CN110431203A - 经离子改性的有机硅、组合物和由其形成的医疗器材 - Google Patents

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Abstract

本文中展示和描述了亲水性有机硅、包括其的组合物、和包括其的制品。所述亲水性有机硅为经离子改性的有机硅化合物，其中该化合物具有净的中性电荷。可提供所述亲水性有机硅化合物作为组合物例如适于形成水凝胶的组合物的一部分，所述水凝胶可用于形成膜材料和甚至制品(例如在隐形眼镜中的)。

Description

经离子改性的有机硅、组合物和由其形成的医疗器材
相关申请的交叉引用
本申请要求在2017年2月16日提交的美国临时申请No.62/459,632的优先权和权益，该美国临时申请的全部公开内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及有机硅化合物和包括这样的化合物的组合物。具体地，提供具有为净中性的总电荷的经离子改性的有机硅化合物、包括这样的有机硅化合物的组合物、引入由这样的组合物形成的水凝胶的活性物递送体系、和由这样的组合物形成的制品。
背景技术
长期连续佩戴的隐形眼镜(接触镜，contact lenses)由聚二甲基硅氧烷制备的硅橡胶制成。由于硅橡胶隐形眼镜是非常憎水的并且在热性质例如导热性和热扩散性上与角膜是迥异的，它们尽管是透氧的但可给予异物感、特别地灼热感。由硅橡胶制成的隐形眼镜趋于佩戴不适。此外，所述硅橡胶是软的且弹性的，使得其难以进行精确的机械处理例如切割、研磨和抛光。已经开始进行用于使硅橡胶眼镜的表面亲水化的很多尝试，但尚未开发出令人完全满意的隐形眼镜。水含量高的隐形眼镜通常由聚-N-乙烯基吡咯烷酮聚合物制成。因为水含量高的隐形眼镜典型地以重量计包含约60％至约80％的水，所以它们具有如下劣势：(a)与水含量低的隐形眼镜相比，在材料品质方面较差，(b)容易被眼泪中发现的在使用期间渗透和积聚到眼镜中的无机和有机化合物所污染，和(c)由于在使用期间水的蒸发而引起的在眼镜轮廓的维持方面差，其容易使折射率改变。
反应性有机硅-水凝胶配制剂由于它们相对高的透氧性、柔性、舒适性以及减少的角膜并发症而被用来制造长期佩戴的软隐形眼镜。常规的水凝胶材料(例如甲基丙烯酸2-羟基乙基酯，HEMA)本身具有不足的透氧性并且它们通过所吸收的水分子将氧输送到眼睛。水具有低的透氧性，其也称为Dk值，其可以Barrer计，其中1Barrer＝10-11(cm3 O2)cm cm-2s-1mmHg-1，其中“cm3 O2”为在标准温度和压力下的氧气数量，和其中“cm”表示所述材料的厚度并且“cm-2”为所述材料的表面积的倒数。水的Dk为约80Barrer。当长期暴露到大气时，这些眼镜缓慢地脱水并输送到角膜的氧量减少。眼刺激、红肿和其它角膜并发症可发生，其可将所述眼镜的使用局限于受限的佩戴时长。将反应性有机硅单体与常规单体共混是潜在的解决方案，但这样的共混物一直受相容性问题的困扰。
应对该问题的可行方案是通过在单体上引入亲水性单元而使所述有机硅单体变得亲水。提供亲水性有机硅单体的一种途径是使经有机基改性的有机硅单体与有机单体在交联剂的存在下聚合。提供亲水性的现有尝试的实例包括美国专利No.4,260,725；5,352,714；5,998,498；6,867,245；6,013,711；6,207,782；7,601,766；7,557,231；7,732,546；7,781,558；和7,825,273中记载的那些，所述美国专利各自通过引用并入本文中。该途径由于不受控的粘度增加而导致大量未反应的单体，这需要通过水-异丙醇的溶剂混合物将可浸出单体从基体提取出。这导致加工成本增加。此外，通过所述方法制成的有机硅水凝胶配制剂还不展现显著的润湿性。
已经使用甲基丙烯酰氧基丙基三-(三甲基甲硅烷氧基)硅烷单体制备包含有机硅的水凝胶。所述(甲基)丙烯酰氧基丙基三-(三甲基甲硅烷氧基)硅烷是疏水的并且在制备聚氨酯-有机硅聚合物中使用。这些聚氨酯-有机硅聚合物包含疏水性有机硅的嵌段。由这些聚合物制成的隐形眼镜由于所述聚合物内的疏水性区域可导致眼睛的不舒适性。
有机硅-水凝胶典型地由这样的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能化的有机硅单体制成：其与亲水性有机单体例如甲基丙烯酸羟基乙基酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和其它单体(例如甲基丙烯酸甲酯(MA)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA))在交联剂和自由基或光致引发剂的存在下聚合。交联剂通常在分子的不同位点处具有两个或更多个反应性官能基团。典型地，这些位点包含聚合性烯属不饱和基团。在用于形成所述有机硅-水凝胶的聚合期间，它们与两个另外的聚合物链形成共价键并形成稳定的三维网络而改善所述聚合物的强度。在隐形眼镜中常规使用的交联剂包括乙二醇二甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。其它可用的交联剂包括二甘醇二甲基丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、二缩水甘油基双酚A二甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯-封端的聚乙二醇、和反应性线型聚醚改性的有机硅。这些有机硅-水凝胶的透氧性受到丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能化的有机硅单体的化学结构和在制备交联的聚合物中使用的包含反应性碳-碳双键的其它单体的选择的影响。
有机硅-水凝胶隐形眼镜材料典型地使用疏水的单官能的有机硅单体或多官能的亲水性有机硅单体制成，随后进行二次表面处理。单官能的有机硅单体在隐形眼镜工业中通常多于多官能的有机硅单体被使用，因为后者在由其制成的眼镜中导致刚性增大。然而，已知的单官能的有机硅单体可具有缺陷。例如，单官能的硅氧烷-聚醚(甲基)丙烯酸酯对于空气氧化是敏感的。例如，在六元环上包含1,4-取代的硅氧烷基团和(甲基)丙烯酰氧基基团的单官能的(甲基)丙烯酰氧基官能的硅氧烷，例如(甲基)丙烯酸2-羟基-4-[2-双-(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷基-乙基]-环己基酯，形成高度有序的共聚物，其可抑制氧气渗透通过所述有机硅-水凝胶。例如，在六元环上1,3-取代的(甲基)丙烯酰氧基基团和硅氧烷基团，例如(甲基)丙烯酸2-羟基-5-[2-双-(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷基-乙基]-环己基酯，形成较无序的共聚物，但是(甲基)丙烯酰氧基基团的中度极性可影响所述有机硅-水凝胶的亲水性。
