间隔，移出0.1mL释放介质，并用新鲜介质替换。利用蛋白质定量化BCA分析(Pierce，U.S.A.)，将释放的赫赛汀的量定量。
有机凝胶中多西环素的体外释放
将负载多西环素的有机凝胶转移至Transwell小室(科宁(Corning)，U.S.A.)中。然后，将小室浸于25ml释放介质(即，PBS pH 7.4或在PBS pH7.4中的1×104U/L脂肪酶溶液)中。将其在水浴中、于100rpm、37℃下振荡。以指定时间间隔，移出1.0mL释放介质，并用新鲜介质替换。每次过夜培养后，将释放介质完全与新鲜介质交换，以维持脂肪酶的活性。将收集的介质与HPLC流动相混合，所述流动相由30:70的体积比的25mM KH2PO4:乙腈(调至pH 3.0)构成。利用高效液相色谱(HPLC,Waters 996PDA检测器,U.S.A.)，在260nm UV波长下，分析药物含量。
利用MTT测定法的水凝胶的细胞毒研究
以2×104细胞/孔的密度，将人皮肤成纤维细胞接种于96-孔板上，并在100微升生长培养基中培养。然后，将板子放回培养器中，保持24小时，以在处理前，达到70％-80％的汇合。当实现需要的细胞汇合时，从各孔中除去用过的培养基，并用50微升新鲜培养基和50微升水凝胶置换，并培养24小时。将各条件以一式四份测试。当完成处理后，除去培养基，并加入10微升MTT溶液和100微升新鲜培养基。然后，将板子放回培养器中，并于5％CO2、37℃下再保持3小时。然后，除去生长培养基和过量的MTT。然后，向各孔中加入150微升DMSO，以溶解陷入的(internalized)紫色甲晶体。从各孔中取100微升的等分试样，并转移至新的96-孔板中。然后，利用微量培养板读数器(microplate reader)(Tecan，U.S.A.)，将板子在550nm测试，并且参照波长是690nm。甲晶体的吸光度读数应是550nm的吸光度减去690nm的吸光度。将结果表示为未进行任何处理的对照细胞吸光度的百分数。
利用MTT测定法的有机凝胶细胞毒研究
以6×104细胞/孔的密度，将人皮肤成纤维细胞接种于24-孔板上，并在500微升生长培养基中培养。然后，将板子放回培养器中，保持24小时，以在处理前，达到70％-80％的汇合。当实现需要的细胞汇合时，从各孔中除去用过的培养基，并用500微升新鲜培养基置换。然后，将50微升有机凝胶加入到Transwell小室(科宁，U.S.A.)中，并浸于培养基中。然后，将细胞用有机凝胶培养24小时。将各条件一式三份测试。当完成处理后，除去培养基，并加入10pl MTT溶液和各100微升新鲜培养基。然后，将板子放回培养器中，并于5％CO2、37℃下保持3小时。然后，除去各孔中的生长培养基和过量的MTT。然后，向各孔中加入600微升DMSO，以溶解陷入的紫色甲晶体。从各孔中取100微升的等分试样，并转移至新的96-孔板中。然后，利用微量培养板读数器(Tecan，U.S.A.)，将板子在550nm测试，并且参照波长是690nm。甲晶体的吸光度读数应是550nm的吸光度减去690nm的吸光度。将结果表示为未进行任何处理的对照细胞吸光度的百分数。
水凝胶和有机凝胶的力学性质
利用动态力学分析，观察两亲性共聚物的浓度、疏水/亲水平衡和化学组成的影响。聚合物浓度强烈影响水凝胶的储能模量G’。图1A-1D是显示空白水凝胶力学性质的图。图1A是显示空白水凝胶贮能(G’)与损失(G”)模量的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％和8wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(分别是实施例15和实施例16)。图1B是显示空白水凝胶贮能(G’)与损失(G”)模量的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％和8wt.％的VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(分别是实施例17和实施例18)。图1C是显示空白水凝胶的粘度对剪切速率的依赖的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％和8wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(分别是实施例15和实施例16)。图1D是显示空白水凝胶的粘度对剪切速率的依赖的图，所述空白水凝胶在HPLC级水中含有4wt.％和8wt.％的VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(分别是实施例17和实施例18)。
如图1A中所示，倍增浓度(4至8wt.％)产生4-10倍的更高G’值。特别是，8wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5凝胶具有大约12000Pa的储能模量G’，与4wt.％凝胶(G’1400Pa)相比，其大将近10倍。在更高的聚合物浓度，可以发现聚合物的疏水和亲水部分间的平衡对凝胶刚性的影响。在HPLC级水中的8wt.％浓度下，MTC-VitE亚单位从1.25增加至2.5，致使储能模量G’从大约5000Pa增加至大约12000Pa。测定物理交联间的分子量Mc，将其总结于表11中。随着聚合物浓度的增加，水凝胶显示更小的Mc值，其相应于交联之间更小的分子量和更高的交联密度。
表11.
图1C(实施例15和16)和图1D(实施例17和18)在25℃的水凝胶粘度对剪切速率的依赖清楚表明凝胶的剪切稀化性质。随着剪应力的施加，聚合物链间物理交联的破坏产生剪切稀化。对于局部和注射应用，剪切稀化是合乎需要的。
图1E是显示10wt.％有机凝胶的粘度对剪切速率的依赖，该有机凝胶是在KOLLIPHOR RH40中用VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5(实施例19)和VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5(实施例20)制备的。在低的剪切速率下，有机凝胶显示高粘性，表明坚固、主体良好的结构。随着剪切速率增加，凝胶的粘度急剧降低，以至于成为稀薄的液体。这表明有机凝胶可以在皮肤上良好延展，用于治疗化合物的局部递送。
为了水凝胶可用作注射用药物贮库，必需的是当剪切力终止时，低粘度溶液相快速形成凝胶。为了研究所述性质，将动态步阶应变振幅测试(γ＝0.2或100％)施用在HPLC级水中的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(4wt.％)水凝胶上(实施例15，图2中标记-赫赛汀)和负载赫赛汀的水凝胶上(实施例24，图2中标记+赫赛汀)。图2的图显示在小张力(γ＝0.2％)时，起始G’是大约1400Pa。当在25℃进行高张力(γ＝100％)时，G’值立即降低超过20倍，降至～67Pa。在25℃，200秒持续应力后，张力恢复至γ＝0.2％，且G’立即恢复至大约1400Pa，无任何损失。所述动态步阶应变振幅测试模拟在25℃，临床向皮下组织中给药期间的推压动作。对于用于递送治疗剂的注射基质，所述水凝胶的流变学行为的可逆性是有利的。
水凝胶的SEM成像
在去离子(DI)水中形成水凝胶，并迅速转移至填充液氮的室中。将冷冻的水凝胶冷冻干燥一天，然后成像。水凝胶的扫描电子显微(SEM)图像(图3A-3D)显示水凝胶网状结构的横切面形态学和多孔性受聚合物浓度、疏水/亲水平衡和化学组成的强烈影响。(图3A和3B分别是在HPLC级水中的4wt.％(实施例15)和8wt.％(实施例16)浓度的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25空白水凝胶的SEMS。(图3C和3D分别是在HPLC级水中的4wt.％(实施例17)和8wt.％(实施例18)浓度的VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5的空白水凝胶的SEMS。长的柔软纤维以大比率存在于VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和的4wt.％水凝胶中－长的柔软纤维以大比率存在于VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(图3A)和VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(图3C)的4wt.％水凝胶中，并且这最可能归因于PEG链的缠绕。这些长的柔软纤维在直径方面自大约0.1微米至大约1微米变化)。纳米化的(<1微米)球状结构可沿着纤维的长度而发生，这可能是聚合物自组装过程中形成的胶束。在8wt.％浓度，水凝胶看起来像纳米相分离的海绵结构(图3B和3D)。海绵结构的多孔性在不同聚合物浓度看起来是不同的。与8wt.％的水凝胶相比，在4wt.％，水凝胶看起来是更多孔的。
药物自水凝胶和有机凝胶的释放
