CN107207714A - 定义明确的可降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物及其合成的可扩展方法 - Google Patents

定义明确的可降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物及其合成的可扩展方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了适用于3D打印和其他聚合物装置制造方式并且其可以以商业上合理的量廉价地进行制造的低分子量PPF聚合物(和相关方法)。这些新型低分子量PPF聚合物具有低分子量分布和广泛的潜在用途，特别是作为用于医疗器械3D打印的树脂中的组分。生产低PPF的能力为PPF的可靠GMP生产创造了新的机会。它提供低成本合成和合成的可扩展性，明确定义的质量和粘度PPF的混合，以及对溶剂或热更少的依赖，以在3D打印期间(a)实现可3D打印树脂的混合或(b)和流动性。这些PPF聚合物是无毒的、可降解的和可吸收的，并且可以用于植入生物体内的组织支架和医疗器械中。

Description

定义明确的可降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物及其合成的 可扩展方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年11月18日提交的题为“用于可吸收材料的合成和功能化的产品和方法及其作为医疗器械的用途”的美国临时专利申请序列号62/081219和于2015年3月27日提交的题为“定义明确的可降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物及其合成的可扩展方法”的美国临时专利申请序列号62/139,196的权益，上述两项的全部内容通过引用并入本文。
共同研究协议方的名称
本申请的主题是根据阿克伦大学与俄亥俄州立大学的联合研究协议制定的。
技术领域
本发明所述的一个或多个实施例涉及新颖的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物和制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法。在某些实施例中，本发明涉及定义明确的可生物降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物及其制造和功能化的可扩展的方法。在某些实施例中，本发明涉及用于各种再生医学应用中的定义明确的可生物降解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
背景技术
增材制造，也称为三维(3D)打印，有可能彻底改变外科医生解决发病机制，先天性畸形，衰老，口腔、颌面和/或骨科创伤，以及癌症缺损修复中复杂重建工作的方式，仅列举了众多可能的3D打印生物医学应用中的几项。虽然已经报道了许多3D打印方法，但是基于光交联的打印方法尤其已经显示出可靠地和具有高保真度地呈现固体固化聚合物支架的潜力，设计这些固体固化聚合物支架是为了适应医学成像可视化的缺陷。通过数字光印(DLP)技术实现图像投影上的进步使能够3D打印具有复杂的几何设计结合非常精细(<50μm)的特点的组织工程支架。
为了实现这一潜力，已经做出了努力开发一种具有成本效益的、无毒的和可生物降解的聚合物，该聚合物与已知的3D打印技术(包括光化学交联技术)一起可以产生良好效果。此外，由于这些想法是针对将这些3D打印结构植入人体内，因此所使用的聚合物必须经受监管审查。虽然有许多惰性可光交联的树脂，但很少是无毒的、可植入的并可吸收的。在最终类别中，探究最多的是聚乳酸、聚(ε-己内酯)和聚(富马酸丙二醇酯)(PPF)。关于吸收曲线，偶尔会发现聚乳酸经历快速的本体降解，导致局部酸中毒和炎症。已知聚(ε-己内酯)的降解非常缓慢，有时需要数年，从而限制了新生组织的必要重塑或血管形成。开发了聚(富马酸丙二醇酯)(PPF)，部分原因是希望具有安全可控的降解和性质的材料，其预期可用于诸如可控缓释、支架、血管、神经移植物和软骨组织工程，特别是骨组织工程。自从二十年前其通过逐步增长聚合法进行发明，PPF作为骨骼修复的支架材料已经取得了很大的成功。随后的报告已经改进了合成方法和所得材料。
限制可吸收的可光交联聚合物如PPF的可用性的一个主要因素是缺乏GMP级材料，即符合FDA实施的良好生产规范要求的材料，其是推进大型动物模型和试点人试验所必需的。PPF通常使用各种逐步增长缩合反应之一来进行合成。迄今为止，还无法以广泛的3D打印应用和商业化所需的规模来可靠并且可重复地合成明确定义的低分子量的低聚物。具体地，已知的合成PPF的逐步增长法需要高能量(热)输入、高真空度和较长的反应时间，并且导致低转化率(约35％)与不受控制的分子量分布、共轭加成副反应和不需要的交联，所有这些都极大地影响终产物的机械性能和降解速率。此外，这些方法是缓慢的、劳动密集的和非常昂贵的，并且因此在商业上仍不可行。
特别有困难的问题是控制这些逐步增长方法中所固有的分子量分布。没有两个批次完全相同。这些聚合物往往具有相对较高的分子量分布(也称为多分散指数(PDI))，并且各批次的这些聚合物的颜色和机械/粘度特性是不一致的。已经发现这种批次间变化导致在预测影响生物学性能的机械性质方面面临显著困难，例如在3D打印期间的吸收时间，吸收的均匀性(由于长链在一些位置而不是其他位置作为连接-即，不均匀交联网)，以及用作一种或多种溶剂、一种或多种光引发剂、一种或多种染料、一种或多种色素或一种或多种组分(例如富马酸二乙酯(DEF)，生物活性分子)的其他树脂的不均匀交联结合。研究人员无法可靠地预测这些聚合物的3D打印和随后的生物学性能，使得很难获得在植入物和其他医疗器械中使用这些聚合物所需的监管批准。事实上，据信尽管在再生医学和成功的实验结果中对PPF用途进行了二十多年的持续研究，但迄今为止，PPF尚未成为任何FDA批准的设备或治疗方法的一部分。
最近，在温和反应条件下用链增长机制，已经成功地合成了具有高分子量、窄(低于1.6)和低醚键(<1％)的PPF。在此方法中，在45℃下用铬salen作为催化剂通过开环共聚反应使马来酸酐和环氧化物聚合，并且然后在室温下使用二乙胺将所产生的聚丙烯酸马来酸酯(PPM)异构化16小时以得到PPF。以这种方式合成的PPF是固体，并且具有大于4kDa的Mw、1.6的分子量分布和小于1％的具有99％转化率的醚键。与传统的合成方法相比，该链增长机制提供的PPF具有更好的分子性能，并且该反应更加可重复，使得有可能生产具有可控性能的PPF，进一步用于机械、毒性和降解试验以及大规模生产制造。然而，不幸的是，使用这些方法制造的PPF聚合物的高分子量、缺乏流动性和残留的铬金属使得它们不适合3D打印或再生医学中的其他应用。
本领域需要的是低分子量、可流动、无毒和可吸收的PPF聚合物(其具有约束和可预测的材料性质)及其制造和使用的相关方法，其适用于医疗器械中的3D打印和使用，并且可以使用GMP以商业上合理的量廉价地进行制造。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供了具有适合于3D打印的约束和可预测材料属性的低分子量、无毒、可再吸收的PPF聚合物(及其制造和用途的相关方法)，其可以以商业上合理的量廉价地制造。
在第一方面，本发明提供用于3D打印的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有从约450道尔顿至约3500道尔顿的数均分子量(Mn)以及从1.0至2.0的分子量分布在一些实施例中，本发明涉及本发明第一方面所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其中所述数均分子量(Mn)为从约700至约3200。在一个或多个实施例中，本发明所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物包括本发明第一方面的上述参考实施例中具有玻璃化转变温度(Tg)为约-25℃至约12℃的任何一个或多个。在一个或多个实施例中，本发明所述的聚富马酸丙二醇酯聚合物包括本发明第一方面所述的上述参考实施例中具有峰值数均分子量为从约980道尔顿至约5900道尔顿的任何一个或多个。
在一个或多个实施例中，本发明所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物包括本发明第一方面所述的上述参考实施例中具有本征黏度为从约0.025dL/g至约0.078dL/g的任何一个或多个。在一个或多个实施例中，本发明所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物包括本发明第一方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中所述聚(富马酸丙二醇酯)聚合物含有小于1％w/w的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物链。在一个或多个实施例中，本发明所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物包括本发明第一方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中所述聚(富马酸丙二醇酯)聚合物不含聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物链。
在一个或多个实施例中，本发明所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物包括本发明第一方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其具有如下化学式：
其中n是从3至30的整数。
在第二方面，本发明提供用于制造用于3D打印的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法，该方法包括：在惰性气氛下将马来酸酐和环氧丙烷溶解在合适的溶剂中；添加合适的引发剂；将该混合物加热至从约60℃至约120℃的温度持续约0.5小时至约100小时的时间，以产生聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)；收集和纯化该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物；将该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)溶解在合适的溶剂中并添加催化剂；将该混合物加热至约5℃至约80℃的温度持续约5小时至约100小时的时间，以生产聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
在一些实施例中，本发明涉及制造权利要求9中本发明方法第二方面所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法，其中用于溶解马来酸酐和环氧丙烷的溶剂选自下组，该组有以下各项组成：甲苯、四氢呋喃(THF)、二氧己环及其组合。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中用于溶解马来酸酐和环氧丙烷的溶剂是甲苯。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中该引发剂是乙醇镁(Mg(OEt)2)。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中马来酸酐或环氧丙烷与引发剂的摩尔比为约3：1至约400：1。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚富马酸丙二醇酯聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，还包含：在惰性气体气氛下冷却该反应混合物；通过蒸馏或减压来蒸发该混合物中的这些挥发性化合物；添加氯仿或二氯甲烷；用水溶液洗涤该溶液，从而形成含有聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物中间体的有机层和水层；收集并将此有机层倒入非极性有机溶剂(如己烷)中，使聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物沉淀；收集该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)；将聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物溶解在少量合适的溶剂中；通过蒸发浓缩该溶液；并在真空下干燥该经浓缩的溶液，以产生经纯化的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物中间体。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中该惰性气氛包含氮。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中通过蒸馏或减压来蒸发该混合物中的这些挥发性化合物。