CN105555832A - 生物弹性体及其应用 - Google Patents

Abstract

在一方面，在此描述了组合物。在一些实施例中，在此描述的组合物包含(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇和(iii)包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体的反应产物。在一些情况下，该反应产物包括聚合物。另外，在一些情况下，在此描述的组合物包含多种聚合物。在一些实施例中，这些聚合物被选择成通过点击化学反应方案彼此间反应以形成聚合物网络。在另一方面，在此描述了医学植入物和医学装置，这些植入物和装置包含在此描述的聚合物或聚合物网络。

Description

生物弹性体及其应用

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2013年9月5日提交的美国临时专利申请序列号61/874,287和于2014年2月5日提交的美国临时专利申请序列号61/935,968的优先权，这些申请各自通过引用以其全部内容结合在此。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明在政府支持下根据国家生物医学成像和生物工程研究所(NationalInstituteofBiomedicalImaging和Bioengineering，NIBIB)授予的合同EB012575和国家科学基金会(NationalScienceFoundation，NSF)授予的合同DMR1313553来完成。政府在本发明中具有一定权利。

领域

本发明涉及聚合物组合物以及制备和使用聚合物组合物的方法，并且具体地说涉及包含含柠檬酸盐的聚合物或低聚物和/或可点击部分(clickablemoiety)的组合物。

背景技术

近年来，弹性聚合物广泛应用于组织工程学应用，这部分归因于一些弹性聚合物模拟如心脏瓣膜、血管、腱、软骨以及膀胱等诸多人类软组织的弹性性质的能力。然而，现有的许多弹性聚合物展现出差的机械强度。另外，当聚合物被成型为多孔支架和/或以湿润状态在体内使用时，一些弹性聚合物的机械强度会被进一步降低，从而显著限制这些材料用于一些组织工程学应用的效用。再者，许多先前聚合物无法有效地减少或阻止体内微生物增殖或细菌感染。因此，通常必须将单独配制的抗生素或其他抗微生物材料包被到此类聚合物上，封装在此类聚合物内或以其他方式与此类聚合物相关联。此外，以此方式处理的一些聚合物组合物可以具有有限的抗微生物效力和/或展现出递降的机械性能。

另外，大节段性骨缺损的修复仍然是再造矫形外科中的重大挑战之一，但是近年来此类骨缺损的管理和治疗已呈现出多不同的难题。骨是优化用于经受外部负载的相对硬且轻量的器官，并且先前的一些生物工程化材料已不能匹配天然骨组成和/或用于不同生物医学应用。例如，先前的许多材料不能提供足够的机械强度，最小化炎性反应，促进骨再生和/或与外围组织完全整合。另外，在不会变得太脆而难以用于许多荷载应用的情况下，先前的一些材料仅可以包括有限量的生物陶瓷或其他无机材料。

因此，需要用于治疗如节段性骨缺损的病状的改善的生物工程聚合物组合物和方法。

概述

在一方面，在此描述了组合物，在一些实施例中，这些组合物可以提供相比其他一些组合物的一个或多个优点。例如，在一些情况下，在此描述的组合物可以包括含柠檬酸盐的聚合物或聚合物网络，它们可以用于各种生物医学和/或生物工程学应用，包括需要使用弹性材料和/或高强度材料的应用。在一些情况下，在此描述的聚合物或聚合物网络可以用作靶组织或器官的天然细胞外基质(ECM)的替代物。另外，在一些此类实施例中，该聚合物或聚合物网络可以提供与天然ECM或组织相同或类似的机械稳定性、结构整体性以及通讯功能。在此描述的聚合物或聚合物网络还可以具有高交联密度。另外，在一些情况下，在此描述的组合物可以构成组织支架，该组织支架在机械上是软且弹性的并且展现出匹配靶组织或器官的机械特性的其他机械特性。在此描述的组合物还可以是生物相容性的和/或易于被生物活性分子如细胞结合肽、生长因子或信号分子表面改性。以此方式，细胞和组织响应可以通过在此描述的组合物来介导。

此外，在一些实施例中，在此描述的组合物可以用于在患者中治疗一种或多种疾病、损伤或缺损。例如，在一些情况下，在此描述的组合物可以用于治疗节段性骨缺损。在一些实施例中，由在此描述的组合物形成的双相支架可以提供用于骨再生和组织整合的骨引导表面，同时还模拟松质骨和皮质骨的等级组织。

在一些实施例中，在此描述的组合物包含(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸的酯，如柠檬酸三乙酯或别的柠檬酸甲酯或柠檬酸乙酯与(ii)多元醇，如二醇和(iii)包含炔部分和/或叠氮化物部分的单体的反应产物。例如，在一些情况下，在此描述的组合物包含由以下各项形成的聚合物：下述一个或多个化学式(A)单体；下述一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。在一些情况下，该聚合物是由具有多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体形成。

另外，在一些情况下，在此描述的组合物包含在此描述的多种聚合物，如由以下各项形成的第一聚合物：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分的一个或多个单体；并且还包含第二聚合物，该第二聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。另外，在一些情况下，在此描述的组合物包含叠氮化物-炔环加成反应产物，如1,4-三唑环或1,5-三唑环。这种环加成反应产物可以是由在此描述的一种或多种聚合物形成。例如，在一些情况下，在此描述的组合物的第一聚合物和第二聚合物可以通过由包含一个或多个炔部分的单体以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体形成一种或多种叠氮化物-炔环加成反应产物来形成聚合物网络。

如下文进一步描述的，其他点击化学反应产物也可以存在于在此描述的组合物的聚合物或聚合物网络中。

另外，在一些实施例中，在此描述的组合物的聚合物或聚合物网络是由上述那些单体之外的一个或多个单体形成。例如，在一些情况下，聚合物是由包含异氰酸酯、不饱和多元羧酸或多元羧酸等效物、氨基酸、含儿茶酚物种、或肽、多肽、核酸或多糖的一个或多个单体形成。此外，还有可能在不使用化学式(A)、(B1)、(B2)或(B3)单体的情况下形成在此描述的聚合物。在一些情况下，例如，聚合物是由一个或多个内酯以及包含炔部分或叠氮化物部分的一个或多个单体形成。

另外，在一些情况下，在此描述的组合物进一步包含分散在由在此描述的聚合物形成的网络内的微粒无机材料。在一些情况下，该微粒无机材料包括羟磷灰石。

在另一方面，在此描述了制备聚合物网络的方法。在一些情况下，一种制备聚合物网络的方法包括混合第一聚合物和第二聚合物，该第一聚合物和该第二聚合物各自包含在此描述的组合物的聚合物。例如，在一些情况下，该第一聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分的一个或多个单体；并且该第二聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。这种方法可以进一步包括使该第一聚合物的一个或多个炔部分与该第二聚合物的一个或多个叠氮化物部分反应以便形成一种或多种叠氮化物-炔环加成反应产物。

此外，在一些实施例中，在此描述的方法进一步包括用一种或多种生物功能性物种如一种或多种肽、多肽、核酸和/或多糖对在此描述的聚合物网络的表面进行官能化。在一些情况下，使肽、多肽、核酸和/或多糖与聚合物网络表面上的侧炔部分和/或叠氮化物部分反应以便在该聚合物网络与该肽、多肽、核酸和/或多糖之间形成共价键。

在又另一方面，在此描述了医学植入物和医学装置。这些医学植入物和医学装置可以包含或由在此描述的组合物形成。在一些情况下，这种医学植入物或医学装置包括形成血管、心肌组织、心脏瓣膜、韧带、腱、肺、膀胱、皮肤、气管或尿道的组织工程支架。

另外，在一些实施例中，医学装置或医学植入物包括核壳聚合物支架。在一些情况下，这种支架可以包含具有第一孔隙度的核组分；以及围绕该核组分且具有第二孔隙度的壳组分，该第二孔隙度不同于该第一孔隙度。在一些情况下，该核组分展现出比该壳组分更高的孔隙度。另外，该核组分可以包含由以下各项形成的第一聚合物网络：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体。另外，该壳组分可以包含也由以下各项形成的第二聚合物网络：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体。在一些实施例中，该核组分和该壳组分是同心圆柱。此外，在一些情况下，微粒无机材料如羟磷灰石分散于在此描述的支架的第一聚合物网络和/或第二聚合物网络内。

这些实施例和其他实施例在以下详细说明中进行更详细地描述。

附图简述

图1示出用于制备根据在此描述的一个实施例的组合物的反应方案。

图2(a)和2(b)示出用于制备根据在此描述的一些实施例的组合物的反应方案。

图3(a)-3(d)示出根据在此描述的一些实施例的组合物的化学特性和物理特性。

图4示出根据在此描述的一些实施例的组合物的吸收光谱。

图5示出根据在此描述的一些实施例的组合物的水接触角。

图6(a)-6(h)示出根据在此描述的一些实施例的组合物的各种机械特性。

图7示出根据在此描述的一些实施例的组合物的物理特性、化学特性以及机械特性的表。

图8示出根据在此描述的一些实施例的组合物的机械特性的示图。

图9示出根据在此描述的一些实施例的组合物的机械特性的示图。

图10(a)-10(d)示出根据在此描述的一些实施例的组合物的降解特性的示图。

图11示出根据在此描述的一个实施例的组合物的组分的结构。

图12示出根据在此描述的一些实施例的组合物的生物特性的示图。

图13(a)和13(b)示出根据在此描述的一些实施例的组合物的生物特性的示图。

图14示出根据在此描述的一些实施例的组合物的生物特性的示图。

图15示出根据在此描述的一些实施例的组合物的显微图像。

图16示出根据在此描述的一个实施例的支架的显微图像。

图17(a)-17(d)示出根据在此描述的一些实施例的组合物的机械特性的示图。

图18(a)和18(b)分别示出根据在此描述的一个实施例的支架的透视图和剖面图。

图19(a)-19(d)示出根据在此描述的一些实施例的支架的显微图像。

图20(a)-20(c)示出根据在此描述的一些实施例的支架的机械特性的示图。

图21(a)-21(d)示出由根据在此描述的一些实施例的支架治疗的骨缺损的CT图像。

图22(a)和22(b)示出根据在此描述的一些实施例的支架的特性的示图。

图23示出根据在此描述的一些实施例的支架的特性的示图。

详细描述

在此描述的实施例参考以下详细说明、实例和附图可能更容易理解。然而，在此描述的元件、设备和方法并不限于详细说明、实例和附图中所呈现的特定实施例。应认识到这些实施例仅说明本发明的原理。在不背离本发明的精神和范围的情况下，许多修改和改编对于本领域技术人员将是显而易见的。

另外，在此披露的所有范围被理解为包括其中含有的任何和所有子范围。例如，“1.0至10.0”的规定范围应被认为包括以1.0或更大的最小值开始并以10.0或更小的最大值结束的任何和所有子范围，例如1.0至5.3、或4.7至10.0、或3.6至7.9。

除非另外明确说明，否则在此披露的所有范围也应被认为包括该范围的端点。例如，范围“5与10之间”通常应被认为包括端点5和10。

另外，当短语“多至”与数量或量结合使用时，应理解该数量是至少可检测的数量或量。例如，以“多至”指定数量的量存在的材料可以存在可检测数量和多至指定数量且包括指定数量的量。

I.组合物

在一方面，在此描述了组合物。在一些实施例中，一种组合物包含(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯，如柠檬酸三乙酯或别的柠檬酸甲酯或柠檬酸乙酯与(ii)多元醇如二醇和(iii)包含炔部分和/或叠氮化物部分的单体的反应产物。适用于在此描述的一些实施例的多元醇的非限制性实例包括C2-C20、C2-C12或C2-C6脂肪族烷烃二醇，包括α,ω-正烷烃二醇或α,ω-烯烃二醇。例如，在一些情况下，多元醇包括1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、1,16-十六烷二醇或1,20-二十烷二醇。还可以使用支链α,ω-烷烃二醇或α,ω-烯烃二醇。另外，多元醇也可以是芳香族二醇。另外，在一些实施例中，多元醇包括聚(乙二醇)(PEG)或聚(丙二醇)(PPG)。可以使用与本披露的目的不矛盾的任何PEG或PPG。在一些实施例中，例如，PEG或PPG具有约100与约5000之间或约200与约1000之间的重均分子量。

此外，在一些情况下，以上多元醇可以至少部分地被仅具有至少一个羟基的醇或被胺或酰胺置换。另外，在一些情况下，多元醇可以至少部分地被具有一个或多个羟基、胺基或酰胺基的聚合物或低聚物置换。在一些情况下，这种聚合物或低聚物可以是聚酯、聚醚或聚酰胺。因此，在一些实施例中，在此描述的组合物包含(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)醇、胺、酰胺、聚酯、聚醚或聚酰胺和(iii)包含炔部分和/或叠氮化物部分的单体的反应产物。

在一些情况下，一种组合物包含由以下各项形成的聚合物：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体：

以及

其中

R₁、R₂以及R₃独立地是-H、-CH₃、-CH₂CH₃或M⁺；

R₄是-H；

R₅是-H、-OH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-CH₃、-CH₂CH₃、-NH₂、NHCH₃、-CH₂CH₂NHCH₃、-N(CH₃)₂或-CH₂CH₂N(CH₂CH₃)₂；

R₆是-H、-CH₃或-CH₂CH₃、-(CH₃)₂或-(CH₂CH₃)₂；

R₇是-H或-CH₃；

R₈是-(CH₂)_a-、-(CH₂CH₂O)_b-或-(CH₂OCH₂)_b-；

R₉是-H、-CH₃或C2-C20烷基；

R₁₀是-H、-C(O)CH₃或-C(O)CH₂CH₃；

R₁₁和R₁₂独立地是-OH或-NH₂；

M⁺是一价阳离子；

X和Y独立地是-O-或-NH-；

Z是–H、-CH₃、-(CH₃)₂、-(CH₂CH₃)₂或

a是从0至20的整数；

b是从0至2000的整数；

n是在1与2000之间的整数；并且

m和p独立地是范围为1至20的整数；并且

其中化学式(B1)单体具有至少一个包含-OH或-NH₂的末端。

在一些实施例中，使用了一个或多个化学式(B1)单体，并且X是-O-。因此，在一些情况下，化学式(B1)单体包含

另外在一些情况下，使用了化学式(B3)单体，并且R₁₁和R₁₂各自是-OH。在一些实施例中，化学式(B3)单体包含

化学式(A)、(B1)、(B2)和(B3)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以按与本披露的目的不矛盾的任何比率来使用。另外，在一些实施例中，改变单体比率可以改变由这些单体形成的聚合物的生物可降解性、机械强度和/或其他特性。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:10与约10:1之间或在约1:5与约5:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:4与约4:1之间。在一些实施例中，该比率为约1:1。含炔或叠氮化物的单体与化学式(A)、(B1)、(B2)或(B3)单体的比率可以在约1:20与1:2之间或在约1:10与约1:3之间。