图4A是标绘烟酸钠自负载的水凝胶的释放率的图，所述负载的水凝胶是实施例21(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠)、实施例22(含有8wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％烟酸钠)和实施例23(含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和0.3wt.％烟酸钠)。通过在37℃，将水凝胶浸于磷酸盐缓冲液(PBS)(pH7.4)中并随时间测量PBS溶液中烟酸盐的浓度，研究负载的水凝胶。更高的三嵌段共聚物浓度产生明显更慢的烟酸钠自水凝胶的释放(图4A)，这可能归因于凝胶基质更低的多孔性，更低的多孔性产生药物分子通过凝胶的更慢的扩散。共聚物的疏水/亲水平衡也影响释放性质。根据图4A，与4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(实施例21)相比，4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(实施例23)显示更快的烟酸钠的释放。未受理论束缚，这可能是由于VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5的较低亲水性，较低亲水性可使聚合物和烟酸钠分子间产生较低程度的分子内氢键。
在释放性质中，大生物分子显示类似的趋势。图4B是标绘赫赛汀自负载的水凝胶实施例24(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)和实施例25(含有4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5和1.0wt.％赫赛汀)的释放率的图。观察到赫赛汀释放率的巨大差异。48小时内，90％的蛋白质自4wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5(实施例25)水凝胶释放，而自VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(实施例24)凝胶的相同量的释放在312小时内完成。
通过将有机凝胶浸于PBS中，并随时间测量PBS溶液中多西环素的浓度，观察多西环素(DXY)的释放。将脂肪酶加入到释放介质中，以加速有机凝胶的降解。图4C是标绘有或者无脂肪酶条件下，多西环素(DXY)自有机凝胶实施例26(含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和1.0wt.％多西环素)和实施例27(含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5和1.0wt.％多西环素)的释放率的图。直到77小时，当接近20％更多的抗生素释放入具有VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5(实施例26)和VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5(实施例27)的含有酶的介质中时，脂肪酶的存在未引起多西环素释放的增加。在脂肪酶存在下，可能已发生有机凝胶的降解，致使类似量的抗生素(～75％)自两种聚合物中释放。77小时后，药物的多个峰显示在HPLC图谱中，表明药物降解。未进行进一步测量。
体外生物相容性研究
通过在水凝胶和有机凝胶存在下，将人皮肤成纤维细胞(HDF)培养24小时，评价水凝胶的体外生物相容性。图5是显示用空白水凝胶实施例15和16(分别含有4wt.％和8wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，以及空白水凝胶实施例17和18(分别含有4wt.％和8wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5)处理细胞后，存活的HDF细胞的百分比的棒图。较低浓度(4wt.％)的水凝胶对细胞不产生任何毒性。然而，8wt.％VitE2.5-PEG(20k)-VitE2.5水凝胶(实施例18)的细胞存活率是大约75％。不受理论束缚，所述可能归因于水凝胶的高度刚性(G’～12000)和较低多孔性(参见图3D)，其可导致更慢的营养素向细胞扩散以及代谢产物自细胞环境的排除。
图6是显示用空白有机凝胶实施例19(含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5)、负载多西环素的水凝胶实施例26(含有10wt.％VitE6.5-PEG(20k)-VitE6.5和1wt.％多西环素)、空白有机凝胶实施例20(含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5)以及负载多西环素的水凝胶实施例27(含有10wt.％VitE8.5-PEG(20k)-VitE8.5和1wt.％多西环素)处理细胞后，存活的人皮肤成纤维细胞(HDF)百分比的棒图。
经水凝胶释放的赫赛汀对各种细胞株的细胞毒性
针对HER2/neu-过表达人乳腺癌BT474细胞、低HER2/neu-过表达人乳腺癌MCF7细胞和人皮肤成纤维细胞(HDF)测试负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，以观察治疗特异性，以及水凝胶的体外生物相容性。HER2/neu还称作c-erbB-2。
以6×104细胞/孔的密度，将人皮肤成纤维细胞、MCF7和BT474细胞接种于24-孔板上，并在50微升生长培养基中培养。然后，将板子放回培养器中，保持24小时，以在处理前，达到～70％的汇合。当实现需要的细胞汇合时，从各孔中除去用过的培养基，并用500微升新鲜培养基和50微升水凝胶在Transwell小室中置换，并培养48或120小时。将各条件一式四份测试。当完成处理后，除去培养基，并加入50微升MTT溶液和500微升新鲜培养基。然后，将板子放回培养器中，并于5％CO2、37℃下再保持3小时。然后，在各孔中除去生长培养基和过量的MTT。然后，向各孔中加入600微升DMSO，以溶解陷入的紫色甲晶体。从各孔中取100微升的等分试样，并转移至新的96-孔板中。然后，利用微量培养板读数器(Tecan，U.S.A.)，将板子在550nm测试，并且参照波长是690nm。甲晶体的吸光度读数应是550nm的吸光度减去690nm的吸光度。将结果表示为未进行任何处理的对照细胞吸光度的百分数。
图7是显示用下述负载赫赛汀的水凝胶或溶液处理细胞后，作为赫赛汀浓度的函数的存活的HER2/neu-过表达人乳腺癌BT474细胞百分比的棒图：(a)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理48小时，(b)赫赛汀溶液，处理48小时，(c)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理120小时，和(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度进行。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。图7显示对于赫赛汀而言对BT474细胞施加足够的杀伤作用，48小时的处理是不够的。甚至在最高的赫赛汀测试浓度(即，5g/L)，大约65％的BT474细胞仍然保持存活。有趣的是当处理延长至120小时，利用水凝胶递送的赫赛汀的IC50剧烈降低至0.02g/L，然而空白水凝胶具有最小的细胞毒性。IC50是半数最大抑制浓度，并且是将指定生物过程(或者过程的组分即酶、细胞、细胞受体或微生物)抑制一半，需要多少具体药物或其他物质(抑制剂)的定量量度。赫赛汀溶液制剂的IC50是更低的，<0.005g/L。不受理论束缚，水凝胶制剂更高的IC50值可能是由于赫赛汀自水凝胶的释放动力学。到第5天(即120小时)，释放赫赛汀起始量的大约50％，并且此外，历经5-天的一段时间，与赫赛汀溶液的推注递送相比，蓄积的细胞毒作用也将降低。在杀害BT474细胞方面，在高赫赛汀浓度(≥1g/L)，负载赫赛汀的水凝胶是高效的，其中在120小时内，杀灭大于70％的细胞。药代动力学研究已显示赫赛汀具有6.2-8.3天的半衰期，并且赫赛汀自水凝胶的持续缓释模式保持超过两周，可以预期水凝胶将能在体内递送持续的抗体供给，并根除HER2+肿瘤。
图8是显示当用下述负载赫赛汀的水凝胶或溶液处理后，作为赫赛汀浓度的函数的MCF7细胞的存活力的棒图：(a)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理48小时，(b)赫赛汀溶液，处理48小时，(c)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理120小时，和(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度进行。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。对于MCF7细胞，用水凝胶或溶液制剂递送的赫赛汀显示可忽略不计的细胞毒作用，甚至在高达5g/L的赫赛汀浓度处理120小时后，超过80％的细胞存活。所述显示赫赛汀处理对HER2/neu-过表达癌细胞是特异性的。