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中通过分液漏斗来收集该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚富马酸丙二醇酯聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中该合适的溶剂包括氯仿或二氯甲烷。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中用来溶解该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物中间体的溶剂选自下组，该组有以下各项组成：氯仿、四氢呋喃(THF)、二氧己环及其组合。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中用于溶解该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物中间体的溶剂是氯仿。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中该催化剂是二乙胺。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，还包含收集和纯化该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中收集和纯化该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的步骤包含：通过蒸发来浓缩该经溶解的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物中间体；用缓冲的水溶液洗涤所得溶液以除去催化剂，从而形成有机层和水层；收集该有机层；通过蒸发浓缩该有机层；添加硫酸钠或任何其他无机干燥剂、酸性质子或分子筛以除去剩余的水；过滤掉硫酸钠或其他无机干燥剂或分子筛；将所得混合物倒入非极性有机溶剂中以使该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物沉淀；收集该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物并使其在真空下干燥，以产生纯化的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中通过旋转蒸发或减压来浓缩该溶解的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物中间体。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中该缓冲的水溶液包含磷酸盐缓冲盐水溶液。
在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中通过分液漏斗来收集包含该经水洗涤的聚合物的有机层。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中通过旋转蒸发或减压来浓缩包含该经水洗涤的聚合物的有机层。在一个或多个实施例中，本发明所述的制造聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法包括本发明第二方面所述的上述参考实施例中的任何一个或多个，其中用来使该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物沉淀的非极性有机溶剂包含己烷。
附图说明
为了更全面地理解本发明的特征和优点，现在参照附图来对本发明进行详细描述，其中：
图1是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体(底部)和PPF聚合物(上部)的1H NMR光谱(CDCl3，300MHz)的示意图，表明顺式立体化学(PPM中间体)向反式构型(PPF聚合物)的定量转化；
图2是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的13C NMR光谱(CDCl3，300MHz)的示意图，表明PPM中间体向PPF聚合物的完全转化；
图3是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的差示扫描量热法(DSC)表征(-50℃-50℃，10℃/min)的示意图；
图4A是表1中的PPF样品号3的MALDI-TOF质谱仪，显示该样品中的质量分布；
图4B是表1中的PPF样品号3的MALDI-TOF质谱仪的放大部分，显示了PPF中的重复单元和对应于质谱数据中描述的分布中各个峰的可能的末端基团化学物质；
图5A是表1中的PPF样品号2的MALDI-TOF质谱仪，显示该样品中的质量分布；
图5B是表1中的PPF样品号2的MALDI-TOF质谱仪的放大部分，显示了PPF中的重复单元和对应于质谱数据中描述的分布中各个峰的可能的末端基团化学物质；
图6A-D是显示根据本发明所述的一个实施例用人骨髓来源的间充质干细胞(RoosterBio，Frederick，MD)(hMSC)来证实PPF的体外生物相容性的细胞毒性实验结果的图像。图6A和6B是在hMSC单层上显示PPF聚合物的直接接触测定的亮场图像(图6A)和荧光图像(图6B)。图6C和6D是显示在PPF聚合物材料上培养的hMSC的直接接触测定的亮场图像(图6C)和荧光图像(图6D)。应当理解的是，图6B和6D中较浅的区域是彩色图像中发绿色的区域。比例尺＝500μm；
图7是随时间显示分子量近似线性生长的动力学图。数均分子量(Mn)和分子量分布显示为PPM中间体反应时间的函数，该PPM中间体是根据本发明的一个或多个实施例以单体与引发剂的摩尔比为100:1、200:1和300:1制造的；
图8是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的傅里叶变换红外光谱学(FTIR)光谱(膜，KBr，CHCl3，400cm-1-4000cm-1)的示意图，表明PPM中间体向PPF聚合物的完全转化。在C-H伸缩中观察到顺式至反式转化；
图9是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的紫外-可见光谱仪(UV-Vis)光谱(乙腈，190nm-700nm)的示意图，表明PPM中间体完全转化为PPF聚合物；
图10是表示表1中PPF样品号1的ηsp/c和ln(ηr)/c比c的曲线图；
图11是表示表1中PPF样品号2的ηsp/c和ln(ηr)/c比c的曲线图；
图12是表示表1中PPF样品号3的ηsp/c和ln(ηr)/c比c的曲线图；
图13是表示表1中PPF样品号4的ηsp/c和ln(ηr)/c比c的曲线图；
图14是表示表1中PPF样品号5的ηsp/c和ln(ηr)/c比c的曲线图；
图15是通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的组织支架的图像。比例尺为2mm；
图16A-B是使用具有125μm的支柱厚度、600μm的孔径以及93.5％的孔隙率的舍恩盖罗伊德三重周期最小表面(Schoen Gyroid Triple Periodic Minimal Surface)在SolidWorksTMCAD软件中所创建的PPF支架的图像。图16B是图16A中所示的PPF支架的放大图；
图16C是在SolidWorksTM计算机辅助设计软件中所创建和用PerfactoryTMP3打印机进行3D打印的PPF支架的图像；
图17A-C是计算机辅助制图(CAD)图像，展示了通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法所制作的3D物体的正面透视图(图17A)、侧视图(图17B)和俯视图(图17C)；
图17D是为通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体所照的照片；
图17E是通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体的支柱和孔结构的图示；
图18是显示14天降解实验结果的图，该实验是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的；
图19是显示动态机械实验结果的图，该实验是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了作为频率的函数的损耗模量；
图20是显示动态机械实验结果的图，该实验是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了作为频率的函数的储能模量；
图21是显示动态机械实验结果的图，该实验是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了作为频率的函数的复数模量；
图22是显示动态机械实验结果的图，该实验是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了作为频率的函数的TanΔ；
图23是显示压缩到破坏测试结果的图，该测试是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了作为未降解样品(C1-C5)、降解7天的样品(A-E)和降解14天的样品(K-O)的应变的函数的应力；
图24是显示压缩到破坏测试结果的条形图，该测试是在通过使用根据本发明的一个或多个实施例制造的PPF聚合物的3D打印方法制做的3D物体上完成的，该图显示了未降解样品、降解7天的样品和降解14天的样品的屈服应力。
具体实施方式
本发明的一个或多个实施例提供了具有明确的分子量和分子量分布以及可预测的粘度特性的低分子量、无毒、可再吸收的PPF聚合物(及其制造和用途的相关方法)，该聚合物适合于3D打印并且可以以商业上合理的量廉价地制造。这些PPF聚合物提供可预测和可靠的机械性能，并且吸收曲线也可以减少在3D打印期间确保足够的材料流动所需的溶剂的量。MALDI质谱精确地显示末端基团保真度并且体积排阻色谱(SEC)显示了一系列低分子量(Mn＝700-3000Da)低聚物的数均分子量分布(<1.6)。在一个或多个实施例中，相应的本征粘度范围为0.0288±0.0009dL/g至0.0780±0.0022dL/g。此外，标准化ISO 10993-5测试表明，从本发明实施例的PPF聚合物进行3D打印得到的材料对L929小鼠成纤维细胞和人间充质干细胞均无毒性。
在第一方面，本发明涉及新颖的、具有低分子量、可吸收的PPF聚合物，该聚合物具有低分子量分布和多种潜在用途，特别是作为用于3D打印的树脂中的组分。本发明所述的PPF聚合物无毒，并且可用于植入人体或其他活体内的组织支架和其他医疗器械。此外，PPF聚合物既可降解又可吸收。该聚合物是可降解的或可生物降解的，因为它将在适于治疗目的的时间范围内在体内分解成其组分部分。根据本发明实施例所述的特定PPF聚合物的降解速率将取决于其分子量、交联密度以及以传统方式形成的或3D打印形成的材料的几何考虑因素(例如，表面积的相对量)。本发明实施例所述的PPF聚合物也是可吸收的，因为其降解产物被身体良好耐受，并且可以被身体代谢或在适于治疗目的的时间范围内被排出。至于根据本发明实施例所述的PPF聚合物，其降解产物是富马酸(正常代谢产物)和1,2-丙二醇，其是药物配方中常见的稀释剂并且被身体排出。
通过质子核磁共振光谱法(1H NMR)和碳13核磁共振光谱法(13C NMR)证实本发明所述的PPF聚合物的结构。(参见图1和图2)在一些实施例中，本发明所述的PPF聚合物具有下式：
其中“n”是从3至30的整数。在一些实施例中，n可以是从5至30的整数。在一些实施例中，n可以是从15至30的整数。在一些实施例中，n可以是从3至25的整数。在一些实施例中，n可以是从3至20的整数。在一些实施例中，n可以是从3至15的整数。在一些实施例中，n可以是从5至15的整数。在一些实施例中，n可以是从3至10的整数。在一些实施例中，n可以是从3至6的整数。
通过体积排阻色谱法(SEC)来表征根据本发明各种实施例所述的PPF聚合物的分子量和分子量分布性质。在一个或多个实施例中，该PPF聚合物(i)将具有从约450Da至约3500Da的数均分子量(Mn)。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约500Da至约3000Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约750Da至约2500Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1000Da至约2000Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1000Da至约1500Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约450Da至约1000Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1000Da至约3500Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1500Da至约3500Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约2000Da至约3000Da的Mn。