软隐形眼镜(包括上述专利中描述的基于有机硅的材料)的现有技术的状态仍然具有大的不足，如配制剂相容性，欠佳的表面润湿性，脂类沉积，对制备聚合物中的增容剂、内部润湿剂、或后加工处理例如“等离子体氧化”表面处理的需要。这些途径可使透氧性降低或需要增容剂的使用，其在制造过程期间增加成本。对于具有有利的润湿性和透氧性的如下亲水性有机硅单体仍存在需要：其可用于制造隐形眼镜而没有与现有技术状态的含未经改变的有机硅的材料必然相伴的缺陷和昂贵表面处理。
包含甲基丙烯酸的离子型眼镜提供良好的亲水性和水含量。然而，与甲基丙烯酸相关的问题为由于阴离子羧酸根基团引起的在所述眼镜上的沉积。泪膜组分在隐形眼镜表面上的沉积导致所述眼镜的总体性能的降低和炎症反应的增多。存在影响在隐形眼镜材料上的沉积的多个因素，例如泪膜组成、所述材料的离子性、水含量、孔尺寸和疏水性。所述泪膜中蛋白质的大部分是溶菌酶，并且第IV类材料(离子型，高的水含量)趋于比其它类别在更大程度上吸引该蛋白质。第II类(非离子型，高的水含量)眼镜材料具有从泪膜吸引脂类的趋势。已经发现，与常规水凝胶相比，一些SiH材料使明显更少的蛋白质和更多的脂类沉积，然而，沉积方式似乎取决于所述材料的化学式和它是否经表面处理。也存在如下可能性：较高百分数的变性的蛋白质在一些SiH眼镜上积聚，因为由于表面处理所述蛋白质不能渗透所述眼镜的基体。
眼部疾病的处理常规上使用局部给药以实现在眼睛内的治疗药物浓度。局部治疗主要包括将滴剂、软膏或洗剂滴注到眼睛中。然而，显著的药物损失在眼睛滴剂的给药时发生，因为药物通过反射泪流和眨眼或通过鼻泪系统排出而稀释和洗出，这制约了其疗效。其中，软膏或洗剂的使用具有较长的与角膜的接触时间并提供更多的药物吸收但使患者的视力扭曲和模糊。
在需要为提高生物利用度而增强药物停留时间和其吸收的情况下，使用隐形眼镜进行眼部递送被提出。对眼部药物递送的现有尝试的实例包括在美国专利No.8,414,912；9,102,105；8,349,351；8,404,271和EP 2370054中描述的那些，这些美国专利各自通过引用并入本文中。过去很多研究者一直依据在药物溶液中浸泡、随后内置(insertion)的方式使用隐形眼镜(European Journal of Clinical pharmacology,1999,55(4)：317-323)。美国专利No.8,273,366公开了包括分散有眼用药物的纳米粒子的隐形眼镜的药物递送体系。而且，美国专利No.7,638,137和EP 2 543 358B1描述了在包含P-HEMA(聚-甲基丙烯酸2-羟基乙基酯)或PMAA(聚(甲基丙烯酸))的水凝胶隐形眼镜中使用纳米载体或药物封装途径的有效眼部递送方法。Int.J.Pharm.(2003，第257卷，第1-2期，第141-151页)中的一篇文章描述了通过包含有机硅和p-HEMA的水凝胶隐形眼镜的色甘酸钠(tromolyn sodium)、富马酸酮替芬、酮咯酸氨丁三醇和地塞米松磷酸钠的体外摄取(吸收，uptake)和释放行为。
尽管已经探索药物从有机硅隐形眼镜的摄取和释放，但是仍然对于使用隐形眼镜作为器材受控而持续地用药释放到眼睛存在需要。当与药物相互作用时在水凝胶中引入官能单体增强它们的吸收以及容许其可持续的释放。
因此，对于具有有利的润湿性、对空气氧化的稳定性、高的透氧性、低的碎屑(debris)形成、和在用于制造所述聚合物的其它反应性单体中高的溶解度而无需增容剂的亲水性有机硅单体仍然存在需要。
发明内容
下面给出本公开的概要以提供一些方面的大致认识。该概要既不拟识别核心或关键元素也不拟对实施方式或权利要求构成任何限制。此外，该概要可提供在本公开的其它部分中可更详细地描述的一些方面的简要概述。
本发明涉及有机硅化合物(例如单体、大分子单体、聚合物及其水凝胶配制剂)和包含这样的有机硅化合物的药物递送体系。在多个方面中，本发明提供具有为净中性的总电荷的经离子改性的有机硅。包括源自这样的经离子改性的有机硅的水凝胶的药物递送体系在提供润湿性、配制剂相容性、对空气氧化的稳定性、透气性的益处方面可为有用的，并且提供较少的碎屑形成。它们在其方面中还可赋予所述组合物和由这样的材料形成的材料(例如隐形眼镜)抗微生物性质。它们还可用于通过离子-离子相互作用保留或释放活性物质例如药用活性物质。
在一个方面中，提供式(I)的有机硅化合物：
其中R1选自化学键，或任选地包含选自氧、硫或氮的杂原子的包括1至16个碳原子的二价基团；
R2为具有通式结构(a)的线型、支化、环状或笼状硅氧烷基(siloxanyl)部分或者硅烷部分
X1独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、三甲氧基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基氧基、-O[Si(CH3)2O-]n(其中n选自1至9的整数)、(CH3)3Si(CH2)oCH2-(其中o选自0-3的整数)、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-、或(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)s-(其中s选自0-200的整数)；
X2独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、三甲氧基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基氧基、-O[Si(CH3)2O-]n(其中n选自1至9的整数)、(CH3)3Si(CH2)oCH2-(其中o选自0-3的整数)、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-、或(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)z-(其中z选自0-200的整数)、或–[OSi(CH3)2]mG1(其中G1为(CH3)3SiO-且m为0至400的整数)、或者具有通式(b1)或(b2)的反应性或非反应性有机硅基团：
其中l选自0-200的整数；和当X2为式(b1)或(b2)时，式(a)中的p为0；
X3和X5独立地选自C1-C6烷基、三甲基甲硅烷氧基、(CH3)3SiCH2CH2-、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-和–OSi(CH3)2，条件是(i)当X1或X6为-O[Si(CH3)2O-]n时，则X3和X5分别为–OSi(CH3)2并且X1与X3形成化学键且X5与X6形成化学键以相应地形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环，和(ii)当X3和/或X5为-OSi(CH3)2时，则X1和/或X6为-O[Si(CH3)2O-]n并且X1与X3形成化学键和/或X5与X6形成化学键以形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环；
其中，X1、X2和X3任选地能各自为-O[Si(R7)O-]n并且相互连接而形成如式(b3)中描绘的聚倍半硅氧烷环，和R7独立地选自线型或支化的烷基或芳烷基基团；