图9是显示当用下述负载赫赛汀的水凝胶或溶液处理后，作为赫赛汀浓度的函数的人皮肤成纤维细胞(HDF)存活力的棒图：(a)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理48小时，(b)赫赛汀溶液，处理48小时，(c)负载赫赛汀的水凝胶(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)，处理120小时，和(d)赫赛汀溶液，处理120小时，各自利用0.0005wt.％、0.002wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％和0.5wt.％的赫赛汀浓度进行。利用实施例24的方法，制备负载赫赛汀的水凝胶。在5g/L，处理120小时后，抗体溶液显示轻微的对HDF的细胞毒性。可能的是赫赛汀与HDR细胞上表皮生长因子受体(EGFR/ErbB)相互作用引起对HDF细胞增殖的轻微阻碍。由于赫赛汀的持续释放(120小时后，仅～60％赫赛汀自凝胶释放)，负载赫赛汀的水凝胶在5g/L不显示显著的细胞毒性。此外，即使在处理120小时后，空白水凝胶对HDF不显示细胞毒性，表明体外生物相容性。
体内生物相容性和凝胶降解研究
对于维生素E-功能化聚合物水凝胶作为药物递送的贮库，关键的是在体内水凝胶是生物相容的。为了评价所述性质，在小鼠中，进行空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)的皮下注射。
根据动物管理和使用委员会(IACUC)批准的方法，在新加坡的生物资源中心，进行所有动物实验。将重20g-25g的雌性BALB/c小鼠皮下注射150微升空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)。在预定时期，将小鼠处死，并分离水凝胶，及其周围组织。对于组织学检查，利用标准技术，将样品固定于4％中性福尔马林缓冲液中，然后用苏木素/曙红(H&E)染色。为了鉴定位于皮下组织和水凝胶中的炎症细胞，利用识别白细胞表面共同抗原(CD45)的单克隆大鼠抗小鼠抗体CD45R(BD Biosciences，U.S.A.)进行免疫组织化学染色。将载玻片用苏木素/曙红(H&E)复染，以观察细胞核，并利用立体显微镜(Nikon，U.S.A.)检查。
在注射后第1、2、4和6周，检查水凝胶处理的小鼠组织及其周围小鼠组织的组织切片(图10，染色组织的光学显微照片)。注射后两周内，水凝胶大部分保持完整(图10中的箭头)，并且一些炎症细胞(根据虚线圆圈内显示的较深的DAB染色所示)已渗入水凝胶中。在第4周，水凝胶的厚度减少，表明水凝胶的降解。到第6周，水凝胶已大部分降解，并且水凝胶中和周围组织中，CD45-阳性细胞数显著降低。该白细胞(炎症介导细胞)数的显著降低表明随着水凝胶的施用，仅轻微体内组织反应发生，并且炎症反应仅是暂时的，且不发展为慢性期。
利用不同制剂递送的赫赛汀的生物分布
为了评价其生物分布，首先利用ALEXA FLUOR 790(Invitrogen，U.S.A.)标记赫赛汀。将含有四氟苯基(TFP)酯基团的ALEXA FLUOR染料以15:1的摩尔比率加入到抗体中。将反应在室温下进行30分钟。经超速离心法，完成荧光偶联物的纯化。然后，利用NANODROPND-1000分光光度计(NanoDrop Technologies，U.S.A.)，分析偶联物，并标记度被测定为1.45摩尔ALEXA FLUOR染料/摩尔赫赛汀。
将荷载BT474肿瘤的雌性BALB/c裸鼠用于所述研究。将小鼠分为3组，并施用不同制剂中的赫赛汀：(1)负载赫赛汀的水凝胶实施例24(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25水凝胶和0.5wt.％赫赛汀)(“负载赫赛汀的水凝胶，S.C.”)，(2)在距离肿瘤位置大约1cm处皮下注射的赫赛汀溶液(“赫赛汀溶液，S.C.”)，和(3)静脉内注射的赫赛汀溶液(“赫赛汀溶液，I.V.”)。对于(2)和(3)的制备，将赫赛汀以5g/L的浓度，溶解于HPLC级水中。
将麻醉动物置于加热至37℃的动物板上。利用ICG滤波器对，将近红外荧光成像，并将暴露时间设定为1sec。在施用后第1、2、3、6、8、10和13天，进行扫描。在第13天，将小鼠处死，并将与药物清除和代谢相关的器官，以及肿瘤组织切出，且利用IVIS(Caliper LifeScience，U.S.A.)成像。
图11是一系列小鼠绘图，其显示历经13天的一段时间，小鼠体内ALEXA FLUOR790-标记的赫赛汀的生物分布。利用水凝胶的皮下递送和以溶液静脉内注射间的比较显示皮下注射是更有利的。静脉内注射方法致使赫赛汀主要蓄积于器官例如肾、肝和肺中，但是仅非常少量在肿瘤组织中。当在距离肿瘤位置大约1cm处皮下注射赫赛汀溶液时，与静脉内注射相比，抗体更大程度蓄积在肿瘤。这最可能是由于向肿瘤组织的接近，其保证赫赛汀扩散到肿瘤。然而，赫赛汀仍能进入循环系统，并经历与静脉施用类似的生物分布。另一方面，水凝胶制剂提供赫赛汀的局部递送，这使大量的赫赛汀蓄积在肿瘤，且非常少量的在其他器官。各种制剂的生物分布模式将可能影响其抗肿瘤效果。
VIII.体内抗肿瘤效力
为了理解经不同施用途径的赫赛汀递送的治疗效力，在荷载BT474-肿瘤的小鼠模型中，将皮下注射(S.C.)的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1wt.％赫赛汀)与静脉内(I.V.)和皮下施用的赫赛汀溶液进行比较。将小鼠分成5组，包括：在第一天用HPLC级水治疗(第0天)的注射对照(S.C.)；静脉内递送的赫赛汀溶液(I.V.)；皮下(S.C.)递送的赫赛汀溶液；皮下(S.C.)递送的空白水凝胶(实施例15)和皮下(S.C.)递送的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)。通过利用HPLC级水，以5g/L溶解赫赛汀，制备赫赛汀溶液。在距离肿瘤位置大约1cm处，将每只小鼠进行一次皮下注射。对于所有制剂，赫赛汀的施用剂量是30mg/kg、150微升。
将重18g-22g的雌性BALB/c裸鼠，皮下注射200微升含有5×106BT474细胞的细胞混悬液(与基质胶1:1)(BD Biosciences，U.S.A.)。接种三周(当肿瘤体积是100mm3-120mm3)后，将荷载肿瘤的小鼠随机分为几组(每组7-10只小鼠)。
在第一次试验中，将第1组小鼠用作非处理的对照，将第2组和第3组小鼠分别给予HPLC级水中的赫赛汀溶液(浓度1.25g/L)的静脉(30mg/kg)和皮下(150微升)注射，第4组和第5组分别是空白水凝胶实施例15(4wt.％的VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)和负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)的皮下注射(150微升,30mg/kg)，在距离肿瘤位置大约1cm处。将所有小鼠仅在治疗第一天(第0天)注射一次。
在第二试验中，将第1b组小鼠用作非处理对照，第2b组和第3b组小鼠分别给予4剂量的每周静脉和皮下注射赫赛汀(4x 10mg/kg)，并将第4b组小鼠分别以40mg/kg的剂量，仅在治疗第一天(第0天)皮下注射一次负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)。为了改善的临床关联性，在距离肿瘤～4cm处的远距离位点，进行赫赛汀溶液和负载赫赛汀的水凝胶的皮下注射。利用测径器，在两个正交直径处，测量肿瘤大小，并将体积计算为L×W2/2，其中L和W分别是主要和次要直径。在治疗末期，将双尾Student’s t检验用于统计学上评价肿瘤体积的差异，并将P≤0.05认为表示统计学显著差异。此外，通过监测治疗期间小鼠体重的变化，评价不同制剂的毒性。
图12A是显示利用不同赫赛汀制剂，一次注射后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的体重变化的图，所述制剂包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶”)、静脉内递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(IV，30mg/kg，一次"))、皮下递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(SC，30mg/kg，一次"))，以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“赫赛汀凝胶(SC，30mg/kg，一次”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。治疗期间，所有小鼠未观察到体重损失，表明对所有治疗条件的良好的耐受性。