在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约700Da(Mp:980Da)的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1269Da(Mp:1711Da)的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1362Da的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1856Da(Mp:2573Da)的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约2367Da(Mp:3190Da)的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约3200Da(Mp:5974Da)的Mn。在一些实施例中，该PPF聚合物可以具有从约1496Da的Mn。
在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约450道尔顿至3500道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约900道尔顿至7000道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约1000道尔顿至1500道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约1000道尔顿至2000道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约1000道尔顿至3000道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约2000道尔顿至3000道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约2000道尔顿至4000道尔顿的重均分子量(Mw)。在本发明所述的一个或多个实施例中，该PPF聚合物将具有从约2000道尔顿至6000道尔顿的重均分子量(Mw)。
如上所述，根据本发明实施例所述的PPF聚合物也具有定义明确的且相对较低的分子量分布其可以被定义为Mw与Mn的比率。如在本文中所用的，应用于分子量分布的术语“定义明确的”是指2.0或2.0以下。在一些实施例中，该PPF聚合物将具有从约1.0至约2.0的在一些实施例中，该PPF聚合物将具有从约1.0至约1.8的在一些实施例中，该PPF聚合物将具有从约1.0至约1.6的在一些实施例中，该PPF聚合物将具有从约1.0至约1.4的在一些实施例中，该PPF聚合物将具有从约1.0至约1.2的
在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.35的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.57的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.78的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.46的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.64的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.50的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.60的在一些实施例中，该PPF聚合物具有约1.70的
如本领域技术人员将理解的，本发明所述的PPF聚合物将具有玻璃化转变温度(Tg)。(仍参见图3)。根据本发明实施例所述的聚合物的Tg没有特别限制。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以为从-30℃至20℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以为从-25℃至12℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以为从-10℃至5℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以是-25℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以是-19℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以是-3℃。在一些实施例中，该PPF聚合物的Tg可以是3℃。
在一些实施例中，该PPF可以具有700Da的Mn，1.6的和-25℃的Tg。在一些实施例中，该PPF可以具有1270Da的Mn，1.5的和-3℃的Tg。在一些实施例中，该PPF可以具有1860Da的Mn，1.6的和0℃的Tg。在一些实施例中，该PPF可以具有2450Da的Mn，1.6的和6℃的Tg。在一些实施例中，该PPF可以具有3200Da的Mn，1.7的和12℃的Tg。
在一些实施例中，本发明所述的PPF聚合物具有下表1中所示的特征。
表1
具有温度、时间、比率(Mw，Mp，Mn，Tg)和本征粘度的聚合物数据
在环境温度下，本发明实施例所述的PPF聚合物是粘性流体，并且还能以本征粘度描述该化合物。(参见上表1)在35℃下使用Ubbelodhe粘度计在THF中测定本文所述的本征粘度。
在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.025dL/g至约0.090dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.049dL/g至约0.078dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0520dL/g至约0.0630dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0288dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0490dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0529dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0622dL/g。在一些实施例中，该PPF聚合物的本征粘度为从约0.0780dL/g。
基质辅助激光解吸电离飞行时间(MALDI-TOF)质谱法能够准确地确定各项材料和末端基团群体的质量。在低分子量下，MALDI能够比体积排阻色谱更准确地确定分子量。图4A是表1中的PPF样品号3的MALDI-TOF质谱仪，显示该样品中的质量分布。图4B是表1中的PPF样品号3的MALDI-TOF质谱仪的放大部分，显示了PPF中的重复单元和对应于质谱数据中各个峰的可能的末端基团化学物质。如图4B所示，在此样品(表1中的PPF样品号3)中有三组(标记为A，B，C)可能的末端基团。两个相邻峰之间的m/z＝156显示了重复单元的质量，该质量等于马来酸酐和环氧丙烷的质量。最主要的末端基团群体是乙氧基(A)。这些特性支持PPF的成功合成。图5A是表1中的PPF样品号2的MALDI-TOF质谱仪，显示该样品中的质量分布，以及图5B是表1中的PPF样品号2的MALDI-TOF质谱仪的放大部分，显示了PPF中的重复单元和对应于质谱数据中描述的分布中各个峰的可能的末端基团化学物质。
如上所述，在环境温度下，本发明实施例所述的PPF聚合物是粘性流体。然而，这些聚合物可以使用本领域已知的任何合适的方法进行交联，以形成具有已知机械性能的固体。用于交联本发明实施例所述的PPF聚合物的合适方式包括但不限于自由基引发的光交联。在一些实施例中，除了3D打印方法，例如光交联、原位热交联、FDM(熔融沉积成型)、激光烧结或生物印刷之外，它还可以使用常规的制造技术(例如模具、静电纺丝或CNC)进行交联以形成3D形状。(参见下面的实施例10，12和13)这些经交联PPF聚合物是可降解和可吸收的并且可适用于外科植入物和其它植入性医疗器械。在根据本发明实施例所述的经交联的PPF聚合物上进行的细胞毒性试验表明这些聚合物是无毒的。(参见实施例16-20；图6A-D)
另一方面，本发明涉及合成PPF聚合物(例如上述那些)的新方法。本发明的新方法允许生产适合于传统成型的大量低分子量PPF聚合物，除了别的以外，该聚合物可以用作血管注射剂或3D打印和植入，而不存在上面关于已知PPF聚合物所鉴定的问题。而在一些实施例中，合成本文中所述的PPF聚合物的新方法可用于合成上述PPF聚合物，在一些其他实施例中，该方法可用于合成更大的PPF聚合物。据信，本发明所要求保护的各种实施例所述的方法可用于合成具有大至10,000Da的Mn的PPF聚合物。
在一些实施例中，该新方法涉及使用下面方案1中所示的两步方法来合成PPF聚合物。
方案1
其中A和E是一种或多种引发剂(A)或催化剂(E)，B和F各自为一种或多种溶剂，C和G各自为反应温度，D和H各自为反应时间，并且n为重复的马来酸酐-共-环氧丙烷(丙烯酸马来酸酯)单元(步骤I)或富马酸丙二醇酯单元(步骤II)的数目。
在一些实施例中，n是从3至90的整数。在一些实施例中，n是从3至30的整数。在一些实施例中，n是从3至20的整数。在一些实施例中，n是从3至10的整数。在一些实施例中，n可以是从5至30的整数。在一些实施例中，n可以是从15至30的整数。在一些实施例中，n可以是从3至25的整数。在一些实施例中，n可以是从3至20的整数。在一些实施例中，n可以是从3至15的整数。在一些实施例中，n可以是从5至15的整数。在一些实施例中，n可以是从3至6的整数。
在步骤I中，在引发剂A和一种或多种溶剂B的存在下，在反应温度C下，将马来酸酐(MAn)(ii)与环氧丙烷(PO)(ⅲ)反应持续反应时间D，以形成聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)(也称为聚丙烯酸马来酸酯)(PPM)中间体(iv)。对本领域普通技术人员显而易见的是，PPM是PPF(i)的顺式异构体。在步骤II中，在催化剂E和一种或多种溶剂F的存在下，在反应温度G下，将PPM聚合物(iv)异构化持续反应时间H，以形成反式异构体(PPF)(i)。
术语异构化在本文中用于指在催化剂存在下，将顺式异构体(PPM)(iv)转化为反式异构体(PPF)(i)形式的反应。虽然异构化步骤(步骤II)确实导致聚合物的某些其它变化，但是显而易见的是，本发明实施例所述的PPF聚合物(i)的大多数通用特性，例如近似的Mn、和Tg范围，在第一反应(步骤I)中被确定。
现在转到上述方案1的步骤I中所示的实施例，该反应的起始原料是MAn(ii)和PO(iii)。虽然其他实施例是可能的，但已经发现步骤I的MAn(ii)和PO(iii)以1:1的摩尔比进行反应。
步骤I中所示的反应还需要一种或多种引发剂A。虽然其他实施例是可能的，但A优选为乙醇镁(Mg(OEt)2)。乙醇镁具有降解成氧化镁MgO和乙醇的优点，这些降解物在本文中通常认为是无毒的。本领域普通技术人员将清楚的是，单体与引发剂的摩尔比也在反应的性质和动力学中起重要作用。下表2显示了使用单体与引发剂的摩尔比为100:1、200:1和300:1，在3、6、12、24和48小时的反应时间下，根据上述步骤I的反应制造的PPM聚合物的Mn、Mp和结果。(7.14mol MAn/1L甲苯，80℃)(另见图7)
表2
在图7中，随着聚合时间从3h增加到48h，PPM的Mn以接近线性的方式增加，这支持了链增长机制。Mn和在多次反应中的小偏差证明了该反应的再现性。所有聚合的分子量分布为约1.6，没有分级，进一步表明，在对分子量分布上，链增长法比通常为2或更高的逐步增长机制提供了更精确的控制。此外，这些反应中的一些反应的产率接近65％，这明显高于已知逐步增长方法中低分子量低聚物的产率。
在一些实施例中，任一单体与引发剂的摩尔比为从约3:1至400:1。在一些实施例中，任一单体与引发剂的摩尔比为从约3:1至300:1。在一些实施例中，任一单体与引发剂的摩尔比为从约3:1至200:1。在一些实施例中，任一单体与引发剂的摩尔比为从约3:1至100:1。在一些实施例中，任一单体与引发剂的摩尔比为从约10:1至124:1。
上述方案1所述的步骤I中所示的反应在一种或多种溶剂B中进行。在一个或多个实施例中，B可以是任何合适的溶剂，包括但不限于甲苯、四氢呋喃(THF)、二氧己环及其组合。可以设想，无论选择的是什么溶剂都可以不过分困难或费钱地被去除。在一些实施例中，B是甲苯。在一些实施例中，单体与溶剂的摩尔比为从约5:1至约10:1。在一些实施例中，单体与溶剂的摩尔比为从约6:1至约9:1。在一些实施例中，单体与溶剂的摩尔比为从约7:1至约8:1。在一些实施例中，单体与溶剂的摩尔比为从约5:1至约8:1。在一些实施例中，单体与溶剂的摩尔比为约7.14:1。