X6、X7和X8独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、烷氧基、三甲基甲硅烷基氧基、或-O[Si(CH3)2O-]n，其中n选自1至9的整数，和其中X6与X7、X7与X8、或X6与X8可形成环；
X4为任选的连接用基团，其独立地选自二甲基甲硅烷氧基、-O[Si(CH3)2O-]或–CH2CH2(CH3)2SiO-部分；
p为选自0-10的整数；
G为在硅氧烷部分和反应性部分之间的桥接单元，其独立地选自线型或支化的烷基基团或碳环基团且任选地包含杂原子；
A为杂原子；
I为任选地包含杂原子的具有0-200个碳原子的含离子部分，其中所述含离子部分通过抗衡电荷抗衡；和
Z为具有通式(c)的聚合性基团：
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为连接基团，其选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基。
在一个实施方式中，I为如下式：
------K-L-M(X)w
其中K为二价杂原子、和在一个实施方式中K为氧原子，
L为化学键或二价烃自由基，所述二价烃自由基包括具有1-50个碳原子的取代或未取代的线型或支化的脂族或芳族的烃，其可任选地包含杂原子、和在实施方式中可包括独立地选自醇、醚、酯、酰胺、胺、脲、尿烷、氰基、碳酸酯、氨基甲酸酯、硫醇、硫醚、硫醇酯、或者其两种或更多种的组合；
M和X为离子官能团或离子官能团形成化合物，其中M和X为彼此间不化学成键的带相反电荷的物种；和
w为0-10。
在一个实施方式中，M独立地选自：
X独立地选自季铵化合物，季铵基团形成化合物，阳离子聚合物，选自N、P、As、Sb或Bi的第15族元素，金属，碱金属，碱土金属，过渡金属，稀土金属，或者其两种或更多种的组合。
在一个实施方式中，X独立地选自
其中R独立地选自氢；具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团(cycloaliphatic)，其可包含官能团如羟基、酰胺、尿烷、脲、酯、胺、硫醇、二硫化物、醚；以及如下式
其中G1为具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基和脂环族基团；
Z1为如下式的反应性或非反应性官能部分
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为连接基团，其选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基；和A选自空缺(none)或杂原子；以及R1和R2如权利要求1中所限定并且x为0-10。
在任一前述实施方式所述的化合物的一个实施方式中，其中X为阳离子聚合物，其选自聚(亚乙基胺)、聚(吡啶)、聚(咪唑鎓)、基于聚丙烯酸根的季铵盐、或者其两种或更多种的组合。
在任一前述实施方式所述的化合物的一个实施方式中，K为氧，L为C1-C6二价烃自由基，和M为–C(O)-OH。
在一种其它方面中，提供一种组合物，其包括(A)水凝胶材料和(B)活性物质，其中水凝胶材料(A)由包括任一前述实施方式所述的有机硅化合物的反应混合物形成。
在一个实施方式中，形成水凝胶材料(A)的反应混合物包括有机单体，其选自乙烯基类单体、丙烯酰胺单体(丙烯酰胺类单体)、丙烯酸类单体、或者其两种或更多种的组合。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，(a)所述乙烯基类单体选自N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基-己内酰胺、N-乙烯基-乙酰胺、N-乙烯基-甲酰胺、N-乙烯基-异丙基酰胺、乙烯基苯、乙烯基萘、乙烯基吡啶、乙烯醇、含乙烯基的有机硅、或者其两种或更多种的组合；(b)所述丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEMA)、丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯、甲基丙烯酸甘油酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸类改性的亲水性或疏水性有机硅、或者其两种或更多种的组合。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，其中形成水凝胶材料(A)的所述反应混合物进一步包括(i)任选的对光化固化条件具有反应性或不具有反应性的活性成分；(ii)任选的有机单体、有机大分子单体、反应性聚合物、交联剂、增容剂、染色剂、引发剂、或者其两种或更多种的组合。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，式(I)的有机硅化合物(a)以所述组合物的约5重量百分比至约90重量百分比的量存在。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，式(I)的有机硅化合物对有机单体的比率为约1：99至99：1。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，所述活性物质(B)选自影响中枢神经系统的试剂、抗过敏试剂、心血管试剂、影响呼吸器官的试剂、影响消化器官的试剂、激素制剂、影响新陈代谢的试剂、抗肿瘤试剂、抗生素制剂、化学治疗剂、抗微生物剂、局部麻醉剂、抗组胺剂、消炎剂、收敛剂、维生素、抗真菌试剂、周围神经麻醉剂、血管舒张剂、生药(curde drug)精华、酊剂、生药粉末、降血压剂、免疫抑制剂、润滑剂、润湿剂、或者其两种或更多种的组合。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，所述活性物质(B)为眼用活性药物。
在任一前述实施方式所述的组合物的一个实施方式中，所述眼用活性药物选自毛果芸香碱、肾上腺素、四环素、苯肾上腺素、毒扁豆碱、依可碘酯、地美溴铵、环喷托酯、后马托品、东莨菪碱、氯四环素、杆菌肽、新霉素、多粘菌素、短杆菌肽、氧四环素、氯霉素、庆大霉素、青霉素、红霉素、卡巴胆碱、磺胺醋酰、多粘菌素B、疱疹净、异氟磷、氟米龙、地塞米松、氢化可的松、醋酸氢化可的松、地塞米松磷酸钠、氟氢松、甲羟松、泼尼松龙、甲基泼尼松龙、泼尼松龙磷酸钠、醋酸泼尼松龙、倍他米松、布洛芬、氟比洛芬、氯克罗孟、双氯芬酸二乙铵、吡罗昔康、甲基泼尼松龙、曲安奈德、马来酸噻吗洛尔、富马酸酮替芬、盐酸莫西沙星一水合物、或者其两种或更多种的组合。
在又一方面中，提供由根据任一前述实施方式所述的组合物形成的凝胶。
在一个实施方式中，所述凝胶是膜形式的。
在又一方面中，提供由根据任一前述实施方式所述的组合物形成的水凝胶。
在一个实施方式中，所述水凝胶包括活性成分。
在一个实施方式中，任一前述实施方式的水凝胶是隐形眼镜形式的。
在一个实施方式中，提供由根据任一前述实施方式所述的水凝胶制成的隐形眼镜。
在又一另外的方面中，提供活性物(actives)递送体系，其包括根据任一前述实施方式所述的组合物、凝胶或水凝胶。