另外，在一些情况下，在此描述的反应产物是这些经鉴定单体或物种的缩合聚合反应产物或缩聚反应产物。在一些此类实施例中，反应产物形成这些共聚单体的交替共聚物或统计共聚物。另外，如在此进一步描述的，上文所描述的物种还可以形成共聚物的侧基或侧链。在此出于参考目的，“单体”可以包含具有至少两个官能团或连接聚合物主链的点的化学物种，这样使得单体可以单独地或与不同类型的单体组合用于提供聚合产物。

此外，应当理解的是，在此描述的组合物的“聚合物”可以是聚合物或低聚物。另外，在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物还可以是预聚合物，其中“预聚合物”可以指具有相对低分子量的可以形成更大的聚合物或聚合物网络的可聚合物种。因此，在一些实施例中，在此描述的组合物的“聚合物”具有小于约5000、小于约3000、小于约2000、小于约1000或小于约500的重均分子量。在其他情况下，在此描述的组合物的聚合物具有大于约1000、大于约2000、大于约3000或大于约5000的重均分子量。在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物具有在约500与约10,000之间、在约500与约5000之间、在约1000与约10,000之间或在约2000与约10,000之间的重均分子量。在此描述的组合物的聚合物同样可以具有其他分子量。

另外，“含柠檬酸盐的”或“基于柠檬酸盐的”聚合物可以指至少部分地由化学式(A)单体形成和/或含有具有化学式(A)的部分的聚合物。当聚合物包含化学式(A)部分时，R₁、R₂以及R₃可以进一步表示与该聚合物的其余部分的连接点。

另外，在一些实施例中，在此描述的组合物的聚合物是由上述那些单体之外的一个或多个另外的单体形成。例如，在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物可以包括(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇、(iii)一种或多种炔和/或叠氮化物以及(iv)胺、酰胺或异氰酸酯的反应产物。在此类情况下，多元醇可以包括上述任何多元醇，并且柠檬酸酯可以包括上述任何柠檬酸酯。另外，在一些实施例中，胺包括具有两至十个碳原子的一种或多种伯胺。在其他情况下，胺包括具有两至十五个碳原子的一种或多种仲胺或叔胺。在一些实施例中，异氰酸酯包括单异氰酸酯。在其他情况下，异氰酸酯包括二异氰酸酯如具有四至二十个碳原子的二异氰酸烷烃酯。例如，在一些实施例中，组合物的聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(C1)、(C2)、(C3)或(C4)单体：

以及

其中

p是范围为1至10的整数。

此外，化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)、(C1)、(C2)、(C3)和(C4)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以按与本披露的目的不矛盾的任何比率来使用。另外，在一些实施例中，改变单体比率可以改变由这些单体形成的聚合物的生物可降解性、机械强度和/或其他特性。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:10与约10:1之间或在约1:5与约5:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:4与约4:1之间。在一些实施例中，该比率为约1:1。另外，在一些实施例中，单体(A)与单体(C)的比率在约1:10与约10:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(C1)、(C2)、(C3)或(C4)的比率是约1:1。含炔或叠氮化物的单体与化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)、(C1)、(C2)、(C3)或(C4)单体的比率可以在约1:20与1:2之间或在约1:10与约1:3之间。

另外，在此处描述的一些实施例中，化学式(B1)、(B2)或(B3)单体可以被不具有化学式(B1)、(B2)或(B3)的化学式的醇置换。例如，在一些实施例中，可以使用不饱和醇或不饱和多元醇。此外，在一些情况下，化学式(C)单体可以至少部分地被在此描述的氨基酸置换。

类似地，在其他情况下，一种聚合物包括(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇、(iii)一种或多种炔和/或叠氮化物以及(iv)多元羧酸如二羧酸或多元羧酸的功能等效物如多元羧酸的环酐或酰基氯的反应产物。在此类情况下，多元醇可以包括上述任何多元醇，并且柠檬酸酯可以包括上述任何柠檬酸酯。此外，多元羧酸或其功能等效物可以是饱和或不饱和的。例如，在一些情况下，多元羧酸或其功能等效物包括马来酸、马来酸酐、富马酸或富马酰氯。还可以使用含乙烯基的多元羧酸或其功能等效物，如烯丙基丙二酸、烯丙基丙二酰氯、衣康酸或衣康酰氯。另外，在一些情况下，多元羧酸或其功能等效物可以至少部分地被可能是或可能不是多元羧酸的含烯烃单体置换。在一些实施例中，例如，含烯烃单体包括不饱和的多元醇如含乙烯基的二醇。在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(D1)或(D2)单体：

其中

R₁₃是-H、-CH₃或-CH₂CH₃。

另外，化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)、(D1)和(D2)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以按与本披露的目的不矛盾的任何比率来使用。另外，在一些实施例中，改变单体比率可以改变由这些单体形成的聚合物的机械特性和/或其他特性。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:10与约10:1之间或在约1:5与约5:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:4与约4:1之间。在一些情况下，该比率为约1:1。另外，在一些实施例中，单体(A)与单体(D1)或单体(D2)的比率是在约1:10与约10:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(D1)或单体(D2)的比率是约1:1。含炔或叠氮化物的单体与化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)、(D1)或(D2)单体的比率可以在约1:20与1:2之间或在约1:10与约1:3之间。

在又其他实施例中，在此描述的组合物的聚合物包括(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇、(iii)一种或多种炔和/或叠氮化物以及(iv)氨基酸如α-氨基酸的反应产物。另外，在一些情况下，在此描述的聚合物包括(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇、(iii)一种或多种炔和/或叠氮化物、(iv)氨基酸以及(v)异氰酸酯如二异氰酸酯的反应产物。另外，在一些情况下，酸酐和/或酰基氯可以与柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯结合使用。多元醇可以是上述任何多元醇，柠檬酸酯可以是上述任何柠檬酸酯，并且异氰酸酯可以是上述任何异氰酸酯。另外，酸酐和/或酰基氯可以包括上述任何酸酐和/或酰基氯，包括例如聚酸酐或聚酰基氯。

在一些实施例中，在此描述的聚合物的α-氨基酸包括L-氨基酸、D-氨基酸或D,L-氨基酸。在一些情况下，α-氨基酸包括丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、缬氨酸或其组合。另外，在一些情况下，α-氨基酸包括烷基取代的α-氨基酸，如源自22种“标准”氨基酸或蛋白原氨基酸中任一种的甲基取代的氨基酸，如甲基丝氨酸。另外，在一些情况下，氨基酸形成在此描述的组合物的聚合物的侧基(pendantgroup)或侧基(sidegroup)。这种氨基酸侧基可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式键合至聚合物的主链。例如，在一些情况下，氨基酸通过该氨基酸与柠檬酸盐部分之间的酯键和/或酰胺键键合至该主链。此外，在一些情况下，氨基酸与柠檬酸盐部分形成6元环。不旨在受理论限制，据信在此描述的6元环的形成可以向该聚合物提供荧光性。因此，在一些实施例中，在此描述的组合物的聚合物可以是荧光聚合物。

在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(E)单体：

其中R₁₄是氨基酸侧链。

此外，化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)和(E)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以按与本披露的目的不矛盾的任何比率来使用。另外，在一些实施例中，改变单体比率可以改变由这些单体形成的聚合物的机械特性、发光特性和/或其他特性。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、单体(B2)或单体(B3)的比率在约1:10与约10:1之间或在约1:5与约5:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、单体(B2)或单体(B3)的比率在约1:4与约4:1之间。在一些情况下，该比率为约1:1。另外，在一些情况下，单体(A)与单体(E)的比率在约1:10与约10:1之间。含炔或叠氮化物的单体与化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)或(E)单体的比率可以在约1:20与1:2之间或在约1:10与约1:3之间。

在其他情况下，在此描述的组合物的聚合物包括(i)柠檬酸、柠檬酸盐或柠檬酸酯与(ii)多元醇、(iii)一种或多种炔和/或叠氮化物以及(iv)含儿茶酚物种的反应产物。柠檬酸盐或柠檬酸酯可以是上述任何柠檬酸盐或柠檬酸酯，如柠檬酸甲酯或柠檬酸乙酯。类似地，多元醇可以是上述任何多元醇。

含儿茶酚物种可以包括与本披露的目的不矛盾的任何含儿茶酚物种。在一些情况下，用于形成在此描述的聚合物的含儿茶酚物种包含可以与用于形成该聚合物的另一种化学物种形成酯键或酰胺键的至少一个部分。例如，在一些情况下，含儿茶酚物种包含胺部分或羧酸部分。另外，在一些情况下，含儿茶酚物种包含不是该儿茶酚部分的一部分的羟基部分。在一些实施例中，含儿茶酚物种包括多巴胺。在其他实施例中，含儿茶酚物种包括L-3,4-二羟基苯丙氨酸(L-DOPA)或D-3,4-二羟基苯丙氨酸(D-DOPA)。在一些情况下，含儿茶酚物种包括3,4-二羟基氢化肉桂酸。此外，在一些实施例中，含儿茶酚物种通过酰胺键偶联到聚合物主链上。在其他实施例中，含儿茶酚物种通过酯键偶联到聚合物主链上。

在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(F)单体：

其中

R₁₅、R₁₆、R₁₇以及R₁₈独立地是-H、-CH₂(CH₂)_xNH₂、-CH₂(CHR₁₉)NH₂或-CH₂(CH₂)_xCOOH；

R₁₉是-COO或-(CH₂)_yCOO；

x是范围为0至20的整数；并且

y是范围为1至20的整数。

此外，化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)和(F)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以按与本披露的目的不矛盾的任何比率来使用。另外，在一些实施例中，改变单体比率可以改变由这些单体形成的聚合物的机械特性和/或其他特性。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:10与约10:1之间或在约1:5与约5:1之间。在一些实施例中，单体(A)与单体(B1)、(B2)或(B3)的比率在约1:4与约4:1之间。在一些情况下，该比率为约1:1。另外，在一些实施例中，单体(A)与单体(F)的比率在约1:10与约10:1之间。含炔或叠氮化物的单体与化学式(A)、(B1)、(B2)、(B3)或(F)单体的比率可以在约1:20与1:2之间或在约1:10与约1:3之间。

另外，用于形成在此描述的聚合物的包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的单体可以包括与本披露的目的不矛盾的任何含炔和/或叠氮化物的化学物种。例如，在一些情况下，一个或多个此类单体包括多元醇，如二醇。在一些情况下，这种单体可以通过该单体的一个或多个羟基部分与化学式(A)单体或在此描述的另一种含羧基单体的羧基或羧酸部分的反应并入聚合物中。此外，在一些情况下，这种单体可以替代化学式(B1)、(B2)或(B3)单体使用。在其他情况下，这种单体与化学式(B1)、(B2)或(B3)单体结合使用。另外，这种单体可以是二叠氮基-二醇(DAzD)或炔二醇(AlD)。

在一些情况下，包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体包括化学式(G1)或(G2)单体：

其中

R₂₀是-CH₃或-CH₂CH₃。

另外，在一些实施例中，包含一个或多个炔部分的一个或多个单体包括化学式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)、(H5)或(H6)单体：

以及其中

R₂₀是-CH₃或-CH₂CH₃；并且

X是-NH-或-O-。

另外，在一些实施例中，在此描述的聚合物可以用生物活性物种进行官能化。在一些情况下，该聚合物是由包含这些生物活性物种的另外的单体形成。此外，这种另外的单体可以包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分。例如，在一些情况下，在此描述的聚合物是由包含肽、多肽、核酸或多糖的一个或多个单体形成，其中该肽、多肽、核酸或多糖用一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分进行官能化。在一些情况下，在此描述的聚合物的生物活性物种是生长因子或信号分子。另外，肽可以包括二肽、三肽、四肽或更长的肽。如下文进一步描述的，在一些实施例中，由这种单体形成聚合物可以向在此描述的组合物提供另外的生物功能性。

另外，在一些实施例中，一种组合物包含在此描述的多种聚合物。在一些情况下，聚合物被选择成可通过点击化学反应方案彼此间反应。在一些情况下，例如，在此描述的组合物包含第一聚合物，该第一聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分的一个或多个单体；该组合物并且还包含第二聚合物，该第二聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。因此，在一些此类实施例中，在此描述的组合物可以包含叠氮化物-炔环加成反应产物，如1,4或1,5-三唑环。以此方式，在此描述的组合物的第一聚合物和第二聚合物可以通过形成一种或多种叠氮化物-炔环加成反应产物充当聚合物网络的交联点来形成聚合物网络。

这种聚合物网络可以具有高的交联密度。在此出于参考目的，“交联密度”可以指聚合物主链之间的交联点或交联位点之间的分子量，如下文所描述。另外，在一些实施例中，在此描述的聚合物网络的交联点包括叠氮化物-炔环加成反应产物交联点。交联点还可以包括通过相邻聚合物主链的一个或多个侧羧基或羧酸基与一个或多个侧羟基的酯化或反应形成的酯键。在一些实施例中，在此描述的聚合物网络具有至少约500、至少约1000、至少约5000、至少约7000、至少约10,000、至少约20,000或至少约30,000mol/m³的交联密度。在一些情况下，该交联密度在约5000与约40,000之间或在约10,000与约40,000mol/m³之间。