在本发明的一些实施例中，将单体和选择的溶剂B置于合适的容器中，例如圆底烧瓶中，并且使用磁力搅拌器将单体在环境温度下溶解。然而，应当理解的是，本领域已知的任何方法都可用于将单体溶解在溶剂中，条件是该方法不使引发剂失活。此外，本领域技术人员将理解的是，单体应该在惰性气体气氛中溶解和反应。本领域普通技术人员将能够为惰性气氛选择惰性气体，而无需过多的实验。合适的惰性气体包括但不限于氮气、氩气或氦气。在一些实施例中，在氮或氩气氛下将体系冷却至环境温度。
在这些实施例中，该容器可以连接到冷凝器，并且然后将混合物加热至反应温度C。在一些实施例中，该冷凝器可以是水回流冷凝器或其它常规冷却系统。用于使混合物的温度达到反应温度的方法没有特别限制，可以包括但不限于硅油浴、水浴或电热套。应该显而易见的是，反应温度C在步骤I的反应的性质和动力学中起重要作用，并且通常在从约60℃至约120℃的范围内，但在一些实施例中，该反应也可以在室温下进行。(见下表3和6)。然而应当理解的是，在较低温度(低于约50℃)下可能会有无规聚合。在一些实施例中，C可以为从约60℃至约120℃。在一些实施例中，C可以为从约70℃至约100℃。在一些实施例中，C可以为从约70℃至约90℃。在一些实施例中，C可以为从约75℃至约80℃。在一些实施例中，C为约80℃。
表3
此外，从上表2和下表4可以看出，反应时间D也在步骤I的反应的性质和动力学中起重要作用。通常来说，反应时间越长，对于所产生的PPM的Mn越大。对于本领域技术人员显而易见的是，在非常短的反应时间(小于0.5h)下，由于产生的聚合物很少并且必须除去大量未反应的单体，所以该反应是非常低效的。反应时间超过100小时，该聚合物会变得粘稠，以至于不能用磁力搅拌器搅拌，并且聚合变得难以控制。在一些实施例中，D可以为从0.5小时至100小时。在一些实施例中，D可以为从3小时至75小时。在一些实施例中，D可以为从3小时至50小时。在一些实施例中，D可以为从12小时至50小时。在一些实施例中，D可以为从40小时至60小时。在一些实施例中，D为40小时。
表4
在一些实施例中，A为乙醇镁(Mg(OEt)2)，B为甲苯，C为80℃，D为2小时，并且所生产的PPM的Mn为1700道尔顿、为1.64以及产率为58.97％。在一些实施例中，A为乙醇镁(Mg(OEt)2)，B为甲苯，C为80℃，D为40小时，并且所生产的PPM的Mn为1192道尔顿以及为1.42。在一些实施例中，A为乙醇镁(Mg(OEt)2)，B为甲苯，C为80℃，D为2小时，并且所生产的PPM的Mn为1206道尔顿以及为1。在一些实施例中，A为乙醇镁(Mg(OEt)2)，B为甲苯，C为80℃，以及所产生的PPM聚合物的D、Mn、Mp、和全部如表2所示。在一些实施例中，A为乙醇镁(Mg(OEt)2)，B为甲苯，C为80℃，以及所产生的PPM聚合物的D、Mn、和全部如表4所示。
当反应完成时，该PPM中间体可以通过用于该目的的本领域已知的任何合适的方法进行分离和纯化。合适的方法可以包括但不限于提取和浓缩。在一些实施例中，一旦指定的聚合时间过去，在惰性气氛下该体系将冷却至约80℃至约20℃的温度。用于冷却系统的方法没有特别限制，并且可以包括但不限于冰浴、循环浴或环境空气温度。类似地，本领域普通技术人员将能够为惰性气氛选择惰性气体，而无需过多的实验。合适的惰性气体包括但不限于氮气、氩气或氦气。在一些实施例中，在氮或氩气氛下将体系冷却至环境温度。
接下来在这些实施例中，可以通过用于该目的的本领域已知的任何方法通过蒸发来除去挥发性化合物。在一些实施例中，可以通过蒸馏、旋转蒸发或减压蒸发除去这些挥发性化合物。在这些实施例的一些中，然后将所得聚合物用有机溶剂如氯仿(CHCl3)或二氯甲烷CH2Cl2进行稀释。在一些实施例中，该聚合物可以用氯仿进行稀释。
然后用水或水溶液洗涤这些实施例中的聚合物溶液。在一些实施例中，用含有氧化剂或酸性质子溶液的水洗涤该聚合物溶液以除去这些无机化合物。在一些实施例中，用含有痕量的HCl的水洗涤该聚合物溶液。应当理解的是，在实施例(其中在水或水溶液中洗涤该聚合物溶液)中，该聚合物溶液将分离以形成含有该聚合物的有机层和含有水溶性杂质的水层。在这些实施例中，然后可以通过任何常规方法(包括但不限于分液漏斗)来收集含有该聚合物的有机层。应当注意的是，在一些实施例中，可以重复如下步骤：用有机溶剂如氯仿或二氯甲烷稀释该聚合物并用水或水溶液进行洗涤。在一些实施例中，可以用水洗涤该PPM聚合物从1至10次。
在这些实施例的一些实施例中，在完成所需数量的洗涤步骤之后，然后将含有PPM聚合物的所得有机层倒入过量的非极性有机溶剂如己烷、庚烷、戊烷、甲苯、二乙醚或辛烷中，以将该PPM聚合物从溶液中沉淀出来。应当理解的是，在具有小于约4000道尔顿的Mn的实施例中，该PPM聚合物将是粘性流体，并且将再次与非极性有机溶剂分离形成两层。然后可以通过任何常规方式(包括但不限于分液漏斗)收集该流体聚合物层。在
该聚合物为固体的实施例中，可以通过用于分离和收集固体的任何常规方法(包括但不限于过滤或离心)将该聚合物从有机溶剂中除去。
在这些实施例中，可以将所得聚合物再次溶解在最小量的有机溶剂如二氯甲烷的氯仿中，并且然后通过蒸馏或旋转蒸发进行浓缩。最后，在这些实施例中，然后可以通过在真空下将产物在室温下干燥过夜来获得纯化的PPM中间体，以除去所有挥发物。
在一些实施例中，方案1中步骤I所述的反应可以包括在环境温度下在氮气下将摩尔当量的马来酸酐和环氧丙烷溶解在合适的溶剂如甲苯中。所有单体在磁力搅拌下溶解在甲苯中后，以每24摩尔单体对应1摩尔Mg(OEt)2的比例向该混合物中添加Mg(OEt)2，并且将烧瓶移入装有水回流冷凝器的硅油浴中，在80℃下开始聚合反应持续40h。在40小时的指定聚合时间过去之后，然后将体系在氮气下冷却至室温，并通过蒸发除去所有挥发物。在这些实施例中，然后将所得聚合物用CHCl3稀释，用含有痕量的HCl的水洗涤以除去无机化合物。然后将该有机层在旋转蒸发后倒入己烷中，并将沉淀的聚合物混合物再溶解在最小量的CHCl3中，然后通过旋转蒸发进行浓缩。然后在室温下将产品在真空下干燥过夜后获得PPM中间体以除去所有挥发物。
如上所述，方案1中所述的第二反应(步骤II)涉及将步骤I中合成的PPM异构化成反式异构体以形成PPF。已经发现，即使相对少量的PPM聚合物链保留在该PPF聚合物中，它也将不利地影响聚合物交联的能力，使其不适合于3D打印和其他类似的应用。因此，重要的是从本质上将所有的PPM转化为PPF。图1是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的1H NMR光谱(CDCl3，300MHz)的示意图，表明确认该聚合物中测量不到PPM。在纯化步骤中使用的残留溶剂可以在真空下用更长时间来进一步除去。图1中的光谱显示PPM被成功地异构化为PPF，其中C＝C键上的顺式烯烃质子(δ＝6.2)的共振位置转移到反式构型中质子的预期位置(δ＝6.8)。
使用FTIR和UV-vis分光光度法进一步支持PPM和PPF的化学结构。图8是根据本发明的一个或多个实施例比较PPM中间体和PPF聚合物的傅里叶变换红外光谱学(FTIR)光谱(膜，KBr，CHCl3，400cm-1-4000cm-1)的示意图，确认该聚合物中测量不到PPM。在图8的PPM光谱中，1715-1740cm-1处的峰代表不饱和C＝O(酯)伸缩，这证明了PPM合成过程中该酯键的形成。在2988cm-1、1642cm-1、1162cm-1和814cm-1处的伸缩分别显示C-H伸缩、C＝C(烯烃)伸缩、O-C(烷氧基)伸缩和C-H(顺式烯)弯曲(宽)模式。在PPF的光谱中，1715-1740cm-1处的峰代表不饱和C＝O(酯)伸缩峰。在2986cm-1、1646cm-1、1156cm-1和984cm-1处的伸缩分别为C-H伸缩、C＝C(烯)伸缩、O-C(烷氧基)伸缩和C-H(反式烯)弯曲模式。在实线曲线中，960-990cm-1处出现的C-H(反式烯烃)弯曲伸缩证明该异构化过程。这些特征信号支持了PPM的成功合成和PPM到PPF的异构化。参见图8。紫外-可见光谱清楚地显示了PPM中间体和PPF的(乙腈，190nm-700nm)。在图9中，虚线曲线显示了PPM中间体的紫外-可见光谱，以及实线曲线显示了PPF聚合物的紫外-可见光谱。可以看出，虚线曲线在λ＝192nm处具有强吸光度，其对应于PPM中ds构型C＝C键的π-π*跃迁。在PPF的实线光谱中，在λ＝210nm处具有强吸光度，其是PPF中反式构型C＝C键的π-π*跃迁。这种转移是由较高能量的顺式构型C＝C键转化为较低的能量反式构型产生的。
在一些实施例中，PPM对PPF的转化率为从约96质量百分比至约100质量百分比。在一些实施例中，PPM对PPF的转化率为从约98质量百分比至约100质量百分比。在一些实施例中，PPM对PPF的转化率为从约99质量百分比至约100质量百分比。在一些实施例中，本发明所述的PPF聚合物不含有残余的PPM聚合物链。
在上述方案1的步骤II中所示的本发明的实施例中，将PPM中间体置于合适的容器(例如圆底烧瓶)中，并溶解在合适的溶剂F中。在一个或多个实施例中，F可以是任何合适的溶剂，包括但不限于氯仿、四氢呋喃(THF)、二氧己环、二乙醚及其组合。可以设想，无论选择的是什么溶剂都可以不过分困难或费钱地被去除。在一些实施例中，F可以是氯仿。
在一些实施例中，步骤II在惰性气氛下进行。再一次，本领域普通技术人员将能够为惰性气氛选择惰性气体，而无需过多的实验。合适的惰性气体包括但不限于氮气、氩气或氦气。在一些实施例中，在氮或氩气氛下将体系冷却至环境温度。
一旦PPM中间体溶解后，添加催化剂E。尽管其他实施例是可能的，但催化剂E优选为二乙胺。在一个或多个实施例中，然后将该容器连接至冷凝器并加热至反应温度G。在一些实施例中，该冷凝器可以是用于此目的的本领域中使用的水回流冷凝器或其他常规冷却系统。用于使混合物的温度达到反应温度G的方法没有特别限制，可以包括但不限于硅油浴、水浴或电热套。
在一些实施例中，G可以是从约5℃至约80℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约5℃至约80℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约20℃至约70℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约20℃至约60℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约30℃至约60℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约40℃至约60℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是从约50℃至约60℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是约20℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是约55℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是约58℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是约60℃的反应温度。在一些实施例中，G可以是反应温度可以是环境温度。
在一些实施例中，H可以是从约5至约100小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是从约15至约50小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是从约20至约50小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是约20小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是约24小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是约40小时的反应时间。在一些实施例中，H可以是约48小时的反应时间。
当异构化反应完成时，可以通过用于该目的的本领域已知的任何合适的方法分离和纯化该PPF聚合物。在一些实施例中，一旦反应时间过去，含有PPF聚合物的反应混合物可以首先通过蒸发浓缩。在这些实施例的一些中，可以通过旋转蒸发或减压蒸发来浓缩该反应混合物。在这些实施例中，然后可以用缓冲的水溶液洗涤经浓缩的反应混合物以除去催化剂。虽然其他实施例是可能的，但是可以设想，在这些实施例中，缓冲的水溶液将缓冲至在约6至约8范围内的中性pH。在一些实施例中，可以用磷酸盐缓冲盐水溶液洗涤浓缩的反应混合物。在一些实施例中，可以用配置为缓冲为约6至约8的pH的0.5摩尔磷酸盐缓冲盐水溶液洗涤经浓缩的反应混合物。
在这些实施例中，应当理解的是，反应混合物将分离成含有PPF聚合物的有机层和含有水溶性杂质的水层。然后可以通过任何常规方式(包括但不限于分液漏斗)收集该有机层。应当注意的是，在一些实施例中，可以重复用缓冲的水溶液洗涤该反应混合物的这些步骤。在一些实施例中，可用缓冲的水溶液洗涤该反应混合物从1至10次。在一些实施例中，可以用BPS洗涤该反应混合物三次，并且然后用饱和盐水洗涤三次。一旦这些洗涤步骤完成，通过蒸发浓缩该溶液。在一些实施例中，可以通过旋转蒸发或减压来浓缩含有该聚合物的有机层。在这些实施例中，然后将无机干燥剂、酸性质子或分子筛添加到浓缩的聚合物溶液中以除去任何剩余的水。在一些实施例中，该无机干燥剂、酸性质子或分子筛可以包含硫酸钠。然后过滤该溶液以除去该无机干燥剂、酸性质子或分子筛。