在活性物递送体系的一个实施方式中，形成水凝胶材料的反应混合物进一步包括(i)任选的对光化固化条件具有反应性或不具有反应性的活性成分；和(ii)任选的有机单体、有机大分子单体、反应性聚合物、交联剂、增容剂、染色剂、引发剂、或者其两种或更多种的组合。
在根据任一前述实施方式的活性物递送体系的一个实施方式中，形成水凝胶材料的反应混合物包括有机单体，其选自乙烯基类单体、丙烯酰胺单体、丙烯酸类单体、或者其两种或更多种的组合。
在根据任一前述实施方式的活性物递送体系的一个实施方式中，(a)所述乙烯基类单体选自N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基-己内酰胺、N-乙烯基-乙酰胺、N-乙烯基-甲酰胺、N-乙烯基-异丙基酰胺、乙烯基苯、乙烯基萘、乙烯基吡啶、乙烯醇、含乙烯基的有机硅、或者其两种或更多种的组合；(b)所述丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEMA)、丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯、甲基丙烯酸甘油酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸类改性的亲水性或疏水性有机硅、或者其两种或更多种的组合。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，式(I)的有机硅化合物以所述组合物的约1重量百分比至约99重量百分比的量存在。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，式(I)的有机硅化合物对有机单体的比率为约1：99至99：1。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，药用活性物质选自影响中枢神经系统的试剂、抗过敏试剂、心血管试剂、影响呼吸器官的试剂、影响消化器官的试剂、激素制剂、影响新陈代谢的试剂、抗肿瘤试剂、抗生素制剂、化学治疗剂、抗微生物剂、局部麻醉剂、抗组胺剂、消炎剂、收敛剂、维生素、抗真菌试剂、周围神经麻醉剂、血管舒张剂、生药精华、酊剂、生药粉末、降血压剂、免疫抑制剂、或者其两种或更多种的组合。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，药用活性物质为眼用活性药物。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，所述眼用活性药物选自毛果芸香碱、肾上腺素、四环素、苯肾上腺素、毒扁豆碱、依可碘酯、地美溴铵、环喷托酯、后马托品、东莨菪碱、氯四环素、杆菌肽、新霉素、多粘菌素、短杆菌肽、氧四环素、氯霉素、庆大霉素、青霉素、红霉素、卡巴胆碱、磺胺醋酰、多粘菌素B、疱疹净、异氟磷、氟米龙、地塞米松、氢化可的松、醋酸氢化可的松、地塞米松磷酸钠、氟氢松、甲羟松、泼尼松龙、甲基泼尼松龙、泼尼松龙磷酸钠、醋酸泼尼松龙、倍他米松、布洛芬、氟比洛芬、氯克罗孟、双氯芬酸二乙铵、吡罗昔康、甲基泼尼松龙、曲安奈德、或者其两种或更多种的组合。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，所述水凝胶材料为水凝胶膜。
在根据任一前述实施方式所述的活性物递送体系的一个实施方式中，所述水凝胶材料是隐形眼镜形式的。
在一个实施方式中，提供由根据任一前述实施方式所述的水凝胶制成的隐形眼镜。
在一个实施方式中，提供由根据任一前述实施方式的活性物递送体系制成的隐形眼镜。
在又一方面中，提供包括任一前述实施方式所述的活性物递送体系的医疗器材。
在一个实施方式中，所述器材选自探针、棒(wand)、膜、带、贴片、隐形眼镜或内置物。
以下描述和图公开了多个说明性方面。一些改进和新颖性方面可明确地识别，而另一些从所述描述和图来看可为显然的。
附图说明
下面参考图对多个实施方式进行描述，在图中：
图1为说明马来酸噻吗洛尔随时间的摄取的曲线图；
图2为说明盐酸莫西沙星一水合物随时间的摄取的曲线图；
图3为说明富马酸酮替芬随时间的摄取的曲线图；
图4为说明马来酸噻吗洛尔从实施例34和实施例35的水凝胶膜中释放的曲线图；
图5为说明盐酸莫西沙星一水合物从实施例36和实施例37的水凝胶膜中释放的曲线图；
图6为说明富马酸酮替芬从实施例38和实施例39的水凝胶膜中释放的曲线图；
图7为说明马来酸噻吗洛尔从实施例42和实施例43的水凝胶膜中释放的曲线图；
图8为说明盐酸莫西沙星一水合物从实施例44和实施例45的水凝胶膜中释放的曲线图；和
图9为说明富马酸酮替芬从实施例46和实施例47的水凝胶膜中释放的曲线图。
具体实施方式
下面将参阅示例性的实施方式，其实例在附图中说明。应理解，可使用其它实施方式并且可做出结构和功能的变化。而且，可组合或改变多个实施方式的特征。因此，以下描述仅通过说明的方式呈现而无论如何不应限制可对所说明的实施方式做出的各种替代和变更。在本公开中，大量具体细节提供对主题披露的全面认识。应理解，本公开的多个方面可通过不必包括本文中描述的所有方面的其它实施方式等实践。
如本文中使用的，词语“实例”或“示例性”意指一种例子或说明。词语“实例”或“示例性”并非指关键或优选的方面或实施方式。词语“或”拟为包括性的而非排他性的，除非上下文相反地暗示。作为一种实例，短语“A使用B或C”涵盖任意包括性排列(例如A使用B；A使用C；或A使用B和C两者)。作为另一事实，冠词“一种(a)”和“一种(an)”通常旨在意指“一种或多种”，除非上下文相反地暗示。
本发明涉及有机硅化合物，例如单体、大分子单体或聚合物，包括这样的化合物的组合物，以及由这样的组合物形成的制品。所述组合物可用于形成水凝胶。所述组合物可为隐形眼镜形成用组合物，其包括经离子改性的有机硅、乙烯基类单体、活性成分和交联剂。经离子改性的有机硅水凝胶隐形眼镜当净电荷为中性时在提供润湿性、配制剂相容性、对空气氧化的稳定性、透气性方面可为有用的并且提供较少的碎屑形成。它们还可用于通过离子-离子相互作用保留或释放活性物质并且作为药物递送体系的一部分提供。
“大分子单体”是指包含能够经历进一步的聚合/交联反应的官能团的中等到高分子量的化合物或聚合物。中等和高分子量典型地意指大于700道尔顿的平均分子量。优选地，大分子单体包含烯属不饱和基团并且可以光化方式或热方式聚合。
如本文中使用的，聚合物材料(包括单体或大分子单体材料)的“分子量”是指数均分子量，除非另外特别备注或除非测试条件另外指明。
“聚合物”意指通过一种或多种单体、大分子单体和或低聚物的聚合/交联而形成的材料。
如本文中使用的，“乙烯基类单体”是指具有烯属不饱和基团的低分子量化合物并且可以光化方式或热方式聚合。低分子量典型地意指小于700道尔顿的平均分子量。
如本文中使用的，“亲水性乙烯基类单体”是指能够形成在完全水合时可吸收至少10重量百分比水的均聚物的乙烯基类单体。
如本文中使用的，“疏水性乙烯基类单体”是指能够形成在完全水合时可吸收小于10重量百分比水的均聚物的乙烯基类单体。
“粘合剂聚合物”是指可交联的聚合物，其可通过交联剂或当通过化学或物理手段(例如湿气、加热、UV照射等)引发时进行交联以将着色剂捕获或粘合到医疗器材(优选地隐形眼镜)例如本领域中所知晓的术语上或其中。