还有可能使用不一定形成叠氮化物-炔环加成反应产物的点击化学反应方案来形成聚合物网络。例如，在一些情况下，在此描述的包含炔部分和/或叠氮化物部分的一个或多个单体可以至少部分地被包含可以参与化学反应方案的不同部分的一个或多个单体置换。例如，在一些实施例中，聚合物或聚合物网络是由包含硫醇部分的一个或多个单体与包含烯(或炔)部分的一个或多个单体通过硫醇-烯/炔点击反应反应而成的。这种硫醇-烯/炔点击反应可以包括通过自由基或离子反应机制在碳-碳双键或三键上添加S-H键。更一般地说，在一些情况下，在此描述的聚合物可以由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含可操作来参与点击化学反应的一个或多个第一部分和/或可操作来参与相同点击化学反应的一个或多个第二部分的一个或多个单体，其中第一部分和第二部分不同。可以使用与本披露的目的不矛盾的任何点击化学反应。在一些情况下，点击化学反应包括[3+2]环加成反应，如胡伊斯根氏炔-叠氮化物环加成反应；硫醇-烯/炔反应；狄尔斯-阿尔德反应；反向需电子狄尔斯-阿尔德反应；[4+1]环加成反应，如异氰化物与四嗪的环加成反应；或涉及如环氧环或吖丙啶环的应变环的亲核取代反应。不旨在受理论限制，据信使用点击化学反应方案在聚合物网络中提供交联可以在一些情况下改善聚合物网络的机械强度，而不必为了其他目的牺牲侧柠檬酸羧基部分，如羟磷灰石(HA)钙螯合作用。

另外，应当理解的是在此描述的聚合物或聚合物网络可以由不一定是具有化学式(A)、(B1)、(B2)或(B3)结构的单体的单体形成。例如，在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物是由包含内酯的一个或多个单体以及包含可操作来参与点击反应的一个或多个第一部分，如一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体形成。在一些此类情况下，包含内酯的一个或多个单体基于所有单体的总量计，可以占用于形成聚合物的单体的至少约60mol％、至少约70mol％、至少约80mol％、至少约90mol％、至少约95mol％或至少约99mol％。因此，在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物包含聚内酯，该聚内酯已被改性成包括一个或多个可点击部分，如一个或多个叠氮化物部分和/或一个或多个炔部分，包括在内以作为该聚合物的侧基。可以使用与本披露的目的不矛盾的任何内酯来形成这种聚合物。例如，在一些情况下，内酯包括L-丙交酯、D-丙交酯、D,L-丙交酯、乙交酯和/或ε-己内酯。因此，在一些情况下，在此描述的聚合物可以是聚(ε-己内酯)(PCL)、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)或其组合。

类似地，在其他实施例中，在此描述的组合物的聚合物是由与化学式(A)表示的物种不同的一个或多个单体形成，该一个或多个单体包含多元羧酸或多元羧酸的功能等效物。这种多元羧酸可以是二羧酸，并且多元羧酸的“功能等效物”可以是形成与多元羧酸在此处描述的反应方案中形成的聚合物相同的聚合物的物种，如在此描述的多元羧酸的酸酐或酰基氯。此外，多元羧酸或其功能等效物可以是饱和或不饱和的。例如，在一些情况下，多元羧酸或其功能等效物包括马来酸、马来酸酐、富马酸或富马酰氯。还可以使用含乙烯基的多元羧酸或其功能等效物，如烯丙基丙二酸、烯丙基丙二酰氯、衣康酸或衣康酰氯。

在一些情况下，聚合物是由以下各项形成：包含多元羧酸或多元羧酸等效物的一个或多个此类单体；包含多元醇的一个或多个单体；以及包含一个或多个可点击部分，如一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。例如，在一些情况下，该多元羧酸包括二羧酸，如癸二酸。类似地，该多元醇可以包括二醇如以上提供的二醇、或三醇如甘油。另外，在一些此类情况下，包含一个或多个可点击部分，如一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的该一个或多个单体基于所有单体的总量计，可以占用于形成聚合物的单体的多至约40mol％、多至约30mol％、多至约20mol％、多至约10mol％、多至约5mol％或多至约1mol％。因此，在一些情况下，在此描述的组合物的聚合物包含聚酯如聚(甘油癸二酸酯)(PGS)，该聚酯已被改性成包括一个或多个可点击部分，如一个或多个叠氮化物部分和/或一个或多个炔部分，包括在内以作为该聚合物的侧基。

另外，在此描述的聚合物网络可以是水凝胶。在一些情况下，水凝胶包含水性连续相和聚合物分散相或不连续相。另外，在一些实施例中，在此描述的交联聚合物网络是不是水溶性的。

在一些情况下，在此描述的聚合物或聚合物网络还可以在该聚合物主链内具有至少一个酯键。在一些情况下，聚合物在该聚合物主链内具有多个酯键，例如至少三个酯键、至少四个酯键或至少五个酯键。在一些实施例中，在此所述的聚合物在该聚合物主链内具有两个酯键与五十个酯键之间。另外，在一些情况下，具有在此描述的结构的聚合物和聚合物网络可以是生物可降解的。在一些实施例中，生物可降解的聚合物或聚合物网络在体内降解成无毒组分，这些无毒组分可以通过普通生物过程从体内清除。在一些实施例中，生物可降解聚合物经过约90天或更少、约60天或更少或约30天或更少的时间完全或基本上完全降解，其中降解程度是基于生物可降解聚合物质量减轻百分比，并且其中完全降解对应于100％质量减轻。确切地说，质量减轻通过将聚合物初始重量(W₀)与预定时间点测量的重量(W_t)(如30天)比较来计算，如等式(1)所示：

另外，在此描述的聚合物或聚合物网络可以按与本披露的目的不矛盾的任何量存在于组合物中。在一些情况下，一种组合物由聚合物或聚合物网络组成或基本上由其组成。在其他情况下，一种组合物基于该组合物的总重量计包含多至约95重量％、多至约90重量％、多至约80重量％、多至约70重量％、多至约60重量％、多至约50重量％、多至约40重量％或多至约30重量％的聚合物或聚合物网络。在一些情况下，在此描述的组合物基于该组合物的总重量计包含在约10重量％与约99重量％之间、在约10重量％与约90重量％之间、在约10重量％与约80重量％之间、在约20重量％与约70重量％之间、在约30重量％与约70重量％之间、在约30重量％与约60重量％之间、在约50重量％与约99重量％之间、在约50重量％与约80重量％之间或在约60重量％与约90重量％之间的聚合物或聚合物网络。另外，在一些实施例中，在此描述的组合物的其余部分可以是水或水性溶液。

此外，在一些实施例中，在此描述的包含聚合物网络的组合物可以进一步包含分散在该聚合物网络中的微粒材料。可以使用与本披露的目的不矛盾的任何微粒材料。在一些情况下，该微粒材料包含以下各项中的一种或多种：羟磷灰石、磷酸三钙、双相磷酸钙、生物玻璃、陶瓷、镁粉、镁合金以及脱细胞骨组织粒子。也可以使用其他微粒材料。

另外，在此描述的微粒材料可以具有与本披露的目的不矛盾的任何粒子大小和/或粒子形状。在一些实施例中，例如，微粒材料在至少一个维度上具有小于约1000μm、小于约800μm、小于约500μm、小于约300μm、小于约100μm、小于约50μm、小于约30μm或小于约10μm的平均粒子大小。在一些情况下，微粒材料在至少一个维度上具有小于约1μm、小于约500nm、小于约300nm、小于约100nm、小于约50nm或小于约30nm的平均粒子大小。在一些情况下，微粒材料在两个维度或三个维度上具有在此所述的平均粒子大小。此外，微粒材料可以基本上由球形粒子、板状粒子、针状粒子、或其组合形成。也可以使用具有其他形状的微粒材料。

微粒材料可以按与本披露的目的不矛盾的任何量存在于在此描述的组合物中。例如，在一些情况下，一种组合物基于该组合物的总重量计包含多至约70重量％、多至约60重量％、多至约50重量％、多至约40重量％或多至约30重量％的微粒材料。在一些情况下，一种组合物基于该组合物的总重量计包含在约1重量％与约70重量％之间、在约10重量％与约70重量％之间、在约15重量％与约60重量％之间、在约25重量％与约65重量％之间、在约25重量％与约50重量％之间、在约30重量％与约70重量％之间、在约30重量％与约50重量％之间、在约40重量％与约70重量％之间或在约50重量％与约70重量％之间。例如，在一些情况下，在此描述的包含聚合物网络的组合物包含多至约65重量％的羟磷灰石。

此外，在一些实施例中，在此描述的组合物可以包含大量的微粒材料，如多至约70重量％的量的微粒材料，即使用于形成该聚合物网络的聚合物具有低的重均分子量，如小于约2000、小于约1000或小于约500的重均分子量。例如，在一些情况下，在此描述的组合物包含由在此描述的具有小于约2000、小于约1000或小于约500的重均分子量的聚合物形成的聚合物网络，并且进一步包含分散在该聚合物网络内的多至约70重量％的量的羟磷灰石粒子。另外，在一些情况下，除了可能由羟磷灰石粒子提供的任何交联作用之外，聚合物网络不发生或基本上不发生另外的交联。

另外，在此描述的微粒材料可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式分散在聚合物网络内。在一些实施例中，例如，将微粒材料混合或研磨到聚合物网络中。另外，在一些情况下，在此描述的微粒材料可以被聚合物网络的一个或多个侧官能团螯合或以其他方式结合。例如，在一些情况下，一种组合物包含分散在此处描述的聚合物网络内的羟磷灰石粒子，其中羟磷灰石被聚合物网络的一个或多个侧官能团螯合。在一些实施例中，该聚合物网络的一个或多个羧基部分或一个或多个柠檬酸盐部分螯合羟磷灰石的一个或多个含钙部分。

在此描述的聚合物网络可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式来制备。在一些情况下，一种制备聚合物网络的方法包括混合第一聚合物和第二聚合物和/或使它们反应，该第一聚合物和该第二聚合物各自包含在此描述的组合物的聚合物。此外，该第一聚合物和该第二聚合物可以包含互补的官能团以便实施交联反应，包括通过点击化学反应方案来实施。例如，在一些情况下，该第一聚合物包含一个或多个炔部分，并且该第二聚合物包含一个或多个叠氮化物部分。在一些情况下，该第一聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分的一个或多个单体；并且该第二聚合物是由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。在此类情况下，该聚合物网络可以通过使该第一聚合物的一个或多个炔部分与该第二聚合物的一个或多个叠氮化物部分反应以便形成一种或多种叠氮化物-炔环加成反应产物。

使炔部分和叠氮化物部分反应可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式进行。在一些实施例中，使炔部分和叠氮化物部分反应包括将该第一聚合物和该第二聚合物的混合物加热到足以诱导交联反应的温度，如约80℃至约120℃的温度，以便诱导热点击化学反应或酯化反应。还可以通过向该混合物添加催化剂如金属催化剂来使炔部分和叠氮化物部分反应。适用于在此描述的一些实施例的金属催化剂可以包括铜、钌和银中的一种或多种。在其他情况下，不使用含金属催化剂如铜催化剂。另外，使在此描述的第一聚合物和第二聚合物的炔部分和叠氮化物部分反应可以包括诱导这些炔部分和叠氮化物部分之间的点击化学反应。这种点击化学反应可以是热点击化学反应或另一种类型的点击化学反应，如应变促进的炔-叠氮化物环加成反应(SPAAC)或铜催化的炔-叠氮化物环加成反应(CuAAC)。此外，以在此描述的方式进行炔部分和叠氮化物部分之间的反应可以形成交联的聚合物网络，该网络的交联点是由叠氮化物-炔成加成反应产物如1,4-或1,5-三唑环形成。另外，在一些实施例中，该第一聚合物和/或该第二聚合物可以包含可形成另外的交联点的一个或多个另外的部分以便提供聚合物网络。例如，在一些情况下，该第一聚合物和/或该第二聚合物包含一个或多个羧酸基和/或羟基。在一些此类情况下，另外的交联可以通过羧酸基与羟基之间一个或多个酯键的形成来进行。

此外，在一些实施例中，在此描述的制备聚合物网络的方法进一步包括用一种或多种生物功能性物种如一种或多种肽、多肽、核酸和/或多糖对聚合物网络的表面进行官能化。这种官能化可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式进行。例如，在一些情况下，在此描述的方法进一步包括使肽、多肽、核酸和多糖中的一种或多种与交联聚合物网络上的侧炔部分和/或叠氮化物部分反应以便在该交联聚合物网络与该肽、多肽、核酸和/或多糖之间形成共价键。在一些情况下，该肽、多肽、核酸和/或多糖包含炔或叠氮化物部分，并且共价键的形成是通过在该聚合物网络的一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分与该肽、多肽、核酸和/或多糖的一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分之间诱导进一步的点击化学反应，如应变促进的炔-叠氮化物环加成反应来进行。在一些情况下，这种反应可以在37℃下在水性环境中进行。另外，肽、多肽或其他生物功能性物种可以通过使该肽、多肽或其他物种与一种试剂如可商购自Berry&Associates的点击BCNN-羟基琥珀酰亚胺酯反应而被改性成可点击的。

在此描述了组合物的不同组分。应理解根据本披露的组合物可以包含与本披露的目的不矛盾的组分和特性的任何组合。另外，在一些实施例中，这种组合物可以被选择来提供一种具有在此描述的任何生物可降解性、机械特性和/或化学功能性的组合物。

II.医学植入物和装置

在另一方面，在此描述了医学植入物和装置。在一些实施例中，医学植入物或装置包含或由上文第I部分所描述的组合物形成。可以使用上文第I部分所描述的任何组合物。另外，在一些情况下，在此描述的医学植入物包括组织工程支架。在此描述的医学植入物还可以包括或形成软组织结构，如血管、心肌组织、心脏瓣膜、韧带、腱、肺、膀胱、皮肤、气管或尿道。另外，在此描述的组合物还可以成形为分别具有小于约1000μm或小于约1000nm的直径的微纤维或纳米纤维。