一旦除去了剩余的水，将该溶液添加到过量的非极性有机溶剂如己烷中，致使PPF聚合物沉淀。应当理解的是，在具有小于约4000道尔顿的Mn的实施例中，该PPF聚合物将是粘性流体，并且将再次与非极性有机溶剂分离形成两层。然后可以通过任何常规方式(包括但不限于分液漏斗)收集该流体聚合物层。该聚合物为固体的实施例中，可以通过用于分离和收集固体的任何常规方法(包括但不限于过滤或离心)将该聚合物从有机溶剂中除去。
然后将收集的沉淀物在真空中保持从12至24小时以除去所有剩余的挥发性化合物。在一些实施例中，在室温下过夜以除去所有剩余的挥发性化合物。
在一些实施例中，方案1中步骤II所述的反应可以包括，在将PPM聚合物溶解在装有水回流冷凝器的圆底烧瓶中的CHCl3(1mol/L)中后，向PPM中间体中添加催化剂，如二乙胺(0.1当量)。在氮气氛下在约55℃进行异构化约20小时。然后通过旋转蒸发浓缩所得混合物，并用磷酸盐缓冲盐水溶液(0.5M，pH＝6)洗涤以除去二乙胺。然后分离后收集该有机层，并向该有机层中添加硫酸钠以除去水分。然后将浓缩的有机层沉淀到己烷中几次以除去杂质。在室温下收集该沉淀物并在真空下保持过夜以除去所有挥发物，以留下根据本发明一个或多个实施例所述的PPF聚合物。
这些低分子量、无毒、可吸收的PPF聚合物和制造上述PPF聚合物的新方法代表，与本领域已知的类似聚合物和方法相比有了显着改进。上述PPF聚合物克服了控制本领域已知的各种逐步增长聚合方法中固有的分子量分布的困难。使用上述方法生产的低分子量、无毒、可吸收的PPF聚合物具有低的多分散性和与各批次均一致的性质。据认为这种一致性可足以满足FDA实施的良好生产规范(GMP)要求，这些要求是细胞毒性测试，材料性能测试，小型动物模型、大型动物模型和试点人体试验和/或适用的ASTM和ISO标准以及FDA指南所必须的。
对于本领域技术人员显而易见的是，使用的流体聚合物树脂的粘度和流动性在某些3D打印方法中是重要的变量。一般来说，使用的聚合物树脂粘度越高(即流动性越低)，通过光交联法(如3D Systems(Rock Hill，SC))立体光刻或使用德州仪器(TexasInstruments)(达拉斯(Dallas)，TX)数字光处理(Digital Light ProcessingTM)芯片打印3D物体所需的时间越长。在一些实施例中，可以通过加热该树脂或通过添加无毒溶剂如DEF来增加通过使用根据本发明实施例所述的聚合物制备的3D打印树脂的流动性。在实践中，这些降低粘度的方法是有限的，因为太多的热量可能引发该聚合物的自动催化作用，并且如果使用过多的DEF，则可以显着降低所得部件的材料性能。此外，由于Mn和Dm是可预测并众所周知的，可以混合具有不同Mn的批次以获得所需的粘度、降解和/或其他特性。据信有可能使用低分子量PPF如溶剂来降低共混聚合物的粘度，和用它降低用本发明的PPF聚合物制造的3D打印树脂的流动性。
此外，与用于PPF的逐步增长聚合的现有技术相比，上述新颖的方法是可扩展的并且构成了在合成PPF聚合物所需的时间和费用上的意想不到和颠覆性的改进。特别地，已知的合成PPF聚合物的逐步增长法是缓慢的、劳动密集的并且非常昂贵的。使用这些方法，需要大约两个星期来生产可变量的PPF聚合物。这个过程需要几乎不间断的监控。它需要高能量(热)输入、高真空度和较长的反应时间，并且导致低转化率与不受控制的分子量分布、共轭加成副反应和不需要的交联，所有这些都极大地影响终产物的机械性能和降解速率。需要使用现有技术逐步增长聚合法耗费数周完成的，可以使用如本文所述的根据本发明实施例中的方法，根据具有标准(廉价)设备的量在3至7天内完成。使用标准实验室设备，每克的成本大大降低。此外，这些方法的可扩展性大大节省了时间和费用。据信本文描述的新颖方法使用GMP级别的程序和设备大大降低了每公斤的成本。事实上，据信这些方法可以使得该活动在商业上可行。
此外，本发明克服了使用用于3D打印的开环方法制备的已知PPF聚合物所固有的问题。具有相对低分子量和粘性的根据本发明实施例所述的PPF聚合物是可流动的。
实例
提供以下实例以便更充分地说明本发明，但不应被解释为限制本发明的范围。此外，虽然一些实例可以包括关于本发明可能发挥作用的方式的结论，但诸位发明人不打算受这些结论的束缚，而只是作为可能的解释来提出。此外，除非使用过去时，否则实例的描述并不意味着实验或程序有或没有进行，或者实际上结果有或没有获得。已经努力确保使用的数字(例如数量，温度)的准确性，但是可能存在一些实验误差和偏差。除非另外指明，份数是重量份，分子量是重量平均分子量，温度是摄氏度，以及压力是或接近大气压。
材料与方法
除非本文另有说明，使用的材料是下表5.1中列出的材料。
表5.1
所用材料/试剂
除非本文另有规定，本文所述的分析方法是在使用下表5.2中列出的设备和条件下进行的。
表5.2
使用的分析方法/设备
用瓦里安公司(Varian)NMRS 300MHz仪器记录1H和13C核磁共振(NMR)光谱。使用氘代氯仿(CDCl3)作为溶剂。化学位移δ(ppm)参考残留质子信号。
通过布鲁克公司(Bruker)Ultraflex III基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALDI-ToF/ToF)质谱仪进一步分析PPF样品的化学结构。将样品以10mg/mL的终浓度溶解在CHCl3中。以反式-2-[3-(4-叔-丁基苯基)-2-甲基-2-亚丙烯基]丙二腈(DCTB)为基质，NaTFA为盐，且二者比为10:1，使用夹心法。确定末端基团的绝对分子量表征。
通过波数范围为400cm-1至4000cm-1的Excalibur光谱仪(FTS 3000和FTS 4000系列)，记录从CHCl3溶液流延在溴化钾(KBr)盘上的薄膜样品的FTIR光谱。通过体积排阻色谱法(SEC)测定每种聚合物的分子量和分子量分布。在35℃下在具有沃特斯2414反射指数检测器的Viscotek GPCmax VE 2011GPC溶剂样品模块上在THF中，使用具有窄分子量分布的聚苯乙烯标准(具有Mw(g/mol)进行SEC分析：580；1280；3180；4910；10440；21,810；51,150；96,000；230,900)。为了得到玻璃化转变温度(Tg)，用-100℃至100℃的TA Q2000差示扫描量热计，以10℃/分钟的扫描速度，通过DSC表征PPF的热性能。
实例1.1
聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)的代表性合成
将马来酸酐(MAn)70.06g(714mmol)和环氧丙烷(PO)50.0mL(714mmol)在室温下在氮气气氛下溶解在500mL圆底烧瓶中的100mL的甲苯中。在恒速磁力搅拌下将所有单体全部溶解在甲苯中后，向该混合物中添加272.34mg(2.38mmol，MAn/Mg(OEt)2的摩尔比为300：1)的Mg(OEt)2，并将该烧瓶移入装有回流冷凝器的硅油浴中以在80℃下引发聚合反应。允许聚合进行，并在确定的时间点(3h，6h，18h，24h和48h)进行等分采样。还进行了结合MAn/Mg(OEt)2的摩尔比为200:1和100:1的类似研究。在指定的聚合时间后，将体系在氮气下冷却至环境温度，并经受减压条件以除去这些挥发性物质。将该残余物用氯仿(CHCl3)稀释，用含有痕量盐酸(HCl)的水洗涤，以除去无机Mg(OEt)2化合物。将该有机层在旋转蒸发后倒入己烷中，并将沉淀的聚合物混合物再溶解在最小量的CHCl3中。然后通过旋转蒸发来浓缩该残余物。在环境温度下将产物在真空下干燥过夜以除去所有挥发物后得到聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)，并且然后在1H NMR表征后的每个时间点，通过体积排阻色谱法(SEC)表征分子量和分子量分布性质。1H NMR(300MHz,氯仿-dδppm 1.13-1.41(d,3H,OCH2CH(CH3)O),4.04-4.36(m,2H,OCH2CH(CH3)O),5.23-5.30(m,1H,OCH2CH(CH3)O),6.24-6.42(m,2H,CH＝CH(顺式构型))参见图1。
实例1.2
聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)的异构化一般程序
将该聚合物溶解在装有水回流冷凝器的圆底烧瓶中的CHCl3中后，将二乙胺(0.15当量)添加到聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)中，在55℃下在氮气气氛下开始异构化，持续24小时。然后通过旋转蒸发浓缩该混合物，并用磷酸盐缓冲盐水溶液(0.5M，pH＝6)洗涤以除去二乙胺。然后将该有机层沉淀到己烷中几次以除去杂质。在室温下收集沉淀物并真空保持过夜以除去所有挥发物。然后，使用1H NMR进行表征。1H NMR(300MHz,氯仿-dδppm 1.11-1.43(d,3H,OCH2CH(CH3)O),4.09-4.39(m,2H,OCH2CH(CH3)O),5.21-5.35(m,1H,OCH2CH(CH3)O),6.83-6.91(m,2H,CH＝CH(反式构型))。
实例2
大批量合成(Mn＝1.5kDa)
1.聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)的合成
在氮气下在环境温度下将马来酸酐(2856mmol)和环氧丙烷(2856mmol)溶解在2L圆底烧瓶中的甲苯(400mL)中。在磁力搅拌下将所有单体溶解于甲苯中后，向该混合物中添加Mg(OEt)2(119mmol；MAn:Mg(OEt)2的摩尔比为24:1)，并将该烧瓶移入装有水回流冷凝器的硅油浴中，以在80℃开始聚合，持续40小时。在指定的聚合时间后，将该体系在氮气下冷却至室温，蒸发除去所有挥发物，并且然后用CHCl3稀释，用含有痕量HCl的水洗涤以除去无机化合物。旋转蒸发后将该有机层倒入己烷中，并将沉淀的聚合物混合物再溶解于最小量的CHCl3中，然后将其通过旋转蒸发进行浓缩。在室温下真空干燥该产物以除去所有的挥发物后得到聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)(PPM)，并且然后在1H-ΝΜΙ表征和13C NMR表征后，通过SEC表征分子量和分子量分布特性(SEC:Mn1200Da；1H NMR，请参见图1；13C NMR示于图2)。13C NMR(300Mhz,氯仿-d)δ(ppm):164.64,164.63,164.35；130.42,129.92,129.78,129.25；69.15；66.37；16.19。
2.聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)的异构化
将该聚合物溶解在装有水回流冷凝器的圆底烧瓶中的CHCl3(1mol/L)中后，将二乙胺(0.15当量)添加到聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)中，在55℃下在氮气下开始异构化，持续20小时。然后通过旋转蒸发浓缩该混合物，并用磷酸盐缓冲盐水溶液(0.5M，pH＝6)洗涤以除去二乙胺。分离后收集该有机层，并向该有机层中添加硫酸钠以除去水分。然后将浓缩的有机层沉淀到己烷中几次以除去杂质。在室温下收集沉淀物并保持真空过夜以除去所有挥发物，并且然后在1H-NMR表征后通过SEC表征分子量和分子量分布性质。参见表1(PPF样品号2，Mn 1270Da，1.5)和图1。
实例3
在5Mn水平下大批量合成PPF聚合物
(Mn＝0.7kDa，1.27kDa，1.86kDa，2.45kDa和3.16kDa)
使用下述表6所示的聚合参数，使用上述实施例2中所述的大批量PPF程序，合成Mn为0.7kDa、1.27kDa、1.86kDa、2.45kDa和3.16kDa的PPF聚合物。
表6
应该注意的是，对于PPF No.1，该反应在环境温度下自动引发并达到约86℃的温度。没有施加热量。
在1H NMR、13C NMR、基质辅助激光解吸/电离飞行时间、FTIR和UV-Vis光谱中，每个特征峰或带的位置和相对强度用于证明这些产物的化学结构。用瓦里安公司(Varian)NMRS300MHz仪器记录核磁共振(NMR)质谱和核磁共振(NMR)碳谱。使用氘代氯仿(CDCl3)作为溶剂。化学位移δ(ppm)参考残留质子信号。通过布鲁克公司(Bruker)Ultraflex III MALDI-ToF/ToF质谱仪进一步分析PPF样品的化学结构。将样品以10mg/mL的终浓度溶解在CHCl3中。以反式-2-[3-(4-叔-丁基苯基)-2-甲基-2-亚丙烯基]丙二腈(DCTB)为基质，NaTFA为盐，且二者比为10:1，使用夹心法。通过波数范围为400cm-1至4000cm-1的Excalibur光谱仪(FTS 3000和FTS 4000系列)，记录从CHCl3溶液流延在溴化钾(KBr)盘上的薄膜样品的FTIR光谱。使用波长范围为190nm至700nm的惠普Hewlett Packard 8453UV-Vis仪器，通过在乙腈中的聚合物的稀溶液获得紫外-可见光谱。
通过SEC测定每种聚合物的分子量和分子量分布。在35℃下在具有沃特斯2414反射指数检测器的Viscotek GPCmax VE 2011GPC溶剂样品模块上在THF中，使用具有窄分子量分布的聚苯乙烯标准(具有Mw(g/mol)进行SEC分析：580，1280，3180，4910，10440，21810，51150，96000，230900)。