“光致引发剂”是指通过使用光引发自由基交联和/或聚合反应的化学品。
“热致引发剂”是指通过使用热能引发自由基交联/聚合反应的化学品。
“笼状”硅氧烷或硅氧烷基结构是指聚倍半硅氧烷(polysesquioxane)型结构。
“活性物”是指可从医疗器材递送的成分或化学品。
在一个方面中，提供有机硅化合物。所述有机硅化合物被配置为亲水的。按照本发明化合物，所述有机硅化合物为具有净的中性电荷的经离子改性的化合物。所述有机硅化合物经离子改性而具有离子基团、离子形成基团，并且提供所述化合物，使得它总体上具有净的中性电荷。已经发现，提供具有这些基团的有机硅化合物实现亲水性化合物。所述化合物是可水分散的并且可经历聚合而提供亲水性材料。
提供式(I)的有机硅化合物：
其中R1选自化学键，或者包含1至16个碳原子和任选的选自氧、硫或氮的杂原子的二价基团；
R2为具有通式结构(a)的线型、支化、环状或笼状硅氧烷基部分或者硅烷部分
X1独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、三甲氧基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基氧基、-O[Si(CH3)2O-]n(其中n为选自1至9的整数)、(CH3)3Si(CH2)oCH2-(其中o为选自0-3的整数)、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-、或(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)s-(其中s为选自0-200的整数)；
X2独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、三甲氧基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基氧基、-O[Si(CH3)2O-]n(其中n为选自1至9的整数)、(CH3)3Si(CH2)oCH2-(其中o为选自0-3的整数)、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-、或(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)z-(其中z为选自0-200的整数)、或–[OSi(CH3)2]mG1(其中G1为(CH3)3SiO-且m为0至400的整数)、或具有通式(b1)或(b2)的反应性或非反应性有机硅基团：
其中l为选自0-200的整数；和当X2为式(b1)或(b2)时，式(a)中的p为0；
X3和X5独立地选自C1-C6烷基、三甲基甲硅烷氧基、(CH3)3SiCH2CH2-、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-和–OSi(CH3)2，条件是(i)当X1或X6为-O[Si(CH3)2O-]n时，则X3和X5分别为–OSi(CH3)2并且X1与X3形成化学键且X5与X6形成化学键以相应地形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环，和(ii)当X3和/或X5为-OSi(CH3)2时，则X1和/或X6为-O[Si(CH3)2O-]n并且X1与X3形成化学键和/或X5与X6形成化学键以形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环；
其中，X1、X2和X3任选地能各自为-O[Si(R7)O-]n并相互连接而形成如式(b3)中描绘的聚倍半硅氧烷环，和R7独立地选自线型或支化的烷基或芳烷基基团；
X6、X7和X8独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、烷氧基、三甲基甲硅烷基氧基、或-O[Si(CH3)2O-]n，其中n为选自1至9的整数，和其中X6与X7、X7与X8、或X6与X8可形成环；
X4为任选的连接用基团，其独立地选自二甲基甲硅烷氧基、-O[Si(CH3)2O-]或–CH2CH2(CH3)2SiO-部分；
p为选自0-10的整数；
G为在硅氧烷部分和反应性部分之间的桥接单元，其独立地选自线型或支化的烷基基团或碳环基团且任选地包含杂原子；
A为杂原子、和在一个实施方式中在氧或硫中间选择；
I为任选地包含杂原子的具有0-200个碳原子的含离子部分，其中I通过抗衡离子抗衡以提供净的中性电荷；和
Z为具有通式(c)的聚合性基团：
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为连接基团，其选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基。
在实施方式中，R1可选自二价的C1-C16烷基基团，其任选地包含选自氧、硫或氮的杂原子。在一个实施方式中，R1选自化学键或二价的C1-C16烷基、二价的C2-C10烷基、甚至二价的C4-C6烷基基团。在R1中，二价的烷基基团是指二价烷基链中的碳原子数。R1的二价的烷基基团可为CH2基团或其中氢原子可被选自任选地包含杂原子的C1-C10、C2-C8或C4-C6的线型、支化或环状的烃自由基的其它基团所取代的碳基团。在一个实施方式中，R1选自如下式的二价自由基：
其中R4、R5和R6独立地选自氢，任选地包含杂原子的具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1-2个碳原子的线型、支化或环状的烃自由基；R3为具有1至5个碳原子、1至4个碳原子或1至2个碳原子的烃自由基；和q为选自0至10的整数。在一个实施方式中，R4-R6选自氢或C1-C5烃。在一个实施方式中，R3-R6各自选自C1-C6烃自由基。在一个实施方式中，R3-R6各自为甲基。
关于R2，将认识到，如果p大于0，那么X1和X2为二价基团，并且如果p为0，那么X1和X2为一价基团。
在一个实施方式中，G基团选自二价的线型或支化的烷基基团、或者二价的碳环基团。在一个实施方式中，G为具有如下通式的支化的烷基部分：
其中a为0-16且b为1。
在一个实施方式中，G包括具有如下通式的包含5-10个碳原子的饱和的碳环单元及其异构体
其中c为0-5。
在一个实施方式中，c为1，并且G为亚环己基基团。A和R基团可附接到G基团，使得A和R基团彼此按对位或间位取向。在一个实施方式中，G单元为亚环己基基团并且在所述化合物中如下排列：
在一个实施方式中，G选自以下构象异构体的一个或多个：
I基团独立地选自离子部分和离子形成部分。提供I基团，使得有机硅化合物具有净的中性电荷。在一个实施方式中，所述离子部分包括阴离子部分和阳离子部分。在一个实施方式中，所述离子形成部分包括阴离子形成部分和阳离子形成部分。
在一个实施方式中，I基团选自如下式的基团：
------K-L-M(X)w (g)
其中K为二价杂原子、和在一个实施方式中K为氧原子，