在一些实施例中，在此描述的组合物构成双相聚合物支架。在此出于参考目的，“双相”支架可以具有二组分结构如核壳结构，其中两种组分具有不同的化学特性和/或机械特性。在一些情况下，例如，在此描述的核壳聚合物支架包含具有第一孔隙度的核组分；以及围绕该核组分且具有第二孔隙度的壳组分，该第二孔隙度不同于该第一孔隙度。另外，在一些此类实施例中，该核组分展现出比该壳组分更高的孔隙度。例如，在一些情况下，该第一孔隙度是在约30％与约99％之间并且该第二孔隙度是在约0％与约99％之间。在一些实施例中，该第一孔隙度是在约65％与约75％之间并且该第二孔隙度是在约0％与约50％之间或在约5％与约50％之间。在一些情况下，这种孔结构可以分别模拟松质骨和皮质骨的双峰分布。第一孔隙度与第二孔隙度之间的其他孔隙度差异也是可能的。此外，在一些情况下，该核组分可以展现出比壳组分更低的孔隙度。聚合物组分的孔隙度可以按与本披露的目的不矛盾的任何方式来测量。在一些情况下，例如，孔隙度是通过测定多孔样品的整体体积并且减去聚合物网络材料的体积来测得。还可以使用其他方法。

另外，该核组分和/或该壳组分可以展现出与本披露的目的不矛盾的任何孔径大小范围。在一些情况下，例如，该核组分和/或该壳组分展现出约800nm至约1000μm的平均孔径大小。在一些实施例中，该核组分和/或该壳组分展现出约1μm至约800μm、约5μm至约500μm、约10μm至约1000μm、约10μm至约100μm、约50μm至约500μm、约100μm至约1000μm、约100μm至约500μm或约500μm至约1000μm的平均孔径大小。

此外，应当理解的是在此描述的核壳支架的核组分和壳组分两者可以由上文第I部分所描述的组合物形成。可以使用上文所描述的任何组合物用于支架的核和壳组分。因此，在一些情况下，该核组分包含由上文第I部分所描述的聚合物形成的第一聚合物网络，并且该壳组分包含由上文第I部分所描述的聚合物形成的第二聚合物网络。例如，在一些情况下，该核组分包含由以下各项形成的第一聚合物网络：上述一个或多个化学式(A)单体；上述一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体。这种支架的壳组分可以包含由以下各项形成的第二聚合物网络：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体。第一聚合物网络和第二聚合物网络的聚合物的化学成分可以相同或不同。

类似地，在其他实施例中，在此描述的支架的第一聚合物网络和/或第二聚合物网络包含胺、酰胺或异氰酸酯与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体以及包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。在一些情况下，该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络包含多元羧酸或多元羧酸功能等效物与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、包含炔部分的一个或多个单体以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。支架的第一聚合物网络和/或第二聚合物网络还可以包含氨基酸与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、包含炔部分的一个或多个单体以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。

另外，在一些实施例中，在此描述的支架的聚合物网络可以包括复合聚合物网络，包括上文第I部分所描述的复合聚合物网络。例如，在一些情况下，微粒无机材料分散在该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络内。可以使用与本披露的目的不矛盾的任何微粒无机材料。在一些情况下，例如，该微粒无机材料包括羟磷灰石。另外，如上文第I部分所描述的，微粒无机材料可以按不同的量存在于聚合物网络中。在一些情况下，例如，微粒无机材料基于该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络的总重量计分别以多至约70重量％的量存在于在此描述的支架的第一聚合物网络和/或第二聚合物网络中。

另外，在此描述的核壳支架可以具有不同的核壳架构。在一些实施例中，例如，该核组分和该壳组分是同心圆柱。在一些此类情况下，该核组分的直径是该壳组分的直径的约1％至约90％。其他直径比率也是可能的。另外，在此描述的双相支架除了同心圆柱核壳结构外还可以具有其他结构。

此外，在一些情况下，在此描述的双相支架可以用于在体内修复节段性骨缺损。例如，在一些情况下，支架的基于柠檬酸盐的聚合物-羟磷灰石复合物可以提供用于骨再生和组织整合的骨引导表面，同时双相支架设计可以模拟松质骨和皮质骨的等级组织。确切地说，在一些情况下，这种支架设计可以提供组织向内生长所必需的内部(核)相的孔隙度以及满足大节段性骨缺损修复的机械需求所需的外部(或壳)相的减少的孔隙度两者。因此，在一些实施例中，这种组合物可以模拟天然骨组织的组成特性和架构特性两者，而且还在植入后提供用于大节段性骨缺损的直接结构支撑。

例如，如下文进一步描述的，在此描述的双相支架可以用于体内修复兔中的10mm节段性桡骨缺损。这种支架还可以展现出与宿主骨的良好生物相容性和全面骨整合。另外，在一些情况下，在此描述的双相支架在植入后的最初阶段显著提高新骨形成的效率，并且获得更高的骨密度。与别的材料相比，在此描述的双相支架还可以在植入后的早期时间点，如15周之前的时间点，展现出增加的挠曲强度、界面骨向内生长以及骨膜重塑。例如，在一些情况下，在此描述的支架当如在此描述的进行测量时展现出在约1MPa与约45MPa之间、在约10MPa与约45MPa之间、在约20MPa与约45MPa之间、在约25MPa与约45MPa之间或在约30MPa与约40MPa之间的压缩峰值应力。另外，应当理解的是支架的每一部分的抗压强度可以至少部分地通过改变给定部分的壁厚和/或孔隙度来进行控制。在此描述的支架当如在此描述的进行测量时展现出在约50MPa与约1500MPa之间、在约100MPa与约1500MPa之间、在约100MPa与约1000MPa之间、在约300MPa与约1500MPa之间、在约500MPa与约1500MPa之间、在约500MPa与约1000MPa之间、在约750MPa与约1500MPa之间或在约750MPa与约1250MPa之间的初始模量。此外，在此描述的支架当如在此描述的进行测量时还展现出在约2％与约5％之间、在约2％与约4％之间或在约3％与约5％之间的峰值压缩断裂应变。

因此，在另一方面，在此描述了治疗节段性骨缺损的方法。在一些情况下，这种方法包括将在此描述的支架放置在节段性骨缺损部位。此外，在一些情况下，一种治疗节段性骨缺损的方法进一步包括将该支架在节段性骨缺损部位维持多至15周。

在此描述的一些实施例在以下非限制性实例中进一步说明。在以下实例中，将使用以下专门术语。“基于柠檬酸盐的生物可降解弹性体”(“CABE”)可以包括聚(1,8-辛二醇柠檬酸盐)(“POC”)、交联氨基甲酸酯掺杂的聚酯(“CUPE”)弹性体、聚(亚烷基马来酸柠檬酸盐)(“PAMC”)以及生物可降解的光致发光聚合物(“BPLP”)。“官能化的”、“官能的”或“可点击的”CABE可以指已被改性成包括一个或多个可点击部分，如一个或多个炔部分或叠氮化物部分的CABE。“POC”指由化学式(A)单体和1,8-辛二醇形成的聚合物。官能化的POC(或其他聚合物，如BPLP)可以参见其含有的可点击部分的类型来指示。例如，“POC-N₃”指由另外的含叠氮化物单体形成的POC。“POC-Al”指由另外的含炔单体形成的POC。不同方式官能化的POC的混合物可以指POC-N₃,Al(1/1)，其中附带的(1/1)指示该混合物由1/1重量比的POC-N₃与POC-Al组成。“CUPE”指由化学式(A)单体、化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、化学式(C)单体以及任选的化学式(D1)或(D2)单体缩聚形成的聚合物。“PAMC”指由化学式(A)单体、化学式(B1)、(B2)或(B3)单体以及化学式(D1)或(D2)单体缩聚形成的聚合物。“BPLP”指由化学式(A)单体、化学式(B1)、(B2)或(B3)单体以及化学式(E)单体缩聚形成的聚合物。另外，“BPLP-Aaa”指由氨基酸Aaa形成的BPLP，这样使得例如“BPLP-Ser”指由丝氨酸形成的BPLP。“官能化的”、“官能的”或“可点击的”CUPE、PAMC或BPLP指使用包含一个或多个可点击部分，如一个或多个炔部分或叠氮化物部分的另外单体形成的聚合物。类似地，“官能化的”或“官能的”化学物种如“官能二醇”指进一步包含可点击部分如炔部分或叠氮化物部分的化学物种如二醇。另外，“预聚合物”可以指在此描述的低分子量聚合物或低聚物。

实例1

聚合物组合物

如下制备根据在此描述的一些实施例的组合物。总的来说，通过两步过程合成点击官能性PLGA、PCL及其共聚物。首先，使用三乙胺(TEA)作为催化剂，通过使官能二醇与氯甲酸乙酯反应将官能二醇转化成6元环碳酸盐。接着，通过开环聚合使碳酸盐单体与丙交酯(LA)、乙交酯(GA)或ε-己内酯(ε-PL)共聚。图1示出了官能PLGA、PCL及其共聚物的两步合成的反应方案。

官能化的POC、CUPE、PAMC、BPLP和官能化的聚(甘油癸二酸酯)(PGS)通过多羧基单体(如含柠檬酸盐的单体)、官能(可点击)二醇以及脂肪族二醇的一步共缩聚反应来合成。图2(a)示出了用于合成包括炔基或叠氮基的预聚合物的方案。图2(b)示出了用于由这些预聚合物形成交联弹性体的方案。通过引入叠氮化物和炔官能二醇，叠氮化物(预-POC-N₃)和炔(预-POC-Al)官能POC预聚合物可以如图2(a)所示的合成。可以将POC-N₃和POC-Al预聚合物混合并且通过铜催化的叠氮化物-炔环加成(CuAAC)过程交联，或加热以诱导无铜的热交联过程。在热交联过程中，叠氮基和炔基之间发生热点击反应。另外，同时也可能经由一步后聚合过程发生POC-N3和POC-Al预聚合物的侧-COOH基和-OH基之间的酯化，以形成热同步的二元(TSB)交联(酯化和热点击反应)POC-点击弹性体，如图2(b)所示。

另外，交联POC-点击聚合物表面上的残余叠氮基可以允许实现通过无铜点击反应即应变促进的炔-叠氮化物环加成反应(SPAAC)进行的生物分子缀合的方便途径。可有效促进内皮细胞(EC)的粘附和增殖的胶原模拟肽p15可以通过SPAAC缀合至POC-点击弹性膜和支架(图2(b))。

如上文所描述的，具有叠氮基(预-POC-N₃)或炔基(预-POC-Al)的官能POC预聚合物可以通过柠檬酸(CA)、1,8-辛二醇(OD)以及叠氮化物或炔官能二醇(图2(a)中的二叠氮基-二醇[DAzD]或炔-二醇[AlD])的共缩聚反应来合成。叠氮基或炔基到预聚合物中的成功引入可以通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱和核磁共振(NMR)光谱来示出，如叠氮基的特征IR吸收峰(FTIR中2100cm^-1)或邻近叠氮基的-CH₂-基上的质子的¹H-NMR峰(¹H-NMR中约4.5ppm)的外观所指示的。随着官能二醇与OD单体的比率增加，两个峰的强度均得到增强。出于命名目的，进料比可如下指示：POC-N₃-x或POC-Al-x(x＝1、2或3)，其中“x”表示DAzD或AID与OD的比率。确切地说，对于给定x值，DAzD或AID与OD的比率是x/10。

叠氮基的热稳定性通过在80℃、100℃或120℃下加热POC-N₃-1(CA:OD:DAzD的摩尔比为1:1:0.1)预聚合物持续不同的时间来评估。所获得的POC-N₃-1膜的FTIR光谱在图3(a)中示出。可见当在80℃或100℃下加热1天、2天或甚至3天后，叠氮基在2100cm^-1处的特征红外吸收峰保持不变，但当在120℃下加热3天后降低，这表明叠氮基可以在80℃和100℃下维持其稳定性。在另一研究中，将POC-N₃-1和POC-Al-1预聚合物的等量共混物在80℃或100℃下加热不同的时间。根据POC-点击膜的FTIR光谱，如图3(b)所示，当在80℃下加热多至4天后在2100cm^-1处的叠氮基吸收峰强度保持不变，但当在100℃下加热1天、2天或3天后快速降低，这表明100℃是热点击反应的适合温度。

在此描述的聚合物和聚合物网络的交联密度还可以通过改变交联时间和可点击预聚合物比率(预-POC-N₃-x/预-POC-Al-y(x、y＝1、2或3))来控制。在一些情况下，一些叠氮基在点击交联完成后被保留(图4)用于进一步生物缀合，因为每个DAzD分子含有两个叠氮基，而每个AlD分子仅含有一个炔基(图2(a))。

通过加热POC-N₃-x和POC-Al-x预聚合物(x＝1、2或3)的等量混合物而制备的POC膜(100℃，3d)和一系列POC-点击膜(100℃，3d，图3(b))的热特性也可以通过差示扫描热量法(DSC)和热重量分析(TGA)来表征。图3(c)中的DSC曲线指示所有聚合物的表观玻璃化转变温度(T_g)。增加交联聚合物膜中的点击部分的量导致T_g快速增加，这可能是由于通过热点击反应形成刚性三唑环。TGA曲线(图3(d))显示所有聚合物都是相对稳定的，其中热分解分度(T_d)高于218℃。POC示出具有241.6℃的T_d。POC-Al-3均聚物具有最高的T_d，POC-N₃-3均聚物具有最低的T_d，并且POC-点击聚合物的T_d值介于中间。

一系列POC-点击聚合物的润湿性通过水-空气接触角试验使用POC和PLLA作为对照来评定。这些结果示于图5中。POC-点击1和POC-点击2示出与POC类似的润湿性，尤其是在水接触30分钟后。虽然POC-点击3的接触角初始甚至大于PLLA的接触角，但在30分钟后变得低于PLLA的接触角，从而证明POC主链的亲水性。