为了得到玻璃化转变温度(Tg)，用-100℃至100℃的TA Q2000差示扫描量热计，以10℃/分钟的扫描速度，通过DSC表征PPF的热性能。使用下面实例4中所述的方法，在35℃下通过Ubbelohde粘度计在THF中测定在5分子量级的PPF样品的本征粘度。见上表1。(仍参见图3)。
实例4
PPF聚合物本征粘度测量的一般程序
除非另有说明，在35℃下使用Ubbelohde粘度计在THF中测定实例3中合成的PPF样品的本征粘度。称量每个PPF样品(Mn：0.7kDa，1.27kDa，1.86kDa，2.45kDa和3.16kDa)，并稀释在容量瓶(10mL)中的THF中。用0.45μm过滤器将新鲜蒸馏的THF添加到该容量瓶中至10mL标记处，并密封。用纯的THF清洗毛细管粘度计。加热恒温水浴使温度保持在35℃。将毛细管粘度计在恒温浴中预平衡至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体通过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。流动时间记录至少5次。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5.0mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上所述测量和记录流动时间至少3次。然后使用过滤器分别将5.0mL，3.0mL，和进一步1.8mL或2.0mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并测量相应的流动时间并记录至少3次。实例5-9中记载了每种PPF聚合物的计算和实验细节。
实例5
PPF聚合物的本征粘度(Mn＝700Da)
实验
材料和设备恒温浴，Ubbelohde毛细管粘度计(宾夕法尼亚州加农州立学院(Cannon State College，PA，16804，0016，USA，50L79)，秒表(精度：0.01s)，聚(富马酸丙二醇酯)(PPF)样品，纯THF溶剂，分析天平，容量瓶(10mL)，和过滤器(0.45μm)。
制备称量每个PPF样品，并在容量瓶(10mL)中的THF中进行稀释。用过滤器将纯THF添加到容量瓶中至10mL刻度线，并且然后塞入塞子。
测量首先将毛细管粘度计取出并用纯的THF冲洗，然后通过过滤器填充纯THF至适当的水平。加热恒温槽使温度保持在35℃。将毛细管粘度计保持在恒温槽中至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体流过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。测量流动时间至少5次，得到3次Δt，其中不超过0.2s。然后倒出毛细管粘度计中的THF。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上述程序测量和记录流动时间至少3次。然后通过过滤器分别将5mL，3mL，和进一步1.8mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并如上述程序测量相应的流动时间并记录至少3次。
结果和讨论
流动时间在该实验中获得不同浓度溶液的流动时间(c0，c1，c2，c3，和c4)。计算出这些流动时间和误差的平均值。700Da PPF的代表性数据示于表7中。
表7
不同浓度的700Da PPF溶液的流动时间
基于从实验获得的数据，通过使用以下方程式计算一系列量。
ηsp＝ηr-1 (2)
其中：ηr是相对粘度，ηsp是增比粘度，ηinh是本征粘度，ηred是增比比浓粘度，ηi是该溶液的粘度以及η0是该溶剂的粘度；ti是溶液的流动时间以及t0是溶剂的流动时间；并且c是溶液的浓度。结果见表8。
表8
计算结果
溶液 tave(s) ηr＝t/t0 lnηr (lnηr)/c ηsp＝(ηr-1) ηsp/c
溶剂 123.56
c2 264.90 2.143925 0.762638 0.003720 1.143925 0.005580
c3 219.27 1.774603 0.573577 0.003637 0.774603 0.004912
c4 201.84 1.633511 0.490732 0.003543 0.633511 0.004574
然后可以通过哈金斯方程(Huggins equation)和克拉茂方程(KraemerEquation)获得本征粘度([η])，其中[η]是本征粘度，并且k’和k”是常数。
哈金斯方程：
ηsp/c＝[η]+k'[η]2c (5)
克拉茂方程：
In(ηr)/c＝[η]+k”[η]2c (6)
如图10所示，ηsp/c和ln(ηr)/c都是通过origin 8.0软件相对于c进行绘制的。(另见下表9)。对于图10中的ηsp/c对c的拟合线，通过origin 8.0软件获得线性拟合。
表9
700Da PPF溶液的线性拟合值
根据图10，比浓粘度和浓度之间的关系为ηsp/c＝0.00253+0.0000149c。与方程式5相比，我们可以得到：
[η]＝0.00253L/g
σ[η]＝0.000134L/g
[η]1＝(0.00253±0.000134)L/g
类似地，本征粘度和浓度之间的关系为lnηr/c＝0.00322+0.0000025c，并且与方程6相比，得到：
[η]2＝(0.00322±0.00012)L/g
[η]的平均值被视为最终结果：
[η]＝0.0029±0.0001L/g
误差分析误差可能来自许多方面。(1)溶液的浓度可能不准确；(2)由于眼睛的误差，流动时间可能不准确；(3)粘度计中的温度可能不等于恒温槽的温度。
实施例6
PPF聚合物的本征粘度(Mn＝1270Da)
实验
本实例中使用的材料和设备及制备与上述实例4和5中所述的相同。
测量首先将毛细管粘度计取出并用纯的THF冲洗，然后通过过滤器填充纯THF至适当的水平。加热恒温槽使温度保持在35℃。将毛细管粘度计保持在恒温槽中至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体流过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。测量流动时间至少5次，得到3次Δt，其中不超过0.2s。然后倒出毛细管粘度计中的THF。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上述程序测量和记录流动时间至少3次。然后通过过滤器分别将5mL，3mL，和进一步2mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并如上述程序测量相应的流动时间并记录至少3次。
结果和讨论
流动时间在该实验中获得不同浓度溶液的流动时间(c0，c1，c2，c3，和c4)。计算出这些流动时间和误差的平均值。1270Da PPF的代表性数据示于表10中。
表10
不同浓度的1270Da PPF溶液的流动时间
基于从实验获得的数据，通过使用以下方程式计算一系列量。
ηsp＝ηr-1 (2)
其中：ηr是相对粘度，ηsp是增比粘度，ηinh是本征粘度，ηred是增比比浓粘度，ηi是该溶液的粘度以及η0是该溶剂的粘度；ti是溶液的流动时间以及t0是溶剂的流动时间；并且c是溶液的浓度。结果见表11。
表11
计算结果
溶液 tave(s) ηr＝t/t0 lnηr (lnηr)/c ηsp＝(ηr-1) ηsp/c
溶剂 123.56 NA NA NA NA NA
c1 224.65 1.818118 0.597802 0.005092 0.818118 0.006969
c3 155.02 1.254640 0.226849 0.005024 0.254640 0.005639
c4 150.36 1.216899 0.196306 0.005016 0.216899 0.005543
然后可以通过哈金斯方程(Huggins equation)和克拉茂方程(KraemerEquation)获得本征粘度([η])，其中[η]是本征粘度，并且k’和k”是常数。
哈金斯方程：
ηsp/c＝[η]+k'[η]2c (5)
克拉茂方程：
ln(ηr)/c＝[η]+k”[η]2c (6)
如图11所示，ηsp/c和ln(ηr)/c都是通过origin 8.0软件相对于c进行绘制的。(另见下表12)。对于图11中的ηsp/c对c的拟合线，通过origin 8.0软件获得线性拟合。
表12
1270Da PPF溶液的线性拟合值
根据图11，比浓粘度与浓度的关系为ηsp/c＝0.00498+0.000000957c。与方程5相比，我们可以得到：
[η]＝0.00498L/g
σ[η]＝0.00000159L/g
[η]1＝(0.00498±0.00000159)L/g
类似地，本征粘度和浓度之间的关系是lnηr/c＝0.00482+0.0000183c，并且与方程6相比，得到如下方程：
[η]2＝(0.00482±0.0000117)L/g
[η]的平均值被视为最终结果：
[η]＝0.00490±0.00001L/g
实施例7
PPF聚合物的本征粘度(Mn＝1860Da)
实验
材料和设备及制备与上述实例4中所述的相同。
测量首先将毛细管粘度计取出并用纯的THF冲洗，然后通过过滤器填充纯THF至适当的水平。加热恒温槽使温度保持在35℃。将毛细管粘度计保持在恒温槽中至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体流过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。测量流动时间至少5次，得到3次Δt，其中不超过0.2s。然后倒出毛细管粘度计中的THF。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上述程序测量和记录流动时间至少3次。然后通过过滤器分别将5mL，3mL，和进一步2mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并如上述程序测量相应的流动时间并记录至少3次。
结果和讨论
流动时间在该实验中获得不同浓度溶液的流动时间(c0，c1，c2，c3，和c4)。计算出这些流动时间和误差的平均值。1860Da PPF的代表性数据示于表13中。
表13
不同浓度的1860Da PPF溶液的流动时间
基于从实验获得的数据，通过使用以下方程式计算一系列量。
ηsp＝ηr-1 (2)
其中：ηr是相对粘度，ηsp是增比粘度，ηinh是本征粘度，ηred是增比比浓粘度，ηi是该溶液的粘度以及η0是该溶剂的粘度；ti是溶液的流动时间以及t0是溶剂的流动时间；并且c是溶液的浓度。结果见表14。
表14
计算结果
溶液 tave(s) ηr＝t/t0 lnηr (lnηr)/c ηsp＝(ηr-1) ηsp/c
溶剂 123.56 NA NA NA NA NA
c1 288.54 2.335222 0.848107 0.006862 1.335222 0.010803
c2 182.04 1.473319 0.387518 0.006271 0.473319 0.007659
c3 164.80 1.333792 0.288026 0.006059 0.333792 0.007022
c4 159.44 1.290358 0.254920 0.006187 0.290358 0.007048
然后可以通过哈金斯方程(Huggins equation)和克拉茂方程(KraemerEquation)获得本征粘度([η])，其中[η]是本征粘度，并且k’和k”是常数。
哈金斯方程：
ηsp/c＝[η]+k'[η]2c (5)
克拉茂方程：
如图12所示，ηsp/c和ln(ηr)/c都是通过origin 8.0软件相对于c进行绘制的。(另见下表15)。对于图12中的ηsp/c对c的拟合线，通过origin 8.0软件获得线性拟合。
表15
1860Da PPF溶液的线性拟合值
根据图12，比浓粘度与浓度的关系为ηsp/c＝0.00487+0.0000476c。与方程5相比，我们可以得到：
[η]＝0.00487L/g[η]＝0.00487L/g
σ[η]＝0.00024L/gσ[η]＝0.00024L/g
[η]1＝(0.00487±0.00024)L/g[η]1＝(0.00487±0.00024)L/g
类似地，本征粘度和浓度之间的关系是lnηr/c＝0.00571+0.00000921c，并且与方程6相比，得到如下方程：
[η]2＝(0.00571±0.000109)L/g[η]2＝(0.00571±0.000109)L/g
[η]的平均值被视为最终结果：
[η]＝0.00529±0.00013L/g
实例8
PPF聚合物的本征粘度(Mn＝2450Da)
实验
本实例中使用的材料和设备及制备与上述实例4中所述的相同。
测量首先将毛细管粘度计取出并用纯的THF冲洗，然后通过过滤器填充纯THF至适当的水平。加热恒温槽使温度保持在35℃。将毛细管粘度计保持在恒温槽中至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体流过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。测量流动时间至少5次，得到3次Δt，其中不超过0.2s。然后倒出毛细管粘度计中的THF。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上述程序测量和记录流动时间至少3次。然后通过过滤器分别将5mL，3mL，和进一步2mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并如上述程序测量相应的流动时间并记录至少3次。