L为化学键或二价烃自由基，所述二价烃自由基包括具有1-50个碳原子的取代或未取代的、线型或支化的脂族或芳族烃，其可任选地包含杂原子并且在一些实施方式中可包含独立地选自醇、醚、酯、酰胺、胺、脲、尿烷、氰基、碳酸酯、氨基甲酸酯、硫醇、硫醚、硫酯、或者其两种或更多种的组合的官能团；
M和X为离子官能团或离子官能团形成化合物，其中M和X为彼此间不化学成键的带相反电荷的物种，和w为1-10。对于M适宜的阴离子型或阴离子形成用官能团的实例包括但不限于如下基团：
其中R独立地选自氢；具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团，其可包含官能团如羟基、酰胺、尿烷、脲、酯、胺、硫醇、二硫化物、醚；以及如下式
其中G1为具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团。适宜的阳离子型或阳离子形成用官能团X的实例包括但不限于季铵化合物、季铵形成化合物、阳离子聚合物、第15族元素(例如N、P、As、Sb、Bi)、金属、碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属、或者它们的组合。适宜的季铵化合物的实例包括但不限于烷基，芳烷基，脂环族基团，芳族基团，支化或非支化的胺。适宜的阳离子聚合物的实例包括但不限于聚(亚乙基胺)、聚(吡啶)、聚(咪唑鎓)、基于聚丙烯酸根的季铵盐例如聚(2-三甲基铵乙基丙烯酸盐)、聚(丙烯酸2-氨基乙基酯)。在实施方式中，阳离子基团可为式(h1)、(h2)：
其中R独立地选自氢；具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团，其可包含官能团如羟基、酰胺、尿烷、脲、酯、胺、硫醇、二硫化物、醚；以及如下式
其中G1为具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团；
Z1为如下式的反应性或非反应性官能部分
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为连接基团，其选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基；和A选自空缺或杂原子；以及R1和R2如权利要求1中所限定并且x为0-10。
在一个实施方式中，X独立地选自以下结构：
其中t为1-16。
在实施方式中，w为1-10；1-5；甚至1-2。尽管不希望局限于任何特定理论，M和X通过离子键或离子相互作用连接。M和X的成键通过使阴离子和阳离子结构与可用的抗衡离子进行反应而实现。
当L为不包含任何碳原子的基团时，则K与M基团直接成键。当L为化学键时，则M基团不能包含-NR2、-OPO(OR)2、-OSO3H或-OH基团。
在一个实施方式中，L选自C1-C10二价烃自由基，其可为线型或支化的。二价烃自由基L可为饱和的或包含不饱和键。在一个实施方式中，L选自C1-C8二价烃自由基、C1-C6二价烃自由基、甚至C1-C4二价烃自由基。在一个实施方式中，L选自C4饱和的二价烃自由基或包含至少一个不饱和键的C4二价烃自由基。
F为连接基团，其选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基。任选地，F为化学键，使得A基团直接连接到式(l)中的羰基基团。在一个实施方式中，F具有通式(m)：
其中n为选自0至约15的整数；S为二价的杂原子，其独立地选自O、CH2、NR19或硫；J独立地选自官能团–C(O)-、-NR20C(O)-、–OC(O)-、-OS(O)-或-P(O)OR21；R17和R18独立地选自具有1至5个碳原子的烃自由基；R19、R20和R21独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基。在一个实施方式中，F具有以下通式结构(18)：
其中k为0-5。
还提供一种固化性组合物，其包括(a)式I的有机硅化合物；(b)对光化固化条件具有反应性或不具有反应性的活性成分；和(c)任选的有机单体、有机大分子单体、反应性聚合物、交联剂、增容剂、染色剂、引发剂、或者其两种或更多种的组合。
所述有机硅化合物可用于形成凝胶材料。“凝胶”为其中胶体成分在分散介质中形成连续的(贯穿的)网络的具有固体特性的胶体体系，所述分散介质的动力学慢于所述胶体成分的动力学。所分散的成分通过共价键、氢键、偶极力、范德华力和/或通过机械缠绕(intertwining)保持在一起。凝胶基于它们的分散介质(水、醇、有机溶剂、空气)可再分为不同类别，其包括水凝胶(对于水)、醇凝胶(alkogel)(对于醇)、液凝胶(lyogel)(对于有机溶剂)和气凝胶(对于空气)。如果包含空气作为分散剂，那么另外根据干燥/制备方式对凝胶进行区分。如果凝胶液体通过简单干燥、形成液/气界面而除去，那么干燥的凝胶称为“干凝胶”。如果凝胶液体在其临界点和压力(超临界条件)以上被除去，那么干燥的凝胶称为“气凝胶”。由于所述超临界条件，不形成界面。如果所述液体通过冷冻干燥而除去，那么干燥的产物称为“冻凝胶(cryogel)”。此处，固/气界面通过升华而克服。
所述有机单体可选自包含至少一个--C＝C--基团(例如但不限于丙烯酰基、甲基丙烯酰基、烯丙基、乙烯基、苯乙烯基、丙烯酸类或其它的含--C＝C--的基团)的含烯属不饱和基团的化合物。示例性丙烯酸类单体在没有任何限制的情况下包括甲基丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEMA)、丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯、甲基丙烯酸甘油酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸类改性的亲水性或疏水性有机硅、或者其两种或更多种的组合。
所述有机单体可选自乙烯基类单体，例如N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基-己内酰胺、N-乙烯基-乙酰胺、N-乙烯基-甲酰胺、N-乙烯基-异丙基酰胺、乙烯基苯、乙烯基萘、乙烯基吡啶、乙烯醇、含乙烯基的有机硅、或者其两种或更多种的组合。
含乙烯基的有机硅的实例包括含硅氧烷的乙烯基类单体，例如但不限于，甲基丙烯酰氧基烷基硅氧烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷、双(甲基丙烯酰氧基丙基)四甲基二硅氧烷、单甲基丙烯酸酯改性的聚二甲基硅氧烷、巯基封端的聚二甲基硅氧烷、N-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]丙烯酰胺、N-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]甲基丙烯酰胺、三(五甲基二硅氧烷基)-3-甲基丙烯酸基丙基硅烷(T2)(tris(pentamethyldisiloxyanyl)-3-methacrylatopropylsilane)、和甲基丙烯酸三-三甲基甲硅烷基氧基甲硅烷基丙基酯(TRIS)。示例性的包含硅氧烷的单体为TRIS，其称为3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷，并且通过CAS No.17096-07-0表示。术语“TRIS”还包括3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷的二聚体。