POC和POC-点击聚合物的机械特性示于图6(a)-6(h)中。POC-N₃-x，Al-x(1/1)和POC-N₃-x，Al-x(1/2)(x＝1、2或3)聚合物膜的抗张应力都比POC(5MPa)高10-40MPa，并且比相对应的POC-N₃-x和POC-Al-x均聚物膜高10-20MPa(图6(a))。图7提供了不同聚合物的交联密度(N)和一些机械特性的概述。所有交联膜均通过在100℃下加热3天而获得。其他组合物的机械特性示于图8中。确切地说，图8提供了由不同重量比的POC-N₃-x和POC-Al-y(x、y＝1、2或3并且x≠y)的混合物制备的POC-点击TSB交联聚合物的特性。膜的伸长率均在200％-300％左右，例外的是POC-N₃-3，Al-3(1/1)和POC-N₃-3，Al-3(1/2)的伸长率低于100％，与交联密度成总体逆相关(图6(c)和图7)。POC-N₃-1，Al-1(1/1)和POC-N₃-2，Al-2(1/1)均示出与POC类似的弹性特性(图6(d))。虽然POC-N₃-3，Al-3(1/1)的应力应变曲线具有表征塑料聚合物的屈服点(图6(d))，但在将材料浸入PBS中约24h后，同一聚合物显示出弹性特征(图6(e))，这表明POC-N3-3，Al-3(1/1)仍然可以在体内充当弹性移植物(润湿条件)。POC-点击润湿机械强度甚至好于CUPE的机械强度。当交联时间从0.5天增加至3天时，POC-点击聚合物的抗张应力和杨氏模量持续增加，尤其是POC-N₃-1，Al-1(1/1)和POC-N₃-2，Al-2(1/1)，而POC在此时间段仅示出非常有限的改善(图6(f)和6(g))。聚合物膜的伸长率在交联时间改变时未示出显著的变化(图6(h)，除了POC-N₃-3，Al-3(1/1)的情况。以上调查表明点击反应的引入可以显著改善TSB交联POC-点击聚合物的机械强度。此方法的多能性进一步通过在引入热点击反应以形成CUPE-点击聚合物膜后交联CUPE增加的机械强度得以证实(图9)。

不同聚合物的体外和体内降解行为示于图10(a)和10(b)中。在12小时孵育后，POC-点击聚合物在0.05MNaOH溶液中比POC降解得更慢，其中POC和POC-点击1降解100％，而POC-点击3仅降解约80％。降解速率随交联密度增加而降低(图10(a))。随着交联时间从1天增加至3天，发现类似的趋势(图10(b))。POC-点击3、POC和CUPE在PBS(pH7.4)中的降解曲线示于图10(c)中。在前12周期间，POC-点击3示出不多于5％的质量损失，而POC损失其初始质量的25％。在第12周后，POC-点击3进入相对快速的降解时期，并且聚合物的质量损失在第32周追上POC的质量损失。POC-点击3和POC在第34周完全降解，而CUPE降解不多于40％。不旨在受理论限制，据信POC-点击3的“开始慢，然后快”的降解现象可以根据其化学结构来解释(图11)。酯键和三唑环均存在于TSB交联POC-点击3膜中，并且酯键比三唑环降解得更快。起初，POC-点击3由于POC-点击3网络中三唑环的存在而比POC降解得慢得多。一旦DAzD(在图11的圆圈中)周围的酯键都水解了，DAzD交联点就完全毁坏。连同DAzD交联点的破坏，POC-点击3的降解速率变得比POC的降解速率还要快，从而允许POC-点击3的质量损失最终赶上POC的质量损失。POC-点击聚合物的这些降解特性有利于许多生物医学应用，如组织工程学应用，这源于在植入后组织再生之前这段初始时间段机械强度的良好保持。

在皮下植入斯普拉道来(SD)大鼠的背部中20周后，POC-点击1、POC-点击3、POC以及PLLA的质量损失分别为6.28％、3.28％、9.54％以及5.71％(图10(d))。

通过甲基四氮唑(MTT)测定针对3T3成纤维细胞评定POC-点击聚合物的细胞相容性。使用POC和PLLA作为对照。MTT结果示于图12中。虽然细胞未在POC-点击聚合物和POC以及PLLA上增殖，但它们展示出类似的生长模式。也发现POC-点击聚合物上的3T3细胞增殖好于在POC上的细胞增殖。MTT结果表明，点击部分引入聚酯弹性体中未降低由此获得的聚合物的细胞相容性。

通过在SD大鼠中皮下植入POC-点击1和POC-点击3膜并且使用POC和PLLA作为对照，评定异物反应。将所有样品植入持续一周，产生了轻微的急性炎性反应，这是将异物引入身体中所预期且与其一致的一般过程，其可以通过聚合物膜周围的组织中的白细胞和巨噬细胞(H&E染色)以及CD11b阳性细胞(CD11b染色)的外观来证实。细胞计数结果示于图13(a)和13(b)中。在植入4周后仍然可以在外围组织中观察到少些巨噬细胞和CD11b阳性细胞，但细胞数目比植入一周后低得多。在植入12周后，样品周围的细胞大多数是成纤维细胞，并且细胞密度同样降低。在12周后已经很少见到CD11b阳性细胞，这指示没有发生慢性炎性反应。中度炎性反应表明POC-点击聚合物及其降解产物与POC和PLLA一样是细胞相容性的，这进一步指示点击部分的引入未损害由此获得的聚合物的生物相容性。

如以上所描述的，POC-点击聚合物上残余的叠氮基使得生物活性分子经由第二无铜点击反应SPAAC(图2(b))方便地缀合到POC-点击膜或支架的表面上。作为一个实例，将胶原模拟肽p15通过SPAAC缀合到POC-点击3膜的表面上，并且还调研了POC-点击3-p15膜上的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的活力/增殖。p15到POC-点击3膜表面上的成功缀合通过p15缀合后在膜的FTIR光谱中的叠氮化物吸收峰(2100cm^-1)消极地证实，并且通过坂口反应后膜的UV可见曲线中的胍基特征峰的外观积极地证实(为了定量，每个p15分子含有一个胍基)。p15缀合对HUVEC增殖的作用通过MTT测定、存活/死亡测定法和SEM，使用POC-点击3膜作为对照来调研。这些结果示于图14和图15中。根据MTT结果(图14)，可以看到在相同的接种密度(5000个细胞/孔)下，p15缀合的POC-点击3(POC-点击3-p15)膜上的初始HUVEC细胞数目(第1天)高于未处理的POC-点击3膜。在初始细胞粘附后，POC-点击3-p15膜上的HUVE增殖明显快于未处理的POC-点击3膜上的增殖。与POC-点击3膜的数据相比，在第7天POC-点击3-p15膜上的HUVEC细胞密度近乎加倍。存活/死亡图像(图15)显示相同的生长趋势。存活/死亡测定法图像和SEM图像(图15)两者均显示出活细胞的特征鹅卵石形态。在存活/死亡图像中见到少些死细胞。POC-点击3-p15膜上的死HUVE细胞数目少于POC-点击3膜的死HUVE细胞数目(图14)。HUVEC细胞增殖结果显示，p15缀合到POC-点击3表面上可以促进HUVEC细胞粘附和增殖。

为了进一步评估POC-点击聚合物的组织工程学应用，尤其是组织工程学血管移植物(TEVG)应用，选择POC-点击3作为待成型为管状三相支架(TTS)的代表。测试这些支架的机械特性并且与由POC和CUPE形成的TTS进行比较。另外，还将p15缀合到POC-点击3TTS的内表面上。

该TTS由粗糙的内管腔表面、具有1-20μm孔径大小的多孔支架材料中间层以及具有150-250μm孔径大小的多孔支架外层构成。这种设计对应于天然血管的微结构。粗糙表面更有利于内皮细胞的生长，并且1-20μm的孔径大小优选用于内皮细胞和平滑肌细胞的区室化，从而模拟天然血管的弹性薄片。150-250μm的孔径大小适合于成纤维细胞生长和细胞外基质(ECM)形成。

图16示出了POC-点击3TTS的扫描电子显微镜(SEM)图像。图17(a)-17(d)示出了TTS的一些机械特性。在单轴向张力下POC-点击3TTS的抗张强度和杨氏模量(分别为约5和17MPa)明显高于POCTTS(分别为约1和1.2MPa)，并且甚至稍稍高于CUPETTS(分别为约3.8和4MPa)，这指示POC-点击3多孔支架的强度足以将其用作血管移植物。POC-点击3TTS的破裂压力为约5000mmHg，这高于并行的POCTTS的破裂压力(小于1000mmHg)和CUPETTS的破裂压力(约3500mmHg)，并且还高于隐静脉和乳房动脉的破裂压力(分别为1599±877和4225±1368mmHg)，其当前用作人造血管的“黄金标准”。通过调节POC-点击3TTS组分的厚度和孔隙度，可以匹配目标血管的破裂压力。

为了植入，除了适合的破裂压力外，还期望导管如TTS被缝合。POC-点击3TTS的缝合保留强度值为约3.75N，这高于POCTTS(约0.75N)和CUPETTS(约3.0N)对照，并且还显著高于缝合动脉血管移植物所需的报告值1.20±0.23N。

通过SPAAC，p15缀合到POC-点击3TTS的内层的表面上，这通过坂口反应后内层的FTIR光谱变化得以消极地证实，并且通过UV可见光谱变化积极地证实。不旨在受理论限制，据信孔的存在可以降低POC-点击支架表面上的官能团(此处，叠氮基)的密度，但是对官能团的反应性应该没有显著的影响，因此允许生物活性分子容易地缀合到表面上。

虽然在此实例中主要针对基于POC的弹性体进行了描述，但应当理解的是也可以使用其他基于柠檬酸盐的弹性聚合物(如PAMC、CUPE和BPLP)以及其他弹性聚合物(如PCL和PGS)。在此提供的生物弹性体可以用于生物医学应用如组织工程学、药物递送、矫形固定装置(如骨螺钉、板和针)以及其他医学植入物。另外，在此提供的生物弹性体如POC-点击生物可降解的弹性体可以用于直接与HA复合以形成用于骨再生的生物可降解的骨油灰。另外的实验细节在以下提供。

材料

如在张(Zhang)等人，大分子(Macromolecules)2011,44,1755-1759和徐(Xu)等人，大分子2011,44,2660-2667中所述的合成2,2-双(叠氮甲基)丙烷-1,3-二醇(二叠氮基-二醇单体，DAzD)。炔丙基2,2-双(羟甲基)丙酸酯(炔-二醇单体，AlD)根据卢(Lu)等人，聚合物科学杂志部分A：聚合物化学(J.Polym.Sci.PartA:Polym.Chem.)2007,45,3204-3217和石(Shi)等人，生物材料(Biomaterials)2008,29,1118-1126来合成。以下提供在此描述的其他叠氮化物/炔官能二醇单体的合成。2-(叠氮甲基)-2-甲基丙烷-1,3-二醇和2-(叠氮甲基)-2-乙基丙烷-1,3-二醇的合成和纯化过程与DAzD的相同。p15肽(NH₂-Gly-Thr-Pro-Gly-Pro-Gln-Gly-Ile-Ala-Gly-Gln-Arg-Gly-Val-Val-CONH₂)购自美国肽公司(UnitedPeptideCorp.)(马里兰州罗克维尔)。BCNN-羟基琥珀酰亚胺酯I(用于SPAAC)购自贝瑞联合公司(Berry&Associates,Inc)。所有其他试剂来自西格玛奥德里奇并且不经进一步纯化而使用。

通用测量

将预聚合物的¹H-NMR光谱记录在DMSO-d₆中的JNMECS300光谱仪(JEOL，日本东京)上。衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱利用Nicolet6700FTIR光谱仪使用在1,4-二噁烷溶液中的预聚合物膜或直接使用交联聚合物膜来测量。通过SEM观察管状支架的形态(Hitachi3500N，EPIC)。使用UV-2450光谱仪(日本岛津公司(Shimadzu)，日本)以0.2nm的最小波长分辨率记录UV可见光谱。

聚合物合成和膜制备

根据以下合成POC：杨(Yang)等人，先进材料(Adv.Mater.)2004,16,511-516；杨等人，生物材料(Biomaterials)2006,27,1889-1898；戴伊(Dey)等人，生物材料2008,29,4637-4649；戴伊等人，生物医学材料研究杂志A部分(J.Biomed.Mater.Res.A)2010,95A,361-370；以及杨等人，组织工程学(TissueEng.)2005,11,1876-1886。简言之，将柠檬酸(CA)和1,8-辛二醇(OD)的混合物(CA:OD的摩尔比为1:1.1)在160℃下熔融约20min。然后将温度降低至140℃并且将反应持续另外约一小时，直到搅拌棒在60rpm的搅拌速度下颤搐。通过使低聚物/1,4-二噁烷水溶液沉淀、随后冷冻干燥来纯化粗产物。预-POC的¹HNMR(300MHz；DMSO-d₆；δ,ppm)：1.15(s,-OCH₂CH₂(CH₂)₄-，来自OD),1.50(s,-OCH₂CH₂-),2.50-2.90(m,-OCO-CH₂-C(OH)(COO-)-，来自CA),3.60(br,-CH₂-OH，来自OD),3.90-4.05(br,-COOCH₂-，来自OD)。预-POC的FTIR(薄膜，cm^-1)：1733(COOR)。

将POC预聚合物通过在100℃烘箱中加热3天来后聚合以产生POC膜。在此过程中，预-POC的部分未反应的-COOH基团和-OH基团交联。另外，还保持温度不变来制备交联时间为1或2天的POC样品。POC膜的FTIR(cm^-1)：1735(COOR)。

POC-点击

具有叠氮基(POC-N₃)或炔基(POC-Al)的官能POC预聚合物可以通过CA、OD以及叠氮化物或炔官能二醇(图2(a)中的DAzD或AlD)的共聚反应来合成。在于160℃下熔融CA和OD的混合物之后，将反应温度降低至120℃，随后添加官能单体(DAzD或AlD)。然后在使用通气塞进行氮气吹扫的情况下使反应在120℃下持续，直到搅拌棒在60rpm下颤搐。该反应通常进行多于2小时。纯化过程与POC预聚合物相同。对于POC-N₃系列，POC-N₃-1、POC-N₃-2和POC-N₃-3预聚合物的CA:OD:DAzD摩尔比分别为1:1:0.1、1:0.9:0.2和1:0.8:0.3。预-POC-N₃的¹HNMR(300MHz；DMSO-d₆；δ,ppm)：1.15(s,-OCH₂CH₂(CH₂)₄-，来自OD),1.50(s,-OCH₂CH₂-),2.60-2.90(m,-OCO-CH₂-C(OH)(COO-)-，来自CA),3.20-3.50(br,-CH₂-N₃，来自DAzD；-CH₂-OH，来自OD和DAzD),3.80-4.05(br,-COOCH₂-，来自OD和DAzD)。预-POC-N₃的FTIR(薄膜，cm^-1)：2109(-N₃，强),1735(COOR)。类似地，对于POC-Al系列，POC-Al-1、POC-Al-2和POC-Al-3预聚合物的CA:OD:AlD单体配比分别也为1:1:0.1、1:0.9:0.2和1:0.8:0.3。预-POC-Al的¹HNMR(300MHz；DMSO-d₆；δ,ppm)：1.05(s,CH₃-，来自AlD),1.20(s,-OCH₂CH₂(CH₂)₄-，来自OD),1.55(s,-OCH₂CH₂-，来自OD),2.60-2.90(m,-OCO-CH₂-C(OH)(COO-)-，来自CA),3.20-3.65(br,-CH₂-OH，来自OD和AlD；-C≡CH，来自AlD),3.85-4.15(br,-COOCH₂-，来自OD和AlD),4.60-4.70(br,-CH₂-C≡CH，来自AlD)。预-POC-Al的FTIR(薄膜，cm^-1)：2130(-C≡CH，弱),1735(COOR)。