结果和讨论
流动时间在该实验中获得不同浓度溶液的流动时间(c0，c1，c2，c3，和c4)。计算出这些流动时间和误差的平均值。2450Da PPF的代表性数据示于表16中。
表16
不同浓度的2450Da PPF溶液的流动时间
基于从实验获得的数据，通过使用以下方程式计算一系列量。
ηsp＝ηr-1 (2)
其中：ηr是相对粘度，ηsp是增比粘度，ηinh是本征粘度，ηred是增比比浓粘度，ηi是该溶液的粘度以及η0是该溶剂的粘度；ti是溶液的流动时间以及t0是溶剂的流动时间；并且c是溶液的浓度。结果见表17。
表17
计算结果
溶液 tave(s) ηr＝t/t0 lnηr (lnηr)/c ηsp＝(ηr-1) ηsp/c
溶剂 123.56 NA NA NA NA NA
c1 178.37 1.443617 0.367152 0.007343 0.443617 0.008872
c2 146.76 1.187763 0.172072 0.006883 0.187763 0.007511
c4 138.02 1.117028 0.110672 0.006640 0.117028 0.007022
然后可以通过哈金斯方程(Huggins equation)和克拉茂方程(KraemerEquation)获得本征粘度([η])，其中[η]是本征粘度，并且k’和k”是常数。
哈金斯方程：
ηsp/c＝[η]+k’[η]2c (5)
克拉茂方程：
ln(ηr)/c＝[η]+k”[η]2c (6)
如图13所示，ηsp/c和ln(ηr)/c都是通过origin 8.0软件相对于c进行绘制的。(另见下表18)。对于图13中的ηsp/c对c的拟合线，通过origin 8.0软件获得线性拟合。
表18
2450Da PPF溶液的线性拟合值
根据图13，比浓粘度与浓度的关系为ηsp/c＝0.00611+0.0000553c。与方程5相比，我们可以得到：
[η]＝0.00611L/g
σ[η]＝0.0000282L/g
[η]1＝(0.00611±0.0000282)L/g
类似地，本征粘度和浓度之间的关系是lnηr/c＝0.00633+0.0000205c，并且与方程6相比，得到如下方程：
[η]2＝(0.00633±0.000072)L/g
[η]的平均值被视为最终结果：
[η]＝0.00622±0.00006L/g
实例9
PPF聚合物的本征粘度(Mn＝3160Da)
实验
本实例中使用的材料和设备及制备与上述实例4中所述的相同。
测量首先将毛细管粘度计取出并用纯的THF冲洗，然后通过过滤器填充纯THF至适当的水平。加热恒温槽使温度保持在35℃。将毛细管粘度计保持在恒温槽中至少15分钟以建立热平衡。使用注射器使液体填充到毛细管粘度计顶部球的1/3以上，然后允许液体向下流动。使用秒表来记录液体流过毛细管粘度计上第一线的时间，并且当液体通过毛细管粘度计上的第二线时停止记录。将这期间的时间记录在案。测量流动时间至少5次，得到3次Δt，其中不超过0.2s。然后倒出毛细管粘度计中的THF。通过过滤器将毛细管粘度计再填充5mL由PPF和THF制备的溶液。将毛细管粘度计放回恒温槽中。如上述程序测量和记录流动时间至少3次。然后通过过滤器分别将5mL，3mL，和进一步2mL(依赖于结果)的纯THF溶剂添加到毛细管粘度计中，并如上述程序测量相应的流动时间并记录至少3次。
结果和讨论
流动时间在该实验中获得不同浓度溶液的流动时间(c0，c1，c2，c3，和c4)。计算出这些流动时间和误差的平均值。3160Da PPF的代表性数据示于表19中。
表19
不同浓度的3160Da PPF溶液的流动时间
基于从实验获得的数据，通过使用以下方程式计算一系列量。
ηsp＝ηr-1 (2)
其中：ηr是相对粘度，ηsp是增比粘度，ηinh是本征粘度，ηred是增比比浓粘度，ηi是该溶液的粘度以及η0是该溶剂的粘度；ti是溶液的流动时间以及t0是溶剂的流动时间；并且c是溶液的浓度。结果见表20。
表20
计算结果
溶液 tave(s) ηr＝t/t0 lnηr (lnηr)/c ηsp＝(ηr-1) ηsp/c
溶剂 123.56 NA NA NA NA NA
c1 323.38 2.617190 0.962101 0.008966 1.617190 0.015072
c2 195.91 1.585519 0.460911 0.008591 0.585519 0.010914
c3 176.59 1.429157 0.357085 0.008653 0.429157 0.010399
然后可以通过哈金斯方程(Huggins equation)和克拉茂方程(KraemerEquation)获得本征粘度([η])，其中[η]是本征粘度，并且k’和k”是常数。
哈金斯方程：
ηsp/c＝[η]+k’[η]2c (5)
克拉茂方程：
ln(ηr)/c＝[η]+k”[η]2c (6)
如图14所示，ηsp/c和ln(ηr)/c都是通过origin 8.0软件相对于c进行绘制的。(另见下表21)。对于图14中的ηsp/c对c的拟合线，通过origin 8.0软件获得线性拟合。
表21
3160Da PPF溶液的线性拟合值
根据图14，比浓粘度与浓度的关系为ηsp/c＝0.00722+0.0000728c。与方程5相比，我们可以得到：
[η]＝0.00722L/g
σ[η]＝0.00041L/g
[η]1＝(0.00722±0.00041)L/g
类似地，本征粘度和浓度之间的关系是lnηr/c＝0.00837+0.00000543c，并且与方程6相比，得到如下方程：
[η]2＝(0.00837±0.000136)L/g
[η]的平均值被视为最终结果：
[η]＝0.00780±0.00022L/g
实例10
用于打印的树脂配方
使用分子量(Mn)为1496Da的聚(富马酸丙二醇酯)(PPF)进行打印试验。为了降低该聚合物的粘度，将富马酸二乙酯(DEF)(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，St.Louis，MO)以1∶3的质量比添加到PPF中。在将光引发剂和氧苯酮添加至质量比为3∶1的PPF/DEF树脂中之前，将DEF作为溶剂伴随加热来溶解光引发剂和氧苯酮。在通风橱中搅拌该混合物并在200°F加热。然后适合于光交联的树脂从3∶1的PPF：DEF混合物通过添加光引发剂Irgacure 819和Irgacure 784(BASF，德国路德维希港)以及氧苯酮(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))，以及添加额外的DEF达到1:1的质量比的PPF:DEF生产。最终的树脂配方的质量比为1:1的PPF和DEF，并且含有按PPF和DEF重量计的3％Irgacure 819、0.4％Irgacure 784和0.7％氧苯酮。
实例11
聚富马酸丙二醇酯固化试验
使用EnvisionTEC PerfactoryTM3迷你多镜头(Mini Multi Lens)(迪尔伯恩(Dearborn)，MI)对PPF树脂进行固化试验。进行固化实验以测量PPF成功打印3D支架的潜力。在30秒、60秒和90秒的曝光时间进行重复测试(n＝4)。曝光时间与打印一层3D支架所需的时间有关。在开始固化试验之前，使用材料测厚仪(MTG)(Checkline Electromatic，西达赫斯特(Cedarhurst)，NY)测量两个显微镜载玻片的厚度。校准PerfactoryTM3以产生具有350mW dm-2的目标辐照度的方形UV掩模。在校准过程中考虑一个玻片的厚度。将上述树脂在接近200°F的通风橱中加热并搅拌以确保均匀性。为了开始固化试验，使用移液管将5-7滴树脂放在用于校准的显微镜载玻片的中心。在PerfactoryTM3上调整曝光时间以反映适当的测试时间。将载玻片放在PerfactoryTM3中的校准板上，在紫外线的方形掩模之上，并且开始固化试验。完成固化试验后，从打印机中取出载玻片。将载玻片翻转过来，以对含有树脂的载玻片的顶部进行印迹。这样做是为了确保从载玻片上除去任何多余的液体树脂，并且只有固化的方形树脂残留下来。将在测试之前测量的另一个载玻片放置在含有固化材料的载玻片的顶部。使用MTG测量该叠片。将两者之间有固化材料的两个载玻片的厚度与彼此堆叠的两者之间没有材料的两个载玻片的厚度进行比较。在这两个测量之间取得差异以获得固化材料的厚度。对每次固化试验均重复此过程(n＝4)。
实例12
3D光化学打印(350μm孔径)
为了开始打印3D支架，使用350mW dm-2的标称辐照度校准EnvisionTECPerfactoryTM3 3D打印机，以产生UV掩模。选择了支架几何体，并且获得了之前使用SolidWorks软件(Dassault Systèmes SolidWorks公司，沃尔瑟姆，MA)所创建的设计文件。所选的支架几何体是螺旋套管设计，底部有350μm方孔和支撑。(参照图15)将50ml树脂倒入PerfactoryTM3 3D打印机的底座板中。使用PerfactoryTM软件套件2.6(EnvisionTEC，迪尔伯恩，MI)将构建文件从计算机发送到打印机。使用75mm焦距镜头操作PerfactoryTM3D打印机。这允许在XY平面中的原始分辨率为42μm。本研究未使用增强分辨率模块(ERM)，该模块允许在XY平面中的原始分辨率为21μm。打印工作在4小时11分钟内完成。一旦完成支架，从打印机中取出含有附着支架的构建板。首先用70％丙酮洗涤支架，以从支架孔中除去任何未固化的树脂。然后用70％EtOH短暂漂洗支架，然后用dH2O冲洗。使用压缩空气轻轻地干燥支架。然后使用剃刀刀片将支架从构建板上取出(也可以使用塑料卡或刮刀)。将支架放置在显微镜载玻片上，直立，并放入UV室持续另外8小时以完成进一步的交联。
实例13
3D光化学打印
为了确保用开环法合成的可吸收的聚(富马酸丙二醇酯)(PPF)是可以3D打印的，我们在EnvisionTEC(Dearborn，MI)Perfactory P3光交联设备中测试了分子量为1496Da的3D打印测试材料。为了降低该聚合物的粘度，将富马酸二乙酯(DEF)(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，St.Louis，MO)以1:3的质量比添加到PPF中。然后在通风橱中搅拌该混合物并在200°F加热。然后适用于光交联的树脂从1:3DEF:PPF混合物通过添加光引发剂Irgacure 819和Irgacure 784(BASF，Ludwigshafen，Germany)以及氧苯酮(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))，并添加额外的DEF使最终树脂组合物为：1:1的DEF:PPF，3％Irgacure 819，0.4％Irgacure 784和0.7％氧苯酮制备。在将光引发剂和氧苯酮添加至3:1PPF:DEF树脂中之前，将DEF作为溶剂伴随加热来溶解光引发剂和氧苯酮。
使用具有125μm支柱厚度、孔径为600μm和孔隙率为93.5％的舍恩盖罗伊德三重周期最小表面(Schoen Gyroid Triple Periodic Minimal Surface)多孔几何形状在SolidWorks(Dassault Systemes，沃尔瑟姆，MA)中创建了多孔的圆柱形支架CAD文件。使用EnvisionTEC(迪尔伯恩(Dearborn)，MI)Perfactory P3 3D打印机(参见图16A-C)，使用前述含PPF的树脂来3D打印CAD文件。没有进行支架的形态测定分析(目前正在进行比较)，然而在使用卡尺进行快速检查时，发现3D打印精度与使用通过逐步增长法合成的PPF的支架相同。
实例14
支架成像
使用奥林巴斯(Olympus)立体镜(Center Valley，PA)对支架进行成像，以更详细地描绘支架特征和单独固化的层。(参见图15)。
实例15
PPF薄膜
加热上述实例3所述的树脂以确保在用于制备薄膜之前的均匀性。为了制造薄膜，使用移液管将5-7滴树脂沿着纵向方向放置在载玻片的中间。将第二片载玻片缓慢放置在第一片载玻片的顶部，确保在两片幻灯片之间均匀分布树脂时不形成气泡。将载玻片置于UV室(3D Systems，Rock Hill，SC)中30分钟。此后，移除载玻片并使用剃刀刀片将部分交联的PPF树脂的薄膜从载玻片上剥离。将薄膜切成方块，距各边1cm。将切割的方块夹在两个载玻片之间，以防止卷曲，并放回UV室7.5小时以完成进一步的交联。
实例16
洗涤/灭菌
在开始直接接触检测之前，将薄膜进行洗涤并灭菌。洗涤方案开始于用杜尔贝科(Dulbecco)磷酸盐缓冲盐水(DPBS)(美国生命科技公司(Life Technologies)，卡尔斯巴德，CA)洗涤15分钟，以除去生产过程中引入的表面碎屑。这然后在70％丙酮中进行三次单独的洗涤，持续时间分别为30分钟，20分钟和10分钟。在数次丙酮洗涤的间隔，将膜浸泡在DPBS中以从膜中除去过量的丙酮，并防止膜变干。在DPBS中再完成两次洗涤，每次持续15分钟后，即完成该方案。重复整个过程，使得薄膜经历两次该洗涤方案。洗涤后，将薄膜浸泡在37℃、5％CO2的培养箱中的DPBS中72小时。
实例17
细胞培养