图12B是显示利用不同赫赛汀制剂，一次注射后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤大小变化的图，所述制剂包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶”)、静脉内递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(IV，30mg/kg，一次"))、皮下递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(SC，30mg/kg，一次"))，以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“赫赛汀凝胶(SC，30mg/kg，一次”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。随时间测量的肿瘤大小表明所述溶液和水凝胶制剂的肿瘤生长抑制是不同的。与对照组相比，用空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25，“空白凝胶”)治疗的小鼠具有类似的平均肿瘤体积(P＝0.56)。所述表明空白水凝胶实施例15不对肿瘤施加任何细胞毒性作用。形成鲜明对比的是，与对照组相比，负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀，"赫赛汀凝胶(SC，30mg/kg，一次")将肿瘤减小大约77％(P＝0.01)。值得注意的是用负载赫赛汀的水凝胶治疗的小鼠是唯一显示肿瘤皱缩的组。通过比较治疗期开始和最后一天的肿瘤大小，可以发现这一点(P<0.001)。此外，与利用静脉内递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(IV，30mg/kg，一次"))或皮下递送的赫赛汀溶液("赫赛汀Sol(SC,30mg/kg,一次"))治疗相比，用水凝胶治疗的抗肿瘤效力是明显更显著的，具有P值<0.005。不受理论束缚，这归因于历经较长的一段时间，含有赫赛汀的水凝胶在肿瘤位置具有更高的局部赫赛汀浓度(如图11中所示)，这使赫赛汀能够对肿瘤细胞施加更大的细胞毒作用。
组织学分析
在赫赛汀制剂注射后第28天，将小鼠处死，并单独地切断和分开肿瘤与正常组织(心、肺、肝和肾)。对于组织学检测，利用标准技术，将样品固定于4％中性福尔马林缓冲液中，然后用苏木素/曙红(H&E)染色。利用末端转移酶dUTP切口末端标记(TUNEL)分析，确定肿瘤样品的凋亡细胞。将载玻片用苏木素复染，以使细胞核显影，并利用立体显微镜检测(Nikon，U.S.A.)。
通过检测凋亡产生的DNA片段，TUNEL分析显示凋亡细胞(作为棕色3,3'-二氨基联苯胺(DAB)着色)。图13是一系列显微照片，其显示利用各种赫赛汀制剂，一次注射后，在第28天，末端脱氧核苷酸转移酶dUTP切口末端标记(TUNEL)染色后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤细胞，所述制剂包括皮下递送的空白水凝胶实施例15(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)(“空白凝胶(S.C.)”)、静脉内递送的赫赛汀溶液(“Her Sol(I.V.)“)、皮下递送的赫赛汀溶液(“Her Sol(S.C."))，以及皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)(“Her Gel(S.C.”))。赫赛汀剂量是30mg/kg。比例尺表示100微米。图13的彩色版的显微照片显示不论所用的制剂，用赫赛汀治疗的肿瘤细胞大部分是细胞凋亡的，表明抗肿瘤机制是基于赫赛汀-诱导的凋亡。H&E染色显示利用负载赫赛汀的水凝胶的治疗使更少的细胞保留。这进一步表明皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶的更高的抗肿瘤效力。
此外，负载赫赛汀的水凝胶的一次皮下注射的抗肿瘤效力与每周静脉内和皮下注射的赫赛汀溶液可比。重要的是，在远位点(距离肿瘤大约4cm)进行皮下注射，以提高研究的临床相关性。在各组中，赫赛汀的总剂量是40mg/kg。在治疗末期，将双尾Student's t检验用于统计学上评价肿瘤体积的差异，并认为P≤0.05表示统计学显著差异。
图14A和14B是显示与皮下递送一次的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)(“赫赛汀凝胶(SC，40mg/kg，一次”)相比，静脉内(“赫赛汀Sol(IV，4x 10mg/kg，一周一次”)和皮下(“赫赛汀Sol(IV，4x 10mg/kg，一周一次”)递送的赫赛汀溶液的四次每周施用后，荷有BT474-肿瘤的小鼠的肿瘤大小(图14A)和小鼠体重(图14B)变化的图。对于用赫赛汀溶液治疗的组，历经28天的一段时间，肿瘤大小保持类似。。
与皮下递送的赫赛汀溶液相比，经皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)提供的肿瘤减小是显著更大的(图14A)。对于赫赛汀溶液组，治疗的整个过程中，肿瘤大小保持类似，而对于水凝胶治疗的组，到治疗末期，肿瘤减小30％(P＝0.03)。对于各测试样品，小鼠体重还保持相对稳定(图14B)。不受理论束缚，水凝胶制剂杰出的抗肿瘤效力可能是归因于水凝胶网状结构提供的保护性环境，其极大减少向可降解赫赛汀的蛋白水解酶的皮下区域的渗透。
治疗早期，皮下注射的负载赫赛汀的水凝胶实施例24(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和1.0wt.％赫赛汀)的抗肿瘤效力是比静脉内注射的赫赛汀溶液明显更显著。到第3天，水凝胶治疗组具有61％的肿瘤皱缩(P<0.001)，而仅治疗开始两周后，溶液治疗组显示肿瘤大小的减少。有趣地，类似于水凝胶-治疗的组，到治疗末期，注射赫赛汀溶液(静脉内)的小鼠显示32％肿瘤皱缩(P＝0.001)。图15是一系列显微照片，其显示赫赛汀的溶液(静脉内和皮下的)制剂和水凝胶(皮下的)制剂注射后第28天，TUNEL染色后，荷有BT474-肿瘤小鼠的肿瘤细胞。比例尺表示100微米。静脉内递送的赫赛汀溶液被标记“HerSol(I.V.，每周一次)”。皮下递送的赫赛汀溶液被标记“Her Sol(S.C.，每周一次)”。皮下递送的负载赫赛汀的水凝胶(实施例24)被标记“Her Gel(S.C.，一次)”。每周一次的赫赛汀施用可保证提供新鲜抗体，进入循环，由此补偿由于身体系统的蛋白水解酶和降解引起的生物活性的丧失。负载赫赛汀的水凝胶的一次注射的治疗效力类似于每周施用的赫赛汀溶液(静脉内)，因为聚合物基质能内含抗体，并以缓释模式释放。对于两种治疗条件，观察到凋亡和癌细胞数的显著减少。对于临床相关性，通过使用水凝胶，注射的频次可大大减少，提供优于其他制剂的更大的施用便利性。
图16是每周一次进行的赫赛汀溶液制剂(静脉内的和皮下的)注射后，以及负载赫赛汀的水凝胶(皮下的)在治疗第一天注射一次后，第28天，H&E染色后，小鼠心脏、肺、肝和肾细胞的一系列显微照片。比例尺表示100微米。从小鼠切除的正常组织(心、肺、肝和肾)的病理学分析表明无毒性。
IX.抗微生物性质
杀伤效率
对于水凝胶的方法：从ATCC获得大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，并根据生产商的方法自冻干形式重构。在37℃、300rpm的恒速振动下，将细菌样品培养于胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)溶液中。在室温、70rpm的恒速振动下，将白色念珠菌培养于酵母培养基中。治疗前，首先将细菌样品接种并培养，以进入对数生长期。为了制备抗微生物水凝胶，首先将阳离子聚合物溶解于置于生物安全柜中的过滤HPLC级水中。然后，将得到的溶液加入到固体三嵌段共聚物中，以溶解，并在室温下静置4小时，以形成水凝胶(实施例28和实施例29)。例如，利用无菌HPLC级水将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)或阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)溶解，以形成各种浓度的聚合物溶液。然后，将所述溶液用于溶解VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25，以形成含有各种浓度阳离子聚合物的4wt.％水凝胶。