在本发明中可使用亲水性单体。适宜的亲水性单体包括但不限于羟基-取代的低级烷基(C1至C8)丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、(低级烯丙基)丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、乙氧基化的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、羟基-取代的(低级烷基)丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、羟基-取代的低级烷基乙烯基醚、乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、N-乙烯基吡咯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、2-乙烯基噁唑啉、2-乙烯基4,4'-二烷基噁唑啉-5-酮、2-和4-乙烯基吡啶、具有总共3至5个碳原子的烯属不饱和羧酸、氨基(低级烷基)-(其中术语“氨基”也包括季铵)、单(低级烷基氨基)(低级烷基)和二(低级烷基氨基)(低级烷基)丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、烯丙醇等。尤为适宜的亲水性乙烯基类单体为Ν,Ν-二甲基丙烯酰胺(DMA)、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(HEMA)、丙烯酸羟基乙基酯(HEA)、丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸羟基丙基酯(HPMA)、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯(DMAEMA)、甲基丙烯酸甘油酯(GMA)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)、二甲基氨乙基甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、烯丙醇、乙烯基吡啶、N-(1,1-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸。
在本发明中可使用包含选自羟基基团—OH、氨基基团—NHR(其中R为氢或C1至C8烷基)、羧基基团—COOH、环氧基团、酰胺基团—CONHR及其组合的至少一个官能团的任意已知的适宜乙烯基类单体作为官能化乙烯基类单体。这样的乙烯基类单体的优选实例包括甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油基酯、丙烯酸缩水甘油基酯、HEMA、HEA和N-羟基甲基丙烯酰胺(NHMA)。
所述交联剂可选自例如(甲基)丙烯酸烯丙基酯、低级亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚低级亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、低级亚烷基二(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基醚、二乙烯基砜、二-或三乙烯基苯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、邻苯二甲酸三烯丙基酯或邻苯二甲酸二烯丙基酯。优选的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、二缩水甘油基双酚A二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯-封端的聚乙二醇、反应性线型或侧基聚醚改性的有机硅、二丙烯酸酯或甲基丙烯酸类改性的有机硅、或者其两种或更多种的组合。
所述组合物包括热致或光致引发剂，其中所述光致引发剂选自过氧化物例如过氧化苯甲酰、安息香甲基醚、二乙氧基苯乙酮、苯甲酰氧化膦、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮(HMPP)、类和类，优选地1 173、4265和2959。可使用偶氮类引发剂(例如2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双(2-甲基丙腈)、2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈))作为光致或热致引发剂。适宜的热致引发剂的实例包括但不限于2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双(2-甲基丙腈)、2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)、过氧化物例如过氧化苯甲酰等。优选地，所述热致引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、或者其两种或更多种的组合。
经离子改性的有机硅以如下量存在：所述水凝胶组合物的约1重量百分比至约99重量百分比；5重量百分比至约90重量百分比、10重量百分比至约75重量百分比；或25重量百分比至约50重量百分比。经离子改性的有机硅大分子单体对有机单体的比率为约1：100至约100：1。在一个实施方式中，亲水性有机硅大分子单体对可自由基聚合的有机单体的比率为约1：99至99：1；1：75至75：1；或1：50至约50：1。在一个实施方式中，经离子改性的有机硅对有机单体的比率为约1：10至约10：1。在一个实施方式中，经离子改性的有机硅对有机单体的比率为约1：1。
可将所述组合物光化固化以产生均聚物、共聚物或交联的网络。它们还可与有机或硅氧烷单体、大分子单体或预聚物共混以获得水凝胶。这里描述的水凝胶可在医疗器材、医疗内置物、或隐形眼镜、眼用内置物等中使用。所述医疗器材可由本发明组合物形成，或者可包括由所述组合物形成的膜或层。
还提供药物递送体系，其包括：包含经离子改性的有机硅的水凝胶和与该水凝胶材料联用(缔合)的药用活性物质。所述药物递送体系可形成医疗器材本身(例如隐形眼镜)或者可作为医疗器材(例如探针、棒、内置物、贴片等)的表面上的膜或材料提供。
医疗器材具有拥有总体上有效中性电荷的离子表面。这提供可吸引较少生物材料并在表面上形成较少碎屑的亲水性表面。具有有效中性电荷的离子部分还可向医疗器材提供固有的抗微生物性。
所述水凝胶组合物可为水溶的或水分散的。水分散性或溶解性通过加入健康护理友好的表面活性剂或溶剂而增强。水凝胶一旦固化就可在5-150℃之间容易地提取以通过环境友好的方式除去未反应的成分。所述提取可通过以下方式进行。水凝胶制品可在水或水混溶性溶剂中制备并转移到DI水或缓冲的水溶液。可提取所述制品的可浸出反应物或添加剂直至达到期望浓度。