同步二元(SB)交联POC膜(POC-点击)通过将预-POC-N₃和预-POC-Al的混合物在100℃下加热3天来形成。在此过程中，为了方便起见预聚合物的未反应的-COOH基与-OH基之间的后酯化反应以及预-POC-Al的炔基与预-POC-N₃的叠氮基之间的炔-叠氮化物环加成反应(AAC或热点击反应)在相同的后聚合过程中发生，从而产生相同的同步二元(SB)交联POC或POC-点击。

通过调整POC-N₃和POC-Al预聚合物之间的重量比(从1/1到1/2、1/4和1/6)来获得具有不同交联密度的POC-点击样品。POC-N₃(来自POC-N₃-1、POC-N₃-2到POC-N₃-3)和POC-Al(来自POC-Al-1、POC-Al-2到POC-Al-3)预聚合物中的官能团含量，以及加热时间(从1、2到3天)，如图7所示。POC-点击膜的FTIR(cm^-1)：2109(-N₃，仍然具有),1736(COOR)。

CUPE和CUPE-点击

交联氨基甲酸酯掺杂的聚酯预聚合物(预-CUPE)使用1,6-六甲基二异氰酸酯(HDI)作为链段增长剂如刘(Liu)等人，聚合物科学进展(Prog.Polym.Sci.)2012,37,715-765；塞拉诺(Serrano)等人，先进功能材料(Adv.Funct.Mater.)2010,20,192-208；吴(Wu)等人，自然医学(Nat.Med.)2012,18,1148-1153中描述的来合成。预-POC和HDI之间的重量比为1:0.22。类似地，预-CUPE-N₃和预-CUPE-Al还可以分别使用POC-N₃-1和POC-Al-1预聚合物来合成，以替换POC预聚合物。预聚合物和HDI之间的重量比对于预-CUPE是相同的。CUPE膜通过在100℃下加热预-CUPE3天来制备。类似地，CUPE-N₃、CUPE-Al和CUPE-N₃，Al(预-CUPE-N₃和预-CUPE-Al的等量混合物)膜也在相同条件下形成。

CBPLP-Ser和CBPLP-Ser-点击

BPLP-Ser使用1.0:1.1:0.2比率的CA、OD和L-Ser如阿维西-阿德莱(Avci-Adali)等人，生物材料2008,29,3936-3945中描述的来合成。类似地，BPLP-Ser-N₃和BPLP-Ser-Al也使用1.0:1.0:0.1:0.2比率的CA、OD、DAzD或AlD(N₃或炔官能单体)以及L-Ser来合成。交联的BPLP-Ser(cBPLP-Ser)膜通过将BPLP-Ser在100℃下加热3天来形成。同样，cBPLP-Ser-N₃、cBPLP-Ser-Al以及cBPLP-Ser-N₃，Al(BPLP-Ser-N₃和BPLP-Ser-Al的等量混合物)膜通过在与cBPLP-Ser相同的条件下交联相对应的聚合物来制备。

聚合物表征

交联聚合物的热特性通过差示扫描量热法(DSC，-50℃至约150℃)和热重量分析(TGA，20℃至约800℃)以10℃/min的加热速率在氮气氛下进行表征。玻璃化转变温度(T_g)通过第一加热轮次来确定以避免测量过程中进一步交联的影响。分解温度(T_d)定义为样品5％重量损失下的温度。

POC；POC-N₃-1，Al-1(1/1)；POC-N₃-2，Al-2(1/1)；POC-N₃-3，Al-3(1/1)和PLLA膜的水-空气接触角在室温下使用固着液滴法通过Rame-Hart侧角器和成像系统(Rame-Hart公司，新泽西州山景湖城(MouttainLake,NJ))在液滴落下10s内进行测量。参见杨等人，生物材料2002,23,2607-2614。对不同位点的四个独立测量结果求平均值。还在水滴到膜的表面上0至30分钟后监测水-空气接触角随时间的变化。基于阿基米德原理通过具有密度测定试剂盒的梅特勒托利多(MettlerToledo)天平(格赖芬湖，瑞士(Greifense,Switzerland))测量弹性体密度。使用蒸馏水作为辅助液体。

使用配备有500N负荷传感器的MTSInsight2机器进行力学试验。将样品切成窄的矩形并且伸长以断裂。通过测量应力应变曲线中10％伸长率下的梯度，计算杨氏模量。每个样品测试8个样本并且求平均值。

根据橡胶弹性的理论使用等式(2)评估交联位点之间的交联密度和分子量：

$n=\frac{E_0}{3RT}=\frac{\mathrm{\ρ}}{M_c}---\left(2\right),$

其中n表示每单位体积活性网络链段的数目(mol/m³)；M_c表示交联位点之间的分子量(g/mol)；E₀表示杨氏模量(Pa)；R是普遍气体常数(8.3144J/molK)；T是绝对温度(K)；并且ρ是弹性体密度(g/m³)，如经由上述方法所测量的。

在将膜浸入PBS(pH7.4)中持续约24小时直到膜的湿重停止增加后，测量膜的湿机械特性。

体外和体内降解

针对体外降解，将盘状的样本(直径7mm，厚约0.15-0.30mm)放置在含有10mL磷酸盐缓冲盐水(PBS，pH7.4)或NaOH溶液(0.05M)的管中并且在37℃下孵育预定时间。用去离子(DI)水彻底洗涤样本(多于3次)以去除任何残余的盐，之后进行冷冻干燥，特别是针对PBS降解。通过以上等式(1)计算质量损失。此处，W₀和W_t分别是初始重量和降解后重量。对于每个样品执行四个样本(NaOH降解)或六个(PBS降解)并且求平均值。结果表示为均值±标准偏差。

对于体内降解，在通过70％乙醇、无菌PBS(pH7.4)以及UV光连续处理进行除菌并且随后在细胞培养罩中干燥过夜后，将POC；POC-N₃-1，Al-1(1/1)；POC-N₃-3，Al-3(1/1)和PLLA样品的盘状样本(直径8mm，厚约0.75-0.95mm)皮下植入健康3周龄雌性斯普拉道来(SD)大鼠(印第安纳州印第安纳波利斯市哈伦斯普拉道来公司)的背部中。对于每个样品使用四个样本，并且总共使用四只大鼠。

20周后，将样品从大鼠中取出，用PBS溶液和DI水彻底洗涤，并且然后冷冻干燥。还使用以上质量损失等式计算质量损失。

体外细胞细胞毒性

针对3T3成纤维细胞，用MTT(甲基噻唑基二苯基-四氮唑溴化物)评定POC-N₃-1，Al-1(1/1)；POC-N₃-2，Al-2(1/1)；POC-N₃-3，Al-3(1/1)的相对细胞毒性。分别使用POC和PLLA作为阳性对照和阴性对照。将样品切成盘状(7mm)以适配96孔板的内径。然后通过70％乙醇、无菌PBS(pH7.4)以及UV光连续处理对样品进行除菌。随后，将杜氏改良培养基(DMEM，具有10％胎牛血清(PBS))中的200μL3T3细胞以5×10⁴个细胞/mL的密度添加到底部具有盘状样本的96孔板中。使用没有接种细胞的样本作为对照。在如之前工作中所述的在孵育器(37℃，5％CO₂)中孵育1天、3天和7天后进行MTT测定分析。参见德兰(Tran)等人，软材料(SoftMatter)2010,6,2449-2461。

异物反应

为了评定双重交联POC-点击聚合物膜的体内安全性，选择POC-N₃-1，Al-1(1/1)和POC-N₃-3，Al-3(1/1)作为有待使用H&E染色和H&C(CD11b)染色进行异物反应研究的POC-点击聚合物代表。分别使用POC和PLLA膜作为阳性对照和阴性对照。在如上所述的进行除菌并且在细胞培养罩中干燥后，将盘状膜(直径8mm，厚约0.75-0.95mm)随机皮下植入健康3周龄雌性斯普拉道来(SD)大鼠(印第安纳州印第安纳波利斯市哈伦斯普拉道来公司)的上背和下背中。将9只SD大鼠分成3组，每组3只用于研究的三个不同时间点(1、4和12周)。在每个时间点结束时，用过量CO₂将三只大鼠处死，并且将连同外围组织的聚合物膜收集并通过浸泡在10％福尔马林中来固定，持续2天。将样品在自动化组织处理器上处理。然后包埋在固体石腊中并且切成4μm切片。将来自外植体不同区域的6个载玻片利用苏木精和伊红染色来染色。参见吉瓦力(Gyawali)等人，生物材料2010,31,9092-9105。为了评估炎性细胞，将另外六个载玻片用炎性细胞标志物CD11b(大鼠抗小鼠MAC-1，圣克鲁斯生物技术公司(SantaCruzBiotechnology))和过氧化物酶缀合的山羊抗大鼠二级抗体(杰克逊免疫研究实验室，宾夕法尼亚州(JacksonImmunoResearchLaboratories,PA))染色。参见周(Zhou)等人，生物材料2011,32,9383-9390。然后CD11b染色载玻片用3,3-二氨基联苯胺底物系统处理并且用苏木精来复染色。阳性免疫反应在蓝色背景下显示为暗褐色。使用配备有NikonE500CCD照相机(日本尼康公司)的LeicaDMLP显微镜(徕卡显微系统公司，伊利诺伊州班诺克)检验横切面。为了定量分析，对来自H&E染色400X图像的植入膜附近的皮肤侧组织的200×200μm²区域中的所有细胞进行计数。对于一个样品，分析来自不同样本(植入在不同大鼠中的样本)的至少8个不同平方区域并且求数目的平均值。也使用同样方法对来自H&C染色400X图像的CD11b+细胞(蓝色背景下为暗褐色染色)进行计数。

POC-N ₃ -3，Al-3(1/1)(POC-点击3)膜上的p15缀合以及内皮细胞(EC)附着和增殖

首先通过无铜可点击部分修饰P15以便获得可点击p15。简言之，在室温下使p15与点击BCNN-羟基琥珀酰亚胺酯I在DMSO溶液中反应24小时以便获得可点击p15。然后将指定量的可点击p15的DMSO溶液用DI水(水/DMSO的v/v＝1/1)稀释并且直接用于与POC-点击3膜的应变促进炔-叠氮化物环加成反应(SPAAC)(37℃，3d)。在用DI水洗涤并随后冷冻干燥后获得P15缀合的POC-点击3膜。p15缀合的POC-点击3膜通过FTIR和UV可见光谱(使用p15上的胍基的韦博改良坂口反应(Weber’smodifiedSakaguchireaction))来表征。参见张(Zhang)等人，生物材料2010,31,7873-7882。缀合到膜上的p15的量经UV可见光谱测定(每个p15分子含有一个胍基)为10.6nmol/cm²，根据文献这足以用于内皮细胞附着。参见生物材料科学杂志(聚合物版)(J.Biomater.Sci.PolymerEd.)2005,16,875-891。

将P15缀合的POC-点击3连同纯的POC-点击3(100℃，3d，用作对照)样品模切成具有匹配96孔板的内经的7mm直径的盘。将样品通过70％乙醇、无菌PBS(pH7.4)以及UV光连续处理进行除菌，并且在杜氏改良培养基(DMEM)中在37℃下孵育3-7天，之后进行细胞接种。将原代人脐静脉内皮细胞(HUVEC)在来自龙沙公司(Lonza)的内皮细胞生长培养基Bulletkit(EGM-2BulletKit)中根据制造商的说明进行培养。该EGM-2BulletKit含有500mLEBM-2基础培养基和一组补充物，即EGM-2SingleQuot试剂盒补充物和生长因子。在使用前将所有补充物添加到500mLEBM-2基础培养基中。将细胞在37℃，98％湿度和5％CO₂下孵育。每隔一天更换培养基。将来自龙沙公司的冷冻的原代HUVEC细胞(第一代，P1)首先在组织培养聚苯乙烯聚(PS)烧瓶(75cm²，美国麻塞诸塞州科宁阿克顿公司(CorningActon,MAUSA))中以2500-5000个细胞/cm²的加载密度培养。当细胞达到约75％-90％汇合水平后(通常在约6-7天后)，使用0.05％胰蛋白酶/EDTA(龙沙公司)收获细胞并且在液氮中储存。重复该步骤以培养P2细胞至P3细胞。将P3HUVEC细胞接种在96孔板(5000个细胞/孔)中的膜上并且孵育1、3和7天，然后将MTT试剂(5mg/mL，20uL/孔)添加到研究孔中并且在37℃下孵育另外4小时。通过微读板仪在570nm下测量MTT测定后样品的吸光度。针对每个时间点(第1、3和7天)同时通过存活/死亡活力/细胞毒性试剂盒(英杰公司(Invitrogen)，分子探针，俄勒冈州尤金市(Eugene,OR))对p15缀合的POC-点击3样品和POC-点击3样品上的HUVEC进行染色，以便使用装备有ANDORDL-604M-#VP相机和PriorLumen200的倒置光学显微镜(NikonEclipseTi-U)观察细胞形态学和铺展。另外，当将细胞用2.5％(wt/v)戊二醛-PBS溶液固定，随后通过一系列分级的乙醇(50％、75％、95％和100％)处理来连续脱水并且冷冻干燥后，在第7天通过扫描电子显微镜(SEM，FEI，Quanta200)对p15缀合的POC-点击3和POC-点击3样品上的HUVEC的形态和铺展进行成像。