对于抗微生物处理，将与各种量的阳离子聚合物混合的50微升水凝胶等分试样置于96-孔微量培养板的孔中。调整细菌溶液的浓度，以在微量培养板读数器(TECAN，瑞士)上得到600nm波长处大约0.07的初始光密度(O.D.)读数，其相应于McFarland 1溶液的浓度(3x 108CFU/mL)。然后，稀释细菌溶液，并向各孔中加入等体积的细菌混悬液(3x 105)。将96-孔板置于37℃、300rpm恒速振动下的培养器中，对于大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，保持18小时。处理后，取样品用于系列10倍稀释，并接种于琼脂平板上。将平板在37℃培养24小时，计数菌落形成单位(CFU)的数量。将用无阳离子聚碳酸酯的水凝胶处理的细菌用作阴性对照，并将各测试重复进行3次。文中的最小杀菌浓度(MBC)定义为清除>99.9％微生物的抗微生物组合物的最低浓度。
对于有机凝胶的方法：从ATCC获得大肠杆菌，并根据生产商的方法自其冻干形式重构。在37℃、300rpm的恒速振动下，将细菌样品培养于胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)溶液中。处理前，首先将细菌样品接种并培养，以进入对数生长期。对于抗微生物处理，将含有1wt.％多西环素的20微升有机凝胶(实施例26和实施例27)加入到无菌小瓶中。调整细菌溶液的浓度，以在微量培养板读数器(TECAN，瑞士)上得到600nm波长处大约0.07的初始光密度(O.D.)读数，其相应于McFarland 1溶液的浓度(3x 108CFU/mL)。然后，稀释细菌溶液，并向各小瓶中加入等体积的细菌混悬液(3x 105)，并在37℃、300rpm恒速振动下培养18小时。处理后，取样品用于系列10倍稀释，并接种于琼脂平板上。将平板在37℃培养24小时，计数菌落形成单位(CFU)的数量。将用KOLLIPHOR RH40处理的细菌用作阴性对照，并将各测试重复进行3次。
药物相互作用的分析
为了评价药物组合(例如阳离子聚合物/多西环素和/或阳离子聚合物/氟康唑)的抗微生物效力，使用分析药物相互作用的棋盘和等效图方法。对于棋盘方法，计算各组合物剂量中各组分的部分抑菌浓度(FBC)。通过计算FBC指数，测定相互作用的类型和程度，FBC指数是组合中的药物的MBC与单独药物的MBC的比率。对于两种相互作用的药物A和B，FBC的和表示相互作用的程度。将协同作用定义为ΣFIC指数≤0.5。将无差别定义为ΣFIC指数>0.5但≤4，并将拮抗作用定义为ΣFIC指数>4.0。对于等效图方法，在MBC水平完成药物相互作用的评价。利用绘图分析，测定各组分产生>99.9％杀伤效率的效果所需要的浓度，并在双座标图表的x和y轴上标绘。画线以连接这两个点，并将其定义为加和线。此后，用不同浓度的组合的药物完成治疗。将提供相同效果的组合中的氟康唑与阳离子聚合物的浓度置于相同曲线上。根据点相对于加和线的位置，测定药物相互作用的效果。当点位于线的下面、线上或线的上面时，分别表示协同作用、相加作用或拮抗作用。
生物膜形成和治疗
在37℃的胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)中，使金黄色葡萄球菌和大肠杆菌生长过夜，并在使用前，用TSB稀释至3×106CFU/ml和3×108CFU/ml。白色念珠菌在室温下的酵母培养基中生长过夜，并在使用前，稀释至3×105CFU/ml。然后，将100微升稀释的细胞混悬液接种到96-孔板的各孔中，并根据其生长速率，培养7-10天。由于生物膜形成速率的不同，将金黄色葡萄球菌和白色念珠菌分别保持于100rpm振动、37℃和50rpm振动、25℃下。将大肠杆菌在37℃、无振动条件下培养。每天用PBS替换培养基，将所述PBS加入，以洗掉浮游生物和附着不紧的细胞，然后用新鲜培养基置换。通过首先除去用过的培养基，进行处理。将生物膜用PBS温和冲洗，以除去浮游生物和附着不紧的细胞。然后，将生物膜用50微升水凝胶组合物培养24小时。
生物量分析
利用结晶紫(CV)染色测定法，分析治疗后剩余的生物量。将用过的培养基和水凝胶温和除去，并将生物膜用PBS温和洗涤，以除去浮游生物细胞。通过向生物膜中加入100微升甲醇并在15min后除去，完成固定。随后，向固定的生物膜中加入100微升结晶紫染色(0.1w/v％)，并培养10分钟。利用HPLC级水彻底冲洗过量的结晶紫。利用200微升33％的冰醋酸提取剩余的结合至生物膜的结晶紫。然后，从各孔中取150微升的等分试样，并转移至新鲜的96-孔板上。然后，利用微量培养板读数器(Tecan，瑞士)，在570nm测量吸光度。
XTT还原测试
水凝胶处理后，通过测量细胞的线粒体酶活性，将XTT测试用于定量生物膜中存活的细胞。其是基于在代谢活性微生物细胞中2,3-二(2-甲氧基-4-硝基-5-磺基苯基)-5-[(苯基氨基)羰基]-2H-四唑氢氧化物(XTT)被还原为水溶性的甲。通过溶解于去离子水中，单独地制备XTT溶液(1mg/mL)和甲萘醌溶液(0.4mM)。在刚好测试前，将两种组分以XTT：甲萘醌5：1的体积比率混合在一起。测试期间，首先除去培养基，并将生物膜用PBS仔细冲洗，以除去浮游生物细胞。然后，将120微升PBS和14.4微升XTT-甲萘醌混合物加入到各孔中，并培养3小时。从各孔中取100微升的等分试样，并转移至新鲜的96-孔板上。然后，利用微量培养板读数器(Tecan，瑞士)，在490nm测量吸光度。
场发射-扫描电子显微镜(FE-SEM)
处理后，将生物膜用PBS温和冲洗，并用4％甲固定醛30分钟。接下来，将生物膜用DI水洗涤，以除去甲醛，并用一系列乙醇清洗(35％、50％、75％、90％、95％和100％)，用于样品脱水。自然干燥两天后，将样品固定在碳带上，并用铂金覆盖，用于在场发射-扫描电子显微镜(JEOL JSM-7400F，日本)下的SEM分析。
三嵌段共聚物/阳离子聚合物水凝胶的力学性质
研究阳离子聚合物对水凝胶基质的力学性质的作用。4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25水凝胶在HPLC水中形成期间，加入阳离子聚合物(0.1wt.％；相当于1000mg/L)。图17A是负载阳离子聚合物的水凝胶实施例28(在HPLC级水中含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30))和实施例29(在HPLC级水中含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.1wt.％阳离子聚合物VE/PrBr(1:30))的G’值的棒图。还显示的是空白水凝胶实施例15(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)。如图17A中所示，G’值是1400Pa-1600Pa。空白水凝胶和负载阳离子聚合物的水凝胶的刚度，存在微小差异。
图17B是图17A的负载阳离子的水凝胶的粘度对剪切速率性质的图。负载阳离子聚合物的水凝胶(实施例28和实施例29)在低剪切速率下，显示高粘性，表示坚固、主体完整的结构。随着剪切速率增加，凝胶的粘度急激降低，以至于成为稀薄的液体。水凝胶的所述剪切-稀化特性产生自随着剪应力的应用，聚合物链间的物理交联的破坏。因此，这表明它们可在皮肤上良好延展，用于皮肤感染的局部治疗。
利用水凝胶递送的ABA三嵌段/阳离子聚合物的抗微生物活性研究
评价两种负载阳离子聚合物的水凝胶对分别作为革兰氏-阳性、革兰氏-阴性细菌和真菌的代表模型的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抗微生物活性。所述微生物是常见病原体，其时常显示在皮肤伤口上，并可通过向感染区域局部递送抗生素而治疗。
将VE/BnCl(1:30)和VE/PrBr(1:30)负载到4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25水凝胶中(分别是实施例28和实施例29)。由于两种阳离子聚合物抗微生物功效的不同，将不同浓度范围用于水凝胶的制备。将水凝胶用3x 105CFU/ml的接种激惹，然后，通过平板涂布技术，评价24小时后，存活细胞的增殖能力。检测抗微生物活性的方法类似于测量溶液中阳离子聚合物的最小抑菌浓度(MIC)。
图18A-18C是显示负载阳离子聚合物的水凝胶分别对金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠杆菌(E.coli)和白色念珠菌(C.albicans)杀伤效率的棒图，所述水凝胶含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和各种浓度的阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)或VE/PrBr(1:30)。水平轴上所示的浓度指阳离子聚合物。结果显示经水凝胶递送的阳离子聚合物对细菌和真菌是广谱抗微生物的。
表12列出有或者无三嵌段共聚物的阳离子聚合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的最小杀菌浓度(MBC)。MBC值是以mg/L表示的阳离子聚合物的量。对于单独的阳离子聚合物(实施例2和8)，溶液MBC值相当于对各种微生物的溶液最小抑菌浓度(MIC)。
表12.