根据ISO标准10993-5(其中概述了直接接触检测的标准)，将鼠成纤维细胞L929细胞系(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，St.Louis，MO)用于体外细胞毒性分析。如制造商所述的一样，用含有10％马血清(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，St.Louis，MO)和1％青霉素-链霉素(美国生命技术公司(Life Technologies)，卡尔斯巴德)的极限必需培养基(MEM)(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，St.Louis，MO)CA)培养L929细胞。将细胞以75000个细胞/孔接种到24孔聚苯乙烯细胞培养板(康宁生命科技(Corning LifeSciences)，康宁，NY)中。在开始直接接触检测之前，将细胞在盖玻片上生长至约80％融汇。使用盖玻片，使其可以在染色时除去，并安装到显微镜载玻片上以在荧光显微镜下检查。
实例18
细胞毒性测定
使用上述实例17的细胞培养物，根据ISO标准10993-5进行直接接触试验。在24、48和72小时评估细胞毒性。为了开始测试，从含有细胞的孔中吸出培养基。然后，将PPF薄膜放置在每个孔中的细胞单层的顶部。然后将大约150μL的培养基添加回每个孔中，使其足以覆盖该孔，但是防止薄膜在细胞单层上漂浮。然后将细胞和薄膜在37℃和5％CO2下孵育24、48或72小时。然后，通过荧光显微镜评估该材料的细胞毒性，并如下所述进行分析。(参见实例19和20)。将细胞与活/死溶液一起孵育，导致在荧光下死细胞呈现红色和活细胞呈现绿色。进行成像，并且在绿色＝活细胞和红色＝死细胞的图像中定性评估结果。从这些评估可知，确定了测试的PPF聚合物是无毒的。
实例19
显微镜检查
使用奥林巴斯(Olympus)立体镜(Center Valley，PA)对支架进行成像，以更详细地描绘支架特征和单独固化的层。(参见图15)。如上所述，进行活/死染色以评估PPF的细胞毒性。使用细胞毒性试剂盒(美国生命技术公司(Life Technologies)，卡尔斯巴德，CA)在DPBS中制备含有2μM钙黄绿素AM和4μM溴乙啡锭二聚体(EthD-1)的溶液。将含有薄膜的孔以及用作对照的孔与150μL活/死溶液在黑暗条件下室温孵育30分钟。将在活/死溶液中孵育之前如上所述培养的并且然后在70％甲醇中孵育30分钟的细胞作为阳性、细胞毒性对照。作为阴性、非细胞毒性对照，在活/死染色之前，将细胞在正常条件下在聚苯乙烯培养板上培养，并且不进行其他处理。在用活/死溶液孵育后，用奥林巴斯(Olympus)CKX41荧光显微镜拍摄图像，该荧光显微镜配备有如下实例20中所述的12.8MP数字照相机(奥林巴斯(Olympus)，Center Valley，PA)。
实例20
荧光成像
在盖玻片上进行活/死染色以评估PPF对实例17所述的细胞培养物的细胞毒性。使用细胞毒性试剂盒(美国生命技术公司(Life Technologies)，卡尔斯巴德，CA)在DPBS中制备含有2μM钙黄绿素AM和4μM溴乙啡锭二聚体(EthD-1)的溶液。将带有附着细胞的盖玻片与活/死溶液在黑暗条件下室温孵育30分钟。将在70％甲醇中孵育30分钟的细胞用作阳性、细胞毒性对照。作为阴性、非细胞毒性对照，将细胞在正常条件下在HDPE培养板上培养。在与活/死溶液孵育后，将盖玻片从孔板中取出并安装到显微镜载玻片上用于成像。使用配备了epi荧光试剂盒(尼康，千代田，东京，从东京)和5.0MP CCD数码相机(Amscope，Irvine，CA)的倒置Diaphot-TMD显微镜(尼康，千代田，东京，从东京)拍摄图像。从活细胞显示荧光绿色和死细胞显示荧光红色的图像进行定性评估结果。从这些评估可知，确定了测试的PPF聚合物是无毒的。
实例21
3D打印多孔PPF支架的降解
使用根据本发明一个实施例所述的PPF聚合物，使用上述实例12中所述的方法打印多孔3D支架。该PPF聚合物的数均分子量Mn为1260道尔顿和为1.5，并如上述实例1-3所述进行合成。使用质量比为1:1的PPF聚合物和DEF的溶液制造用于产生图17A-E所示的多孔3D支架的树脂，该溶液包含作为光引发剂的30.0mg/g(DEF+PPF)的Irgacure-819(BAPO)(BASF，德国)、作为光引发剂的4.0mg/g(DEF+PPF)的1-784(BASF，德国)和作为吸光染料的7.0mg/g(DEF+PPF)的2-羟基-4-甲氧基苯甲酮(也称为氧苯酮或HMB)(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Co.)，St.Louis，MO)。3D打印的支架通常为具有舍恩(Schoen)五角二十四面体(gyroid)多孔结构的圆柱形(参见图17A-D)。这些支架88.2％多孔，支柱直径约200μm，和孔径约700μm。参见图17E。3D打印的支架具有约5mm的高度和约10mm的直径，并且固化时的收缩率为X-Y＝17.16±0.26％；Z＝13.96±0.32％(收缩后实际尺寸：h＝4.30±0.02；)。称重五个3D打印的支架，并且然后在静止条件下在37℃下在0.1M NaOH(13.0pH)溶液中浸泡7天(n＝5)。称重第二组五个3D打印的支架(K-O)，并且然后在37℃下在静止条件下在0.1M NaOH(13.0pH)溶液中浸没14天。称取经处理的样品(A-E)和(K-O)，和测定降解速率并绘制在图18中。使用另外5种未降解样品(C1-C5)作为对照。
实例22
动态力学分析
将样品C1-C5(对照：未降解)、A-E(处理的)和(K-O)(上述实例21中所述)进行干燥，并使用配有450N称重传感器的BOSE ElectroForce 3230机器分析其动态力学特性(损耗模量，储能模量，TanΔ)。将结果报告在图19-22中。
实例23
压缩至破坏
然后以1.0％/秒的应变速率使用相同的BOSE ElectroForce 3230机器和450N称重传感器将样品C1-C5(对照：未降解)和A-E(处理的)(如上述实例21中所述)压缩至其破坏，并分析其应力和应变特征。估计平均杨氏模量为26MPa。对照样品(C1-C5)的屈服应力(σy)为1.27±0.06MPa。对于经7天处理的样品(A-E)，σy为0.69±0.04Mpa，并且对于经14天处理的样品(K-O)，σy为0.51±0.12。结果示于图23和24中。
鉴于上述内容，应当理解的是，本发明通过提供在许多方面具有结构和功能上改进的PPF聚合物(和制造PPF聚合物的相关方法)来显着地推进了本领域的技术。尽管在本文中已经详细公开了本发明的具体实施例，但是应当理解的是，本发明并不限于此，因此本领域普通技术人员将容易地理解本发明的变型。从下面的权利要求中可以看出本发明的范围。

Claims (30)

1.一种用于3D打印的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有从约450道尔顿至约3500道尔顿的数均分子量(Mn)以及从1.0至2.0的分子量分布(Dm)。
2.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其中所述数均分子量(Mn)为从约700道尔顿至约3200道尔顿。
3.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有从约-25℃至约12℃玻璃化转变温度(Tg)。
4.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有从约980道尔顿至约5900道尔顿的峰值数均分子量。
5.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有从约0.025dL/g至约0.078dL/g的本征粘度。
6.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其中所述聚(富马酸丙二醇酯)聚合物含有低于1％w/w的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物链。
7.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其中所述聚(富马酸丙二醇酯)聚合物不含聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物链。
8.如权利要求1所述的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，其具有下式：
其中n是从3至30的整数。
9.一种用于制造用于3D打印的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物的方法，该方法包括：
A.在惰性气氛下将马来酸酐和环氧丙烷溶解在合适的溶剂中；
B.向步骤A所述的溶液中添加合适的引发剂；
C.将步骤B所述的混合物加热至从约60℃至约120℃的温度持续从约0.5小时至约100小时的时间，以产生聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物；
D.收集和纯化该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物；
E.将该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)溶解在合适的溶剂中并添加催化剂；
F.将步骤E的混合物加热至从约5℃至约80℃的温度持续从约5小时至约100小时的时间，以生产聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
10.如权利要求9所述的方法，其中步骤A的溶剂选自下组，该组由以下各项组成：甲苯，四氢呋喃(THF)，二噁烷及其组合。
11.如权利要求9所述的方法，其中步骤A的溶剂是甲苯。
12.如权利要求9所述的方法，其中步骤B的引发剂是乙醇镁(Mg(OEt)2)。
13.如权利要求9所述的方法，其中步骤A的马来酸酐或环氧丙烷与步骤B的引发剂的摩尔比为约3:1至约400:1。
14.如权利要求9所述的方法，其中步骤D还包括：
G.在惰性气氛下冷却步骤C的混合物；
H.从步骤G的混合物中蒸发出这些挥发性化合物；
I.向步骤H的混合物中添加氯仿或二氯甲烷；
J.用水溶液洗涤步骤I的溶液，从而形成有机层和水层；
K.收集步骤J的有机层并将其添加到非极性有机溶剂中以使该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物沉淀；
L.收集该聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物；
M.将聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物溶解在少量合适的溶剂中并通过蒸发浓缩该溶液；以及
N.在真空下干燥步骤M的浓缩溶液，以产生纯化的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物。
15.如权利要求14所述的方法，其中该惰性气氛包括氮气。
16.如权利要求14所述的方法，其中通过蒸馏或减压将这些挥发性化合物从步骤G的混合物中蒸发。
17.如权利要求14所述的方法，其中用分液漏斗收集步骤L的聚(马来酸酐-共-环氧丙烷)聚合物。
18.如权利要求14所述的方法，其中步骤M的合适溶剂包含氯仿或二氯甲烷。
19.如权利要求9所述的方法，其中步骤E的溶剂选自下组，该组有以下各项组成：氯仿、四氢呋喃(THF)、二氧己环及其组合。
20.如权利要求9所述的方法，其中步骤E的溶剂是氯仿。
21.如权利要求9所述的方法，其中步骤E的催化剂是二乙胺。
22.如权利要求9所述的方法，其中步骤C在环境温度下进行。
23.如权利要求9所述的方法，进一步包含收集和纯化该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
24.如权利要求23所述的方法，包含：
O.通过蒸发浓缩步骤F的混合物；
P.用缓冲的水溶液洗涤步骤O的混合物以除去催化剂，从而形成有机层和水层；
Q.收集该有机层；
R.通过蒸发浓缩该有机层；
S.添加无机干燥剂、酸性质子或分子筛以除去剩余的水分；
T.过滤步骤S的混合物以除去该无机干燥剂、酸性质子或分子筛；
U.将步骤T的混合物添加到非极性有机溶剂中以使该聚(富马酸丙二醇酯)聚合物沉淀；
V.收集步骤U的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物；
W.并在真空下干燥步骤V的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物，以产生纯化的聚(富马酸丙二醇酯)聚合物。
25.如权利要求24所述的方法，其中通过旋转蒸发或减压来浓缩步骤O的混合物。
26.如权利要求24所述的方法，其中步骤P的缓冲水溶液包含磷酸盐缓冲盐水溶液。
27.如权利要求24所述的方法，其中用分液漏斗来收集步骤Q的有机层。
28.如权利要求24所述的方法，其中通过蒸馏、旋转蒸发或减压来浓缩步骤R的有机层。
29.如权利要求24所述的方法，其中向步骤R的混合物中添加硫酸钠以除去剩余的水分。
30.如权利要求24所述的方法，其中步骤U的非极性有机溶剂包括己烷。
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