管状三相支架(TTS)制备和p15缀合

POC-点击3(w/w＝1/1的混合POC-N₃-3和POC-Al-3)、POC以及CUPE的小直径三相血管移植物支架由粗糙的内管腔表面、具有1-20μm孔径大小的中间多孔层以及具有150-250μm孔径大小的外多孔层构成，以便复制天然血管的分层架构。参见杨等人，组织工程学2005,11,1876-1886；戴伊等人，生物医学材料研究杂志A部分2010,95A,361-370；以及张等人，生物材料2013,34,4048-4056。简言之，对3mm外径的钢条浸渍涂覆1,4-二噁烷中的预聚合物溶液(30％w/wPOC和POC-点击3，3％w/wCUPE)，并且涂覆1-20μm平均大小的NaCl(99％纯度)。接着，将1-20μm大小的NaCl与预聚合物溶液以1:5聚合物/盐重量比混合，并且混合直到形成粘稠浆体。然后将该浆体转移到钢条上以产生200μm厚的层。允许整个构造风干并且然后在100℃下交联1天。接着，将由1:10聚合物/盐重量比的混合NaCl(150-250μm)和预聚合物溶液制成的另一种粘稠预聚合物-盐浆体转移到之前的层上以产生800μm厚的层。将钢条/材料组件放置在层流罩中过夜以去除所有溶剂，并且接着转移到维持在100℃的烘箱中持续另外3天以便交联。交联后，通过将钢条/材料组件浸没在DI水中来执行盐析，每6个小时一次完全更换水。通过利用硝酸银的试验来测定盐的完全去除。通过使支架在50％(v/v)乙醇水溶液中溶胀随后冷冻干燥来将支架脱模。通过扫描电子显微镜(SEM)(HitachiS-3000N，日立科学系统公司，日本茨城县(Ibaaki,Japan))检查支架形态。

根据文献方法测量POC-点击3、POC以及CUPEPTBS的机械特性，包括峰值载荷、缝合保留以及破裂压力。参见戴伊等人，生物医学材料研究杂志A部分2010,95A,361-370。通过将可点击p15的DMSO溶液添加到一端被截尾的双相支架的内部孔洞中经由可点击p15与POC-点击3PTBS内层之间的SPAAC获得P15缀合的POC-点击3TTS。在37℃下反应3天后，用DI水洗涤支架并且然后冷冻干燥。由此获得的p15缀合的POC-点击3支架通过FTIR以及UV可见光谱来表征(以证实通过p15上的胍基的韦博改良坂口反应实现的p15缀合)。

实例2

双相支架

如下制备根据在此描述的一些实施例的双相支架。

A.材料和方法

材料

羟磷灰石[Mw：502.32，测定>90％(为Ca₃(PO₄)₂)；粒子大小：>75μm(0.5％)，45–75μm(1.4％)，<45μm(98.1％)]购自Fluka公司(美国密苏里州圣路易斯(St.Louis,MO,USA))。除非另有说明，否则1,8-辛二醇(98％)、柠檬酸(99.5％)以及所有其余化学品均购自西格玛奥德里奇(美国密苏里州圣路易斯)并且如收到时那样使用。

聚(柠檬酸辛二醇酯)-点击(POC点击)合成

2,2-双(叠氮甲基)丙烷-1,3-二醇(二叠氮基-二醇单体，DAzD)和炔丙基2,2-双(羟基-甲基)丙酸酯(炔-二醇单体，AlD)如之前所述合成。具有叠氮化物官能性的POC点击预聚合物(POC点击-N₃)分别通过1.0:0.7:0.3摩尔比的柠檬酸、1,8-辛二醇和AlD的共聚来合成。简言之，将柠檬酸和1,8-辛二醇的混合物添加到配有入口和出口适配器的100mL三颈圆底烧瓶中。在氮气流动下通过在硅油浴中在160℃下搅拌将混合物熔融。随后将系统的温度降低至120℃，随后添加AlD单体，并且允许反应持续2h以产生POC点击-N₃预聚合物。为了去除未反应的单体和低聚物，将预聚合物溶解在1,4-二噁烷中，并且通过在得自Direct-Q5水净化系统(密理博公司(Millipore)，麻萨诸塞州比尔里卡(Billerica,MA))的去离子水中逐滴沉淀来纯化。收集含有未溶解的预聚合物的沉淀物并且在Freezone6冷冻干燥机(Labconco，密苏里州堪萨斯城(KansasCity,MO))中冻干以获得纯化的预-POC点击-N₃。具有炔官能性的POC点击预聚合物(POC点击-Al)如上所述分别使用1.0:0.7:0.3摩尔比的柠檬酸、1,8-辛二醇和DAzD来合成。

双相支架制造

制造由类似内相孔隙度和不同外相孔隙度组成的双相支架(图18)。为了产生外相，将等摩尔量的预-POC点击-N₃和预-POC点击-Al溶解在1,4-二噁烷中并且与羟磷灰石混合(65重量％)。将具有在200-400μm范围内的平均大小的氯化钠盐添加到不同浓度(5-50重量％)的混合物中以控制外相的孔隙度。为了进一步控制孔隙度，还有可能使用具有在约800nm与约1000μm之间的平均大小的氯化钠晶体。此外，该浓度还可以是从0-50重量％，或在一些情况下，大于50重量％。在聚四氟乙烯圆盘中搅拌混合物，直到形成均质粘稠浆体。接着通过将粘稠浆体插入购自麦克马斯特-卡尔公司(McMaster-Carr)(美国俄亥俄州奥罗拉(Aurora,OH,USA))的聚四氟乙烯管(5×10mm；内径×长度)中来形成圆柱状的支架。溶剂蒸发后，将支架在维持在100℃的烘箱中后聚合，持续1天。

为了产生内相，将3mm孔洞车床加工到支架的中心，并且产生具有70重量％盐浓度的类似以上提及的步骤的浆体。也可以使用其他浓度，如在约50重量％与约80重量％之间的浓度。将所得浆体插入外相的管腔中并且允许在层流罩中干燥过夜。溶剂蒸发后，将支架在维持在100℃的烘箱中后聚合，持续2天，随后在120℃下在2Pa真空中加热持续1天。通过将支架浸没在去离子水中持续72小时来将盐从支架中沥出，每12小时一次更换水。最后，使用冷冻干燥法干燥支架以获得最终双相支架(5×10mm；直径×长度)。将双相支架称为双相-X，其中X指示用于在制造过程中产生外相的盐重量百分比。

单相支架制造

为了制造具有一致孔隙度(70％)的支架，将类似内相制造的浆体插入聚四氟乙烯管(5×10mm；内径×长度)中。溶剂蒸发后，将支架在维持在100℃的烘箱中后聚合，持续3天，随后在120℃下在2Pa真空中加热持续1天，并且如以上所提及的进行处理。

双相支架形态和孔隙度表征

为了观察支架的截面形态，用金喷涂样品并且在FEIQuanta200环境扫描电子显微镜(SEM)(FEI，美国俄勒冈州希尔斯伯勒(Hillsboro,OR,USA))下进行观察。为了表征支架几何形状，选择3个随机位置并且使用NIHImageJ分析软件(美国国立卫生研究院，美国马里兰州)记录总计30个测量结果。

支架机械表征

使用5900系列先进电子医疗试验系统(英斯特朗公司(Instron)，美国麻萨诸塞州诺伍德(Norwood,MA,USA))执行无侧限压缩试验。简言之，以2mmmin^-1的速率压缩圆柱形支架5×10mm(直径×高度)以引发破裂。将值转换成应力-应变并且根据所得曲线(0-10％压缩应变)的初始梯度计算初始模量(MPa)。还记录峰值应力(MPa)和压缩断裂应变(％)。

双相支架体内评估

使用来自南方医科大学(中国广州)实验室动物中心的新西兰白兔(重2.0-2.2kg)来评估支架在体内修复10mm节段性骨缺损的能力。所有动物实验均根据南方医科大学的研究机构动物护理和使用委员会所批准的方案来实施。首先通过耳静脉注射3％戊巴比妥钠(1.5mL/kg)来使这些兔子麻醉。在左桡骨的中间三分之一上方开一个20mm切口，并且将上面覆盖的组织切走以暴露桡骨的骨干。接着，通过低速电锯产生10mm节段性缺损，并且立即用以下实验组进行治疗：1.单相支架(70％一致孔隙度)(“单相”组)和2.双相-50支架(70％内相孔隙度；50％外相孔隙度)(“双相-50”组)。为了对照，还用自体骨移植物(阳性对照；“自体骨”组)治疗动物或留为空白的以作为未治疗缺损(阴性对照；“空缺损”组)。因为在测试的移植物替代物中未并入特定的骨诱导性或骨原性因素(阳性对照中固有的那些除外)，所以不需要使用更苛求的20mm严格确定大小的缺损模型，并且采用10mm缺损治愈允许更好地表征移植物替代物的骨诱导性和骨原性。在术后5、10以及15周将兔子处死，并且进行以下评定。

射线照相检验

通过计算机X射线断层照相术分析使用Micro-CT系统(ZKKS-MCT-Sharp-III扫描器，中国中科恺盛公司(Caskaisheng,CHINA))分析所有样品。使用ZKKS-MicroCT3.0软件重构这些图像以生成范围为0至255的灰度标图像，这等于0.81-3.34gcm^-3的密度范围。新骨形成通过支架(2.5gcm^-3)与新形成的类骨质或天然骨重塑(1.2-1.7gcm^-3)之间的密度差异来定义。确切地说，使用光密度测量植入总区域中新形成的骨的百分比。由于新形成的骨无法与自体移植物分隔开，所以所报告的骨光密度数据包括再生的骨以及重塑的自体移植物。还测量缺损空间中总的骨形成，包括骨间韧带联合，但不包括尺骨。基于微CT图像，骨与植入物区域计算为与植入物直接接触的新形成骨的表面边界长度除以总植入物周长。

组织学分析

对于组织学分析，将石蜡包埋的脱钙组织切成4μm厚的切片，然后将这些切片脱蜡、水合并用苏木精和伊红(H&E)以及米利根氏三色染剂染色。在显微镜检验后，使用在光学显微镜上装备有CCD相机(柯达DCS，美国乔治亚州亚特兰大(Atlanta,GA,USA))的自动图像分析系统(FreeMaxver3.0，台湾中锐(Zhongrui,Taiwan))获得新形成骨的计算机辅助的组织形态学测量结果。

生物力学试验

在植入后15周处死每个小组的兔子。将前臂的软组织包括骨膜从桡骨小心地切走，以在不触碰骨的情况下揭露骨缺损区域。然后评定外植桡骨的愈合。将样本(四个桡骨)的两个切割末端用夹子固定，平均间距为20mm。桡骨节段的最大弯曲强度使用ElectroForce3510通用材料材料试验机(博塞公司(Bose)，美国明尼苏达州伊甸草原(EdenPrairie,MN,USA))来测量。该试验的运动控制在2mmmin^-1的速度。将值转换成应力-应变并且根据所得曲线(0-10％压缩应变)的初始梯度计算初始模量。

统计分析

数据表示为均值±标准偏差。使用双尾学生t检验计算两组数据之间的统计显著性。利用纽曼-科伊尔斯多重比较检验事后比较分析的方差分析(ANOVA)用来测定三个或更多个组之间的显著性差异。使用SPSS软件(SPSS，美国伊利诺伊州芝加哥(Chicago,IL,USA))执行数据分析。当获得0.05或更小的P值时，数据被视为显著性的。

B.结果

双相支架形态

以不同外相孔隙度制造的双相POC-点击-HA支架的SEM图像示于图19中，该图示出了两种不同支架架构的存在。图19的外相对应于双相-5(图19(a))、双相-10(图19(b))、双相-24(图19(c))以及双相-50(图19(d))。双相内相直径和外相直径经测量分别为2.96±0.05mm和5.02±0.07mm。所有支架的平均孔径大小经测量为338.12±42.06μm。

双相支架机械特性

评估所制造的支架的压缩峰值应力、初始模量以及峰值断裂应变。如图20(a)和20(b)所示，可见随着外相孔隙度增加，峰值应力和初始模量有降低的趋势。对于双相-5和双相-50支架，压缩峰值应力值显著从37.45±3.83MPa降低至2.26±0.27MPa(p<0.05)。对于初始模量观察到类似的逆关系，随着内相孔隙度从5％增加至50％，初始模量显示从1250.01±230.60MPa降低至55.15±15.83MPa(图20(b))。相比之下，图20(c)显示压缩断裂应变相对于外相孔隙度而增加，但并没有显著性差异(p>0.05)。

总体评估

为了评定POC-点击-HA双相支架在修复长骨缺损中的功效，将双相-50支架植入在兔子的10mm节段性左桡骨骨干缺损中。所有实验组均未遇到术中或术后并发症。在植入部分中未出现伤口感染的迹象，并且所有兔子均恢复良好，而无任何红斑、肿胀或窦道形成的征象。在植入15周后，宏观评估揭示，对于单相支架和双相支架，在整个实验时间范围内在缺损部分中植入物定位得以维持。在实验组和阳性对照组中，新骨向内生长是显著的。POC-点击-HA支架显示接近完全吸收。然而，在阴性对照组中存在明显的缺陷。

射线照相检验

在每个时间点使用微-CT图像评估新骨生长的程度。图21(a)示出空缺损(未治疗的阴性对照)的CT图像，图21(b)示出自体骨移植物(阳性对照)，图21(c)示出POC-点击-HA单相支架，并且图21(d)示出POC-点击-HA双相-50支架。如图21所示，当桡骨缺损被放任不管并且不用任何填充材料处理时，在15周后髓腔仍保持未修复并且观察不到任何骨再生(图21(a))。相比之下，自体骨移植物治疗的动物截至到第5周展示出致密的新形成骨，并且在术后第10周骨再生增加。截至到第15周，骨缺损被修复，并且髓腔被桥联。然而，再生桡骨的直径比实验组更小(图21(b))。用单相支架治疗的动物展示出骨膜反应，并且在植入后5周出现新骨再生。骨膜胼胝在整个研究中变厚并且以70％的骨与植入物接触(BIC)值围绕支架的周边。截至到第15周，骨缺损被大部分修复，并且髓腔被部分桥联(图21(b))。就双相-50支架而言，在植入5周后观察到高密度的移植骨，在内相中未出现明显的吸收迹象。双相支架被新形成的骨围绕并且成功锚定至宿主骨组织。10周后，骨缺损被大致地修复，并且原来断开的骨髓腔被桥联。15周后，缺损被完全修复，并且支架被近似完全吸收(图21(c))。BIC的定量分析显示出在5周时间点时相比自体骨移植物而言实验组中更高的值(表1)。