a MBC值指以mg/L表示的阳离子聚合物的量。
b MBC＝MIC
表12显示三嵌段共聚物的存在降低阳离子聚合物的抗微生物效力(即，相对于单独的阳离子聚合物，增加MBC)。在抑制革兰氏-阳性金黄色葡萄球菌增殖方面，负载的水凝胶是最有效的。金黄色葡萄球菌需要最少量的各阳离子聚合物(对于VE/BnCl(1:30)，MBC＝156.2mg/L，而对于VE/PrBr(1:30)，MBC＝312.5mg/L)。负载阳离子聚合物的水凝胶更不能抑制革兰氏阴性大肠杆菌的增殖(对于VE/BnCl(1:30)，MBC＝312.5mg/L，而对于VE/PrBr(1:30)，MBC＝2500mg/L)。对于白色念珠菌的抗微生物效果在两种细菌物种的中间(对于VE/BnCl(1:30)，MBC＝312.5mg/L，而对于VE/PrBr(1:30)，MBC＝625mg/L)。阳离子聚合物的MBC值(表12)比阳离子聚合物变得对哺乳动物细胞溶血的浓度更低。
负载的水凝胶与单独的阳离子聚合物的溶液性质一致。也就是说，无论是否以溶液还是作为水凝胶复合物递送，与VE/PrBr(1:30)相比，阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)显示更高的抗微生物/抗真菌性质。
负载多西环素的有机凝胶的抗微生物活性
用大肠杆菌测试负载药物的有机凝胶(实施例26和27)的抗微生物性质。来自皮肤和软组织感染的大肠杆菌菌株可显示强的毒性。图19是显示用下述有机凝胶治疗大肠杆菌18小时后，存活细菌的菌落形成单位(CFU)数量的棒图，所述有机凝胶包括空白有机凝胶(分别是实施例19和20，标记的“6.5VE-PEG20k-6.5VE“和“8.5VE-PEG20k-8.5VE”)和负载多西环素的有机凝胶(分别是实施例26和27，标记的“6.5VE-PEG20k-6.5VE 1wt.％DXY”和“8.5VE-PEG20k-8.5VE 1wt.％DXY”)。负载多西环素的有机凝胶显示100％杀菌活性(0CFU)。尽管在几种大肠杆菌菌株中，使用的多西环素浓度比报道的最小杀菌浓度(MBC)要高，选择1wt.％，因为所述是临床-批准的多西环素制剂例如和的典型的负载含量。
经溶液递送的氟康唑和阳离子聚合物VE/PrBr(1:15)的协同作用
下述证实使用溶液递送的阳离子聚合物VE/PrBr(1:15)和氟康唑，抗微生物活性协同增加。氟康唑(Fluc)是唑家族的抗真菌剂成员，其具有抗白色念珠菌的良好活性，并显示低毒性。尽管对于临床应用，认为是安全的，但是利用唑类的下降趋势是它们仅仅是抑制真菌的，不是杀灭真菌的。
制备在无菌HPLC级水(10ml)中的阳离子聚合物VE/PrBr(1:15)(5mg)的储备溶液，其具有500mg/L(500ppm)的终浓度。制备在无菌HPLC级水(100ml)中的氟康唑(1mg)的第二种储备溶液，其具有10mg/L(10ppm)的终浓度。制备下述三种溶液：(1)单独的阳离子聚合物，其在1.0MIC＝250mg/L(250ppm)(对于白色念珠菌)，(2)阳离子聚合物/氟康唑溶液，其含有VE/PrBr(1:15)，在0.5MIC＝125mg/L(125ppm)(对于抗白色念珠菌)，以及氟康唑，2.5mg/L(2.5ppm)和(3)单独的氟康唑，5.0mg/L(5ppm)。通过将阳离子聚合物和氟康唑储备溶液各自125微升合并，并将得到的溶液用750微升无菌HPLC级水稀释，得到制剂(2)。
图20是显示三种溶液对白色念珠菌杀伤效率的棒图。阳离子聚合物溶液(1)在1.0MIC＝250mg/L(250ppm)，实现99.98％的杀伤效率。氟康唑溶液(3)在5.0mg/L(5ppm)，实现93.53％的杀伤效率。然而，利用0.5MIC＝125mg/L(125ppm)的VE/PrBr(1:15)和2.5mg/L(2.5ppm)的氟康唑，含有VE/PrBr(1:15)和氟康唑的溶液(2)实现100％的杀伤效率。
图21是显示与抗白色念珠菌的经溶液递送的单独VE/PrBr(1:15)和单独氟康唑相比，VE/PrBr(1:15)/氟康唑组合的协同作用的图(等效图)。协同作用是通过位于加和线的左侧的药物组合剂量表示的，如三角形内侧的正方形所示。
经水凝胶递送的氟康唑和阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)的协同作用
下述结果显示利用含有VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和氟康唑的三种组分水凝胶的抗白色念珠菌的抗微生物活性的协同增加。比较三种水凝胶：(1)负载氟康唑的水凝胶实施例30(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.05wt.％氟康唑)，以500mg/L的负载水凝胶浓度使用；(2)负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例31(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0156wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.001wt.％氟康唑)，以氟康唑浓度＝10mg/L和VE/BnCl(1:30)浓度＝156mg/L(0.5MBC)使用；和(3)负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例32(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0078wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.004wt.％氟康唑)，以氟康唑浓度＝40mg/L和VE/BnCl(1:30)浓度＝78mg/L(0.25MBC)使用。图22是比较三种水凝胶抗白色念珠菌杀伤效率的棒图。即使在500mg/L的高浓度，单独的氟康唑仅能杀灭99.56％的白色念珠菌，而以氟康唑＝10mg/L和VE/BnCl(1:30)＝156mg/L(0.5MBC)的浓度使用的实施例31的药物组合杀灭99.99％的白色念珠菌(图22，中间的棒)。
图23是显示自负载氟康唑的水凝胶实施例43(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.3wt.％氟康唑，上面的曲线)和负载阳离子聚合物/氟康唑的水凝胶实施例44(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.3wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.3wt.％氟康唑，下面的曲线)得到的氟康唑的释放率图。结果显示4小时内，从两种组分的水凝胶实施例43(图23，上面的曲线)释放大约80％的氟康唑，并且大约7小时内，自三种组分的水凝胶实施例44(图23，上面的曲线)释放大约40％的氟康唑。
通过在水凝胶基质中，将所述抑制真菌的药物和阳离子聚合物联合，在两种组合剂量，观察到疗效的显著增加。组合剂量的FBC指数分别是～0.5和～0.25，表明两种化合物同时递送的协同相互作用。此外，分析药物相互作用的等效图法进一步说明当经水凝胶递送时，氟康唑和VE/BnCl(1:30)之间的强协同作用。图24是显示当通过负载的水凝胶实施例31(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0156wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.001wt.％氟康唑)和负载的水凝胶实施例32(4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、0.0078wt.％阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)和0.004wt.％氟康唑)递送时，对于最小杀菌活性的组合剂量(VE/BnCl(1:30)/氟康唑)的协同作用的等效图。通过位于各负载的水凝胶的加和性线左侧的药物组合剂量，显示阳离子聚合物和氟康唑间的协同作用，如三角形内侧的正方形所示。上面的正方形相应于实施例31，底部的正方形相应于实施例32。
经水凝胶递送的多西环素(DXY)/阳离子聚合物的协同作用
DXY是四环抗生素。用VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25、DXY和阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)制备负载的水凝胶。针对铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)测试水凝胶，铜绿假单胞菌是具有大于1周停留的住院患者中常见的病原菌。抗铜绿假单胞菌的DXY的MBC是大约20-30mg/L(30ppm)。抗铜绿假单胞菌的VE/BnCl(1:30)的MBC是大约500mg/L(500ppm)。制备四种水凝胶，其分别具有2.5ppm/15.6ppm(实施例33)、5ppm/15.6ppm(实施例34)、1ppm/31.2ppm(实施例35)和2.5ppm/31.2ppm(实施例36)的DXY/VE/BnCl(1:30)比率。图25是显示各水凝胶实现100％杀伤效率的棒图。图26是显示当通过负载的水凝胶实施例33和实施例35递送时，多西环素/阳离子聚合物抗铜绿假单胞菌的协同作用的等效图，其通过以三角形内部的正方形所示的加和线左侧的药物组合剂量表示。左侧正方形相应于实施例35，右侧正方形相应于实施例33。在非常低的多西环素浓度(大约1ppm或1mg/L)，药物组合也是有效的。