表1.骨分析的定量(均值±SD)。

a：在相同时间点相比空缺损(未治疗的阴性对照)的统计差异(P＜0.05)，c：在相同时间点单相组与双相-50组之间的统计差异(P＜0.05)。

组织学分析

在组织学评估时，在植入物-骨界面处未观察到炎症或巨噬细胞或巨大细胞的存在。在单相支架内和植入物-骨界面处存在纤维组织，而在双相-50支架内存在很少的纤维组织，这表示双相支架架构可以减少纤维浸润。在实验组中新骨向内生长是显著的，并且值得注意地，用单相支架和双相支架两者治疗的动物在植入5周后显示出骨膜重塑。组织学定量测定示出在15周实验治疗组(单相支架和双相-50支架治疗组)与自体骨移植物治疗的动物之间相当的结果(图22)。在图22中，所报告的区域表示骨与植入物接触区域的百分比。所报告的光密度表示植入区域中新骨的百分比。

生物力学试验

与对照组(未治疗和自体骨)相比，在5周后用单相支架和双相-50支架治疗的桡骨的压缩特性显著增加。另外，用双相支架治疗的桡骨的承载能力高于用单相支架治疗的桡骨的承载能力，但在第15周并不是统计上显著的。在植入5周后，生物力学试验显示单相支架、双相-50支架、阴性对照(未治疗)以及阳性对照(自体移植物)的断点分别为582.8±45.1N、608.0±53.6N、445.2±38.2N以及514.0±60.9N。在15周研究期结束时，分别记录到1008.8±54.2N、1066.4±69.2N、637.0±29.6N以及1034.6±84.4N的断点。在第5周兔桡骨-尺骨复合体的挠曲试验示出相比单相支架和自体移植物组而言在双相支架中显著更好的弹性模量和挠曲强度恢复(表2，图23)。

表2.生物力学试验的结果(均值±SD)。

a：在相同时间点相比空缺损组的显著差异(P＜0.05)，b：在相同时间点相比自体骨移植物组的显著差异(P＜0.05)，c：在相同时间点单相组与双相-50组之间的显著差异(P＜0.05)。

C.讨论

在此描述了拟生态的基于柠檬酸盐的双相支架以复制天然骨组织的天然组成和架构特性，其可以提供针对大节段性骨缺损的直接结构支撑和长期组织再生。另外，如在此描述的，已发现了以下内容。1)使用基于柠檬酸盐的材料可以提供一种高度有效的用以复制天然骨中存在的有机细胞龛以便改善生物相容性并增强骨形成的手段。2)位于材料本体中的柠檬酸盐提供侧羧基化学品以便与HA粒子螯合，并且允许并入多至65重量％以匹配天然无机矿物含量。3)POC-点击生物材料可以与HA复合并且通过可点击部分交联以便保存有价值的柠檬酸盐羧基化学品以供HA结合，从而产生强的复合物。4)双相支架设计可以更好地模拟高度多孔性松质骨的双峰分布以及皮质骨的致密紧凑结构，并且在植入后提供直接结构支撑。4)为了赋予移植物孔隙度，可以使用成本有效的且易做到的溶剂流铸微粒沥滤技术。此方法的一个主要优点是整体尺寸、几何形状以及相孔隙度可以使用不同聚四氟乙烯模具和车床钻头尺寸来控制以微调所得支架架构和所得机械特性，从而满足对于不同解剖学部位的要求。

POC-点击-HA双相支架的SEM分析分别示出用以复制天然皮质骨和松质骨的围绕多孔内相的致密外相的清晰存在(图19)。选择所得孔隙度以便匹配天然骨的对应孔隙度，已发现对于皮质骨孔隙度为10％并且对于松质骨为50％-90％。孔径大小经选择在200-400μm范围内。天然骨组织是高度动态的且刚性的组织。在此研究中制造的POC-点击-HA双相支架的机械特性高度依赖于所得外相的孔隙度。不旨在受理论限制，图20示出随外相孔隙度减小压缩强度的相对应增加，这表明支架的机械强度主要归因于外相。

除力学试验之外，在体内使用10mm兔桡骨缺损将POC-点击-HA双相支架与单相支架和自体骨移植物进行比较以确定它们使节段性骨缺损再生的能力。以类似于双相支架的内相的孔隙度制造具有一致孔隙度(70％)的POC-点击-HA支架，并且由于外相孔隙度与强度之间的平衡选择POC-点击-HA双相-50支架用于植入。组织学结果显示，新骨向内生长到单相支架和双相POC-点击-HA支架两者中。不旨在受理论限制，结合微-CT分析，这些结果显示基于柠檬酸盐的支架在植入5周后相比自体骨移植物显著增加BMC，这可能强调了支架架构中多孔组分的重要性，多孔组分可以提供用于成骨细胞迁移的适当空间并且促进骨桥接以便最终缩短恢复时间(表1)。在研究结束时，单相支架和双相支架架构均能完全修复缺损并且显示出接近完全的吸收。

另外，在此描述的两个实验组的全面生物力学分析揭露，双相组的挠曲强度、BMC以及坚韧性的复原都显著大于单相组。不旨在受理论限制，据信双相支架设计的低孔隙度外相不仅用于模拟天然皮质以经受穿过缺损的生物机械力，而且通过充当类似于胶原膜的屏障来阻止纤维组织向内生长。值得注意的是，以上呈现的关于长骨再生的体内结果是基于仅有的POC-点击-HA支架而无任何补充物或生长因子。

总之，使用简单且成本有效的氯化钠微粒沥滤技术制造拟生态的基于柠檬酸盐的双相支架以复制皮质骨和松质骨的天然架构。使用这种设计，可以产生具有可调的架构几何形状和强度的不同双相支架。基于所得支架的几何形状、机械特性以及体内性能对它们进行评估。此类架构上和组成上拟生态的基于柠檬酸盐的支架可以充当现成的植入物以提供对于大骨缺损的直接结构支撑。

本发明的不同实施例已被描述来实现本发明的不同目的。应认识到这些实施例仅说明本发明的原理。在不背离本发明的精神和范围的情况下，许多修改及其改编对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (30)

1.一种组合物，该组合物包含由以下各项形成的聚合物：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体：

(B2)以及

其中

R₁、R₂以及R₃独立地是-H、-CH₃、-CH₂CH₃或M⁺；

R₄是-H；

R₅是-H、-OH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-CH₃、-CH₂CH₃、-NH₂、NHCH₃、-CH₂CH₂NHCH₃、-N(CH₃)₂或-CH₂CH₂N(CH₂CH₃)₂；

R₆是-H、-CH₃或-CH₂CH₃、-(CH₃)₂或-(CH₂CH₃)₂；

R₇是-H或-CH₃；

R₈是-(CH₂)_a-、-(CH₂CH₂O)_b-或-(CH₂OCH₂)_b-；

R₉是-H、-CH₃或C2-C20烷基；

R₁₀是-H、-C(O)CH₃或-C(O)CH₂CH₃；

R₁₁和R₁₂独立地是-OH或-NH₂；

M⁺是一价阳离子；

X和Y独立地是-O-或-NH-；

Z是–H、-CH₃、-(CH₃)₂、-(CH₂CH₃)2或

a是从0至20的整数；

b是从0至2000的整数；

n是在1与2000之间的整数；并且

m和p独立地是范围为1至20的整数；并且

其中该化学式(B1)单体具有至少一个包含-OH或-NH₂的末端。

2.如权利要求1所述的组合物，其中使用了一个或多个化学式(B1)单体，并且X是-O-。

3.如权利要求1所述的组合物，其中包含一个或多个炔部分和/或叠氮化物部分的该一个或多个单体包括多元醇。

4.如权利要求1所述的组合物，其中该组合物包含第一聚合物，该第一聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个炔部分的一个或多个单体；并且还包含第二聚合物，该第二聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。

5.如权利要求4所述的组合物，其中该组合物包含叠氮化物-炔环加成反应产物。

6.如权利要求1所述的组合物，其中该聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(C1)、(C2)、(C3)或(C4)单体：

以及

其中p是范围为1至10的整数。

7.如权利要求1所述的组合物，其中该聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(D1)或(D2)单体：

以及

其中

R₁₃是-H、-CH₃或-CH₂CH₃。

8.如权利要求1所述的组合物，其中该聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(E)单体：

其中

R₁₄是氨基酸侧链。

9.如权利要求1所述的组合物，其中该聚合物由以下各项形成：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体；以及一个或多个化学式(F)单体：

其中

R₁₅、R₁₆、R₁₇以及R₁₈独立地是-H、-CH₂(CH₂)_xNH₂、-CH₂(CHR₁₉)NH₂或-CH₂(CH₂)_xCOOH；

R₁₉是-COO或-(CH₂)_yCOO；

x是范围为0至20的整数；并且

y是范围为1至20的整数。

10.如权利要求1所述的组合物，其中包含一个或多个叠氮化物部分的该一个或多个单体包括化学式(G1)或(G2)单体：

以及

其中

R₂₀是-CH₃或-CH₂CH₃。

11.如权利要求1所述的组合物，其中包含一个或多个炔部分的该一个或多个单体包括化学式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)、(H5)或(H6)单体：

以及

其中

R₂₀是-CH₃或-CH₂CH₃；并且

X是-NH-或-O-。

12.如权利要求1所述的组合物，其中包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的该一个或多个单体包括肽、多肽、核酸或多糖。

13.一种组合物，该组合物包含由以下各项形成的聚合物：

包含内酯的一个或多个单体；以及

包含炔部分或叠氮化物部分的一个或多个单体。

14.一种组合物，该组合物包含由以下各项形成的聚合物：

包含多元羧酸或多元羧酸等效物的一个或多个单体；

包含多元醇的一个或多个单体；以及

包含一个或多个炔部分和/或一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体。

15.如权利要求1-14中任一项所述的组合物，该组合物进一步包含分散在由该聚合物形成的网络内的微粒无机材料。

16.如权利要求15所述的组合物，其中该微粒无机材料包括羟磷灰石。

17.如权利要求15所述的组合物，其中该微粒无机材料基于该聚合物网络的总重量计以多至约70重量％的量存在于该聚合物网络中。

18.一种核壳聚合物支架，该支架包含：

具有第一孔隙度的核组分；以及

围绕该核组分且具有第二孔隙度的壳组分，该第二孔隙度不同于该第一孔隙度，

其中该核组分包含由以下各项形成的第一聚合物网络：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体：

以及

其中

R₁、R₂以及R₃独立地是-H、-CH₃、-CH₂CH₃或M+；

R₄是-H；

R₅是-H、-OH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-CH₃、-CH₂CH₃、-NH₂、NHCH₃、-CH₂CH₂NHCH₃、-N(CH₃)₂或-CH₂CH₂N(CH₂CH₃)₂；

R₆是-H、-CH₃或-CH₂CH₃、-(CH₃)₂或-(CH₂CH₃)₂；

R₇是-H或-CH₃；

R₈是-(CH₂)_a-、-(CH₂CH₂O)_b-或-(CH₂OCH₂)_b-；

R₉是-H、-CH₃或C2-C20烷基；

R₁₀是-H、-C(O)CH₃或-C(O)CH₂CH₃；

R₁₁和R₁₂独立地是-OH或-NH₂；

M+是一价阳离子；

X和Y独立地是-O-或-NH-；

Z是–H、-CH₃、-(CH₃)₂、-(CH₂CH₃)₂或

a是从0至20的整数；

b是从0至2000的整数；

n是在1与2000之间的整数；并且

m和p独立地是范围为1至20的整数；并且

其中该化学式(B1)单体具有至少一个包含-OH或-NH₂的末端；并且

其中该壳组分包含由以下各项形成的第二聚合物网络：一个或多个化学式(A)单体；一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体；包含炔部分的一个或多个单体；以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体。

19.如权利要求18所述的支架，其中该核组分展现出比该壳组分更高的孔隙度。

20.如权利要求18所述的支架，其中该第一孔隙度是在约30％与约99％之间并且该第二孔隙度是在约0％与约99％之间。

21.如权利要求18所述的支架，其中微粒无机材料分散在该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络内。

22.如权利要求21所述的支架，其中该微粒无机材料包括羟磷灰石。

23.如权利要求21所述的支架，其中该微粒无机材料基于该第一聚合物网络或该第二聚合物网络的总重量计分别以多至约70重量％的量存在于该第一聚合物网络或该第二聚合物网络中。

24.如权利要求18所述的支架，其中该第一聚合物网络和该第二聚合物网络展现出约800nm至约1000μm的平均孔径大小。

25.如权利要求18所述的支架，其中该核组分和该壳组分是同心圆柱。

26.如权利要求18所述的支架，其中该核组分的直径是该壳组分的直径的约1％至约90％。

27.如权利要求18所述的支架，其中该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络包含胺、酰胺或异氰酸酯与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、包含一个或多个炔部分的一个或多个单体、以及包含一个或多个叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。

28.如权利要求18所述的支架，其中该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络包含多元羧酸或多元羧酸功能等效物与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、包含炔部分的一个或多个单体以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。

29.如权利要求18所述的支架，其中该第一聚合物网络和/或该第二聚合物网络包含氨基酸与一个或多个化学式(A)单体、一个或多个化学式(B1)、(B2)或(B3)单体、包含炔部分的一个或多个单体以及包含叠氮化物部分的一个或多个单体的反应产物。

30.如权利要求18所述的支架，其中该支架展现出以下各项中的一种或多种：在约1MPa与约45MPa之间的压缩峰值应力、在约50MPa与约1500MPa之间的初始模量以及在约2％与约5％之间的峰值压缩断裂应变。