ABA三嵌段/阳离子聚合物水凝胶的生物膜根除
研究负载阳离子聚合物的水凝胶消除生物膜的能力。随着微生物粘附到表面(无生命的材料或组织)，并随着它们的增殖，生物膜的形成发生，微生物可分泌不溶的胶凝状的外聚合物，外聚合物致使形成称作生物膜的三维细胞：聚合物基质。医学上生物膜的现象可能是极具挑战性的，因为生物膜中生长的微生物是难对付的，并且与浮游生物细胞相比，对抗微生物物质和宿主防御系统显著更不响应。生物膜的持续可引起临床病症例如伤口治愈不良、慢性炎症和传染性栓塞物的扩展。
为了建立用于生物膜消除的抗微生物物质的相关性，将各种微生物(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌)培养几天，以在治疗前，形成生物膜。以对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌或白色念珠菌的MBC浓度，将阳离子聚合物VE/BnCl(1:30)或阳离子聚合物VE/PrBr(1:30)负载到VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25(4wt.％)水凝胶中，并置于生物膜上。对于金黄色葡萄球菌，制备负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37和实施例38；对于大肠杆菌，制备负载阳离子聚合物的水凝胶实施例39和实施例40；并对于白色念珠菌，制备负载阳离子聚合物的水凝胶实施例41和实施例42。将相应的空白水凝胶实施例15用作对照。然后，将培养物用水凝胶孵育24小时，用于发挥抗微生物作用。然后，完成XTT测试，以评价剩余微生物的存活力。在所述测试中，较低的光密度(O.D.)读数相应于较低的细胞存活力，以及水凝胶的较好的生物膜清除能力。
图27A和27B是显示利用下述水凝胶，金黄色葡萄球菌生物膜的代谢活性和生物量分别减少的棒图，所述水凝胶包括空白水凝胶实施例15(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30))和负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30))。用负载阳离子聚合物的水凝胶对抗金黄色葡萄球菌获得代谢活性(图27A)和生物量(图27B)的减少。
图28A和28B是显示利用下述水凝胶，大肠杆菌生物膜的代谢活性和生物量分别减少的棒图，所述水凝胶包括空白水凝胶实施例15(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30))和负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30))。用负载阳离子聚合物的水凝胶对抗大肠杆菌获得代谢活性(图28A)和生物量(图28B)的减少。
图29A和29B是显示利用下述水凝胶，白色念珠菌生物膜的代谢活性和生物量分别减少的棒图，所述水凝胶包括空白水凝胶实施例15(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25)、负载阳离子聚合物的水凝胶实施例37(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0156wt.％VE/BnCl(1:30))和负载阳离子聚合物的水凝胶实施例38(含有4wt.％VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25和0.0625wt.％VE/PrBr(1:30))。用负载阳离子聚合物的水凝胶对抗白色念珠菌获得代谢活性(图29A)和生物量(图29B)的减少。
可以看到：在降低金黄色葡萄球菌(革兰氏-阳性)和白色念珠菌(真菌)的增殖和生存力方面，负载VE/BnCl(1:30)的水凝胶与负载VE/PrBr(1:30)的水凝胶是一样有效的。主要差别发现于大肠杆菌(革兰氏-阴性)中，其中与用负载VE/PrBr(1:30)的水凝胶处理的细胞相比，用负载具有更疏水的VE/BnCl(1:30)水凝胶处理的细胞具有显著更低的存活力。
治疗后，利用结晶紫测试，将微生物生物量的持续定量化。保持的生物膜的任何部分可作为容纳微生物口袋的休眠区，其保护免于抗微生物物质的作用。此外，还可能存在称作“持久者”(‘persisters’)的有抵抗力的细胞的亚群，其可居留于残留的生物膜中。负载阳离子聚合物的水凝胶消除生物膜的能力，遵照与降低居留于生物膜中的微生物细胞存活力的趋势类似的趋势。也就是说，对大肠杆菌，VE/BnCl(1:30)具有比VE/PrBr(1:30)更好的抗微生物作用，并且对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌生物膜，这两种阳离子聚合物显示类似的功效。
SEM成像显示用负载VE/BnCl(1:30)的水凝胶(实施例37)处理的生物膜显示广泛的细胞破坏和清除(图30)。对于金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，仅保留无完整细胞的破裂细胞碎片。图像还与细胞存活力和生物量的定量测定良好相关，其中与VE/PrBr(1:30)对应物比较，在消除大肠杆菌生物膜方面，VE/BnCl(1:30)水凝胶是显著更有效的。
结论
通过载有共价键合形式的维生素E化合物的环状碳酸酯单体的有机催化开环，形成可生物降解和生物相容的维生素E-功能化“ABA”-型三嵌段共聚物。在不加入试剂或者无化学反应的条件下，所述嵌段共聚物形成物理交联的水凝胶和有机凝胶。通过改变聚合物的浓度或组成，可用便捷方式，容易地调节凝胶的流变学性质。利用储能模量G’表示的凝胶的刚性可自1000Pa至12000Pa变化，这取决于聚合物组成和/或浓度。在凝胶形成过程中，可将大批的药物化合物包括小分子药物、生物分子和化妆品/膳食产品负载到凝胶中。这些凝胶起贮库的作用，用于以控释方式递送药物。由于容易配制和调节，这些软物理凝胶作为有吸引力的候选者，用于广泛的制药相关的应用。
作为一个示例，将用VitE1.25-PEG(20k)-VitE1.25制备的负载赫赛汀的生物相容和可生物降解的水凝胶成功用作用于抗体的可注射的局部递送材料。通过改变聚合物的组成和聚合物浓度，可调节负载的水凝胶的流变学性质和多孔性。组织学检查表明该水凝胶不引起慢性炎症反应，且随时间推移能体内降解。水凝胶基质提供赫赛汀的缓释，并将抗体集中于肿瘤位置内。与赫赛汀溶液相比，在接近肿瘤位置，利用一次皮下注射的负载赫赛汀的水凝胶，体内抗肿瘤效力显著提高。在距离肿瘤的远端位点注射一次的负载赫赛汀的水凝胶与历经四周、每周静脉内施用的赫赛汀溶液相当。利用水凝胶的赫赛汀治疗需要更少频次的注射，由此提供更大的便利性和改善的患者耐受。所述结果表明维生素E-功能化的水凝胶对于抗体皮下递送是有前途的。
负载阳离子聚合物的水凝胶能消除生物量，并显著降低生物膜居留的微生物的存活力。总之，结果表明负载阳离子聚合物的水凝胶可用于消除浮游微生物和生物膜微生物。
文中所用的术语仅是为了描述具体实施方案，并不预期限制本发明。如文中所用的，单数形式的“一个”、“一种”和“该”还预期包括复数形式，除非文中另外清楚说明。还应该理解：当用于本说明书时，术语“包含”和/或“包括”说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种其他特征、整体、步骤、操作、元素、组分和/或其组。当利用两个数字极限值X和Y，用于表示可能的值的范围时(例如X ppm至Y ppm的浓度)，除非另外说明，值可以是X、Y或者X和Y之间的任何数。
已提供本发明的说明书，用于说明和描述，但不预期是详尽的或者以所公开的形式限制本发明。对本领域普通技术人员，在不背离本发明范围和精神的条件下，一些修改和变更将是显而易见的。为了最好地解释本发明的原则及其实际应用，并为了能让其他的本领域普通技术人员理解本发明，选择和描述了所述实施方案。

Claims (27)

1.药物组合物，其包含：
4wt.％至10wt.％的形成凝胶的嵌段共聚物；
溶剂；和
0.0001wt.％至10wt.％的药物；
其中
形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有100至600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团；
且其中
重量百分比(wt.％)基于药物组合物的总重，
该药物组合物是由溶剂中的嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，且
所述药物包含于所述凝胶中。
2.权利要求1的药物组合物，其中各Pa主要由1至8个载有维生素的亚单位构成。
3.权利要求1的药物组合物，其中维生素选自维生素E化合物、维生素D化合物及其组合。
4.权利要求1的药物组合物，其中每一载有维生素的亚单位包含α-生育酚基团。
5.权利要求1的药物组合物，其中每一载有维生素的亚单位包含麦角钙化醇基团。
6.权利要求1的药物组合物，其中Za是氢且Zb是氢。
7.权利要求1的药物组合物，其中载有维生素的亚单位具有根据式(2)的结构：
其中
碳酸酯骨架原子被编号1-6，
Ld是单键或者含有1个至15个碳的二价连接基团，
V'是含有共价键合形式的维生素的基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，且
t和t'不能都是0。
8.权利要求1的药物组合物，其中形成凝胶的嵌段共聚物的载有维生素的亚单位具有结构：
9.权利要求1的药物组合物，其中形成凝胶的嵌段共聚物的载有维生素的亚单位中的每一个具有结构：
10.权利要求1的药物组合物，其中药物是抗肿瘤物质，且药物组合物适合于治疗癌症。
11.权利要求10的药物组合物，其中抗肿瘤物质是单克隆抗体。
12.权利要求11的药物组合物，其中单克隆抗体是赫赛汀。
13.权利要求10的药物组合物，其中溶剂是水，组合物是水凝胶，且当通过贮库注射施用时，组合物在体内抑制癌细胞的生长。
14.权利要求10的药物组合物在制备用于治疗癌症的药物中的用途，其中所述药物在癌肿瘤附近或者与癌肿瘤接触地通过体内贮库注射施用。
15.权利要求14的用途，其中癌症是乳腺癌。
16.抗微生物药物组合物，其包含：
4wt.％至10wt.％的形成凝胶的嵌段共聚物；
溶剂；和
0.0001wt.％至10wt.％的作为第一种药物的抗微生物阳离子聚碳酸酯；
其中
形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有100至600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团；
且其中
重量百分比(wt.％)基于抗微生物药物组合物的总重，
所述抗微生物药物组合物是由溶剂中的形成凝胶的嵌段共聚物的聚合物链的非共价相互作用形成的凝胶，且
所述抗微生物阳离子聚碳酸酯包含于所述凝胶中。
17.权利要求16的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯具有根据式(8)的结构：
Z'-P'-Z”(8)，
其中
Z'是一价C1-C15第一末端基团，其中Z'连接至P'的骨架羰基基团，
Z”是一价第二末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
P'是聚合物链，主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)P'具有5至45的聚合度(DP)，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含骨架部分，以及连接至骨架部分的C6-C25阳离子侧链，和iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
25％至100％的阳离子碳酸酯亚单位被指定为第一阳离子碳酸酯亚单位，其具有包含13个至25个碳的阳离子侧链，且
0％至75％的阳离子碳酸酯亚单位被指定为第二阳离子碳酸酯亚单位，其具有包含6个至12个碳的阳离子侧链。
18.权利要求17的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯的各阳离子碳酸酯亚单位具有根据式(9)的结构：
其中
La-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C6-C25阳离子侧链，其中La是含有至少3个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是独立的具有1-3价的基团，并且各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，
t是具有0-2的值的正整数，
t'是具有0-2的值的正整数，
t和t'不能都是0，且
X'是带负电荷的离子。
19.权利要求17的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯的各阳离子碳酸酯亚单位具有根据式(10)的结构：
其中
Lb-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C5-C24阳离子基团，其中Lb是含有至少2个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，各Ra是独立的具有1-3价的基团，并且各Ra包含至少1个碳，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1-6个碳的烷基基团，且
X'是带负电荷的离子。
20.权利要求17的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯的各阳离子碳酸酯亚单位具有根据式(11)的结构：
其中
Lc-Q'(Ra)u'是含有季铵基团和/或季基团的C5-C24阳离子基团，其中Lc是含有至少2个碳的二价连接基团，Q'是四价带正电荷的氮或磷，u'具有1-3的值，且各Ra是独立的具有1-3价的基团，其中各Ra包含至少1个碳，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
R”是一价基团，其选自氢、卤素和含有1个至6个碳的烷基基团，且
X'是带负电荷的离子。
21.权利要求16的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯具有根据式(19)的结构：
Zc-Pb-C'-Pb-Zc (19)，
其中
C'是连接聚合物链Pb的C2-C15二价连接基团，其中C'包含i)连接至第一聚合物链Pb的第一杂原子，其中第一杂原子选自氮、氧和硫，以及ii)连接至第二聚合物链Pb的第二杂原子，其中第二杂原子选自氮、氧和硫，
各Zc是独立的一价末端基团，其选自氢和C1-C15基团，
各聚合物链Pb主要由阳离子碳酸酯亚单位构成，其中i)阳离子聚合物包含总计5个至45个阳离子碳酸酯亚单位，ii)各阳离子碳酸酯亚单位包含聚合物链的骨架部分以及连接至骨架部分的阳离子侧链，以及iii)阳离子侧链包含季铵基团和/或季基团的带正电荷的杂原子Q'，
阳离子聚合物的所有阳离子碳酸酯亚单位的25％-100％指定为第一阳离子碳酸酯亚单位，其具有包含10个至25个碳的阳离子侧链，且
阳离子聚合物的0％至75％阳离子碳酸酯亚单位指定为第二阳离子碳酸酯亚单位，其具有包含6-9个碳的阳离子侧链。
22.权利要求21的抗微生物药物组合物，其中抗微生物阳离子聚碳酸酯的各第一阳离子碳酸酯亚单位具有包含13个至25个碳的阳离子侧链，并且各第二阳离子碳酸酯亚单位具有包含6-12个碳的阳离子侧链。
23.权利要求16的抗微生物药物组合物，其还包含第二种药物，其是抗微生物化合物。
24.权利要求23的抗微生物药物组合物，其中抗微生物化合物选自氟康唑、多西环素及其组合。
25.形成凝胶的嵌段共聚物，其具有根据式(1)的结构：
其中
d'是具有100至600的值的正数，
各K'是独立的二价连接基团，其选自O、NH、S及其组合，
各Pa是独立的单碳酸酯或聚碳酸酯链，其含有1个至10个载有维生素的亚单位，其中载有维生素的亚单位中的每一个包含碳酸酯骨架部分和连接至碳酸酯骨架部分的侧链，该侧链包含共价键合形式的维生素，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团。
26.权利要求25的形成凝胶的嵌段共聚物，其中形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1-A)的结构：
其中
在各碳酸酯亚单位中，碳酸酯骨架原子被编号1-6，
d'是具有100至600的值的正数，
各m'是独立的具有2至20的值的正数，
各Ld独立地是单键或者含有1个至15个碳的二价连接基团，
各V'是含有共价键合形式的维生素的独立基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
各t是独立的具有0-2的值的正整数，
各t'是独立的具有0-2的值的正整数，
没有碳酸酯亚单位具有t＝0和t'＝0，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团。
27.权利要求25的形成凝胶的嵌段共聚物，其中形成凝胶的嵌段共聚物具有根据式(1-B)的结构：
其中
在各碳酸酯亚单位中，碳酸酯骨架原子被编号1-6，
d'是具有100至600的值的正数，
各m'是独立的具有2至20的值的正数，
各Le独立地是单键或者含有1个至15个碳的二价连接基团，
各V'是独立的含有共价键合形式的维生素的基团，
各R'是独立的一价基团，其选自氢、卤素、甲基和乙基，
各R”是独立的一价基团，其选自氢和含有1-6个碳的烷基基团，
Za是第一末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团，且
Zb是第二末端基团，其选自氢以及含有1个至15个碳的基团。
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