“眼镜形成用材料”是指这样的聚合性组合物(或配制剂)：其可以热或光化方式固化(即聚合和/或交联)以获得交联的聚合物。如本文中使用的，在提到聚合性组合物或材料或眼镜形成用材料的固化或聚合中的“以光化方式”意指通过例如光化照射如UV照射、电离辐射(例如γ射线或X-射线照射)、微波照射等实施固化(例如交联和/或聚合)。对于本领域技术人员而言，热固化或光化固化方法是公知的。对于本领域技术人员而言，眼镜形成用材料是公知的。它们还可与有机或硅氧烷单体、大分子单体或预聚物共混以获得水凝胶。所述水凝胶可用于形成或涂覆医疗器材、医疗内置物、隐形眼镜、眼用内置物等。所得的医疗器材具有其中总体上有效电荷为中性的离子表面。这提供这样的亲水性表面：其可吸引较少的生物材料并在表面上形成较少碎屑。具有有效中性电荷的离子部分还可向医疗器材提供固有的抗微生物性质。
如本文中使用的，术语“活性成分”是指生物活性和/或对光辐射活性的材料。所述活性成分可为反应性成分或非反应性成分。反应性活性成分是指包含附接到活性物质的可聚合烯属基团的活性成分。非反应性类型的活性成分是指具有生物或光活性的但不具有任何在光化聚合条件下能聚合的基团的活性成分。非反应性活性成分将渗透到交联的聚合物网络或聚合物链内部或引入在其内。该活性物质可具有可与所述聚合物形成非共价键的官能团。
如本文中使用的“贯穿的聚合物网络(IPN)”泛指如下两种或更多种聚合物的亲密网络：其至少一种在其余聚合物的存在下合成和/或交联。用于制备IPN的技术对于本领域技术人员而言是已知的。对于一般程序，参见美国专利No.4,536,554、4,983,702、5,087,392和5,656,210，其内容全部通过引用并入本文中。所述聚合通常在约室温至约145℃范围的温度下进行。
引入非反应性活性成分的方法包括将活性物在聚离子(多离子，polyionic)材料的溶液中研磨优选地至1.5微米或更小的粒度以获得分散体，其中聚离子材料的浓度足以涂覆颜料粒子、优选为约0.01％至20％(重量体积)；过滤具有颜料粒子的溶液；任选地洗涤过滤的颜料粒子；和任选地将涂覆有一种或多种聚离子材料的过滤的颜料粒子进行干燥。聚阳离子材料选自聚(烯丙基胺盐酸盐)、聚(亚乙基酰亚胺)、聚(乙烯基苄基三甲基胺)、聚苯胺、磺化的聚苯胺、聚吡咯、聚(吡啶鎓乙炔)、及其混合物，其中聚阴离子材料选自聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚(噻吩-3-乙酸)、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚(苯乙烯磺酸)钠、聚(苯乙烯磺酸钠)、及其混合物。在本发明中使用的聚阳离子材料还可包括聚合物型季铵化合物(聚季铵盐(polyquat))。当聚季铵盐用在镜片涂层中时，它们可赋予所述镜片抗微生物性质。
在本发明中可使用任何标准研磨技术。适宜的混合装置包括但不限于高速混合机、Kady磨机、胶体磨机、均化器、微流化器、声呐装置(sonalator)、超声磨机、辊磨机、球磨机、滚筒磨机、振动球磨机、磨碎机、砂磨机、变动力(varikinetic)分配器、三辊磨机、密炼机、或本领域技术人员所知晓的其它技术(参见Ross S和Morrison ID的ColloidalSystems and Interfaces.New York:John Wiley&Sons,1988)。
可单独地或以组合使用的包含反应性基团的对辐射或光具有活性的活性物为反应性黑5[2,7-萘二磺酸,4-氨基-5-羟基-3,6-双((4-((2-(磺基氧基)乙基)磺酰基)苯基)偶氮)-四钠盐](CAS登记号17095-24-8)；反应性蓝21[铜，(29H,31H-酞菁(2-)-N 29,N 30,N 31,N 32)-，磺基((4-((2-磺基氧基)乙基)磺酰基)苯基)氨基)磺酰基衍生物](CAS登记号73049-92-0)；反应性橙78[2-萘磺酸，7-(乙酰基氨基)-4-羟基-3-((4-((2-(磺基氧基)乙基)磺酰基)苯基)偶氮)-](CAS登记号68189-39-9)；反应性黄15[苯磺酸，4-(4,5-二氢-4-((2-甲氧基-5-甲基-4-((2-(磺基氧基)乙基)磺酰基)苯基)偶氮)-3-甲基-5-氧代-1H-吡唑-1-基)-](CAS登记号60958-41-0)；反应性蓝No.19[2-蒽-磺酸，1-氨基-9,10-二氢-9,10-二氧代-4-((3-((2-(磺基氧基)乙基)磺酰基)苯基)氨基)-，二钠盐](CAS登记号2580-78-1)；反应性蓝No.4[2-蒽磺酸，1-氨基-4-(3-((4,6-二氯-均三嗪-2-基)氨基)-4-磺基苯胺基)-9,10-二氢-9,10-二氧代，二钠盐](CAS登记号4499-01-8)；C.I.反应性红11[5-((4,6-二氯-1,3,5-三嗪-2-基)氨基)-4-羟基-3-((1-磺基-2-萘基)偶氮)-2,7-萘二磺酸，三钠盐](CAS登记号12226-08-3)；C.I.反应性黄86[1,3-苯二磺酸，4-((5-氨基羰基-1-乙基-1,6-二氢-2-羟基-4-甲基-6-氧代-3-吡啶基)偶氮)-6-(4,6-二氯-1,3,5-三嗪-2-基)氨基)-，二钠盐](CAS登记号61951-86-8)；C.I.反应性蓝163[三苯二噁嗪二磺酸，6,13-二氯-3,10-双((4-((4.6-二氯-1,3,5-三嗪-2-基)氨基)磺基苯基)氨基)-，四钠盐](CAS登记号72847-56-4)；和C.I.反应性红180[5-(苯甲酰氨基)-4-羟基-3-((1-磺基-6-((2-(磺基氧基)乙基)磺酰基)-2-萘基)偶氮)-2,7-萘二磺酸，四钠盐](CAS登记号98114-32-0)。
天然染料为源自植物、无脊椎动物或矿物的染料或着色剂。天然染料的大多数为来自植物来源—根部、浆果类、树皮、叶和木材—和其它有机来源例如真菌和苔癣的植物染料。还可使用天然染料例如辣椒粉、姜黄素和叶绿素作为非反应性活性物质。辣椒粉、姜黄素和叶绿素的甲基丙烯酸类改性导致天然染料的反应性形式并且可在所述水凝胶组合物中使用。
在一个实施方式中，所述活性物可为在医疗科学中使用的药用活性物质。所述药用活性物质可为生理活性材料或医疗药物(例如影响中枢神经系统的试剂、抗过敏试剂、心血管试剂、影响呼吸器官的试剂、影响消化器官的试剂、激素制剂、影响新陈代谢的试剂、抗肿瘤试剂、抗生素制剂、化学治疗剂、抗微生物剂、局部麻醉剂、抗组胺剂、消炎剂、收敛剂、维生素、抗真菌试剂、周围神经麻醉剂、血管舒张剂、生药精华、酊剂、生药粉末、降血压剂、免疫抑制剂等)。它们可包括但不限于抗微生物、抗细菌、医疗等的物质。
尤为适宜的活性物为与眼部区有关的那些。眼用活性物递送配制剂特别地适于与任意眼用活性药物、具体地因在眼疾病例如青光眼的治疗中使用而知晓的胺类药物一起使用。这些眼用药物包括毛果芸香碱、肾上腺素、四环素、苯肾上腺素、毒扁豆碱、依可碘酯、地美溴铵、环喷托酯、后马托品、东莨菪碱、氯四环素、杆菌肽、新霉素、多粘菌素、短杆菌肽、氧四环素、氯霉素、庆大霉素、青霉素、红霉素、卡巴胆碱、磺胺醋酰、多粘菌素B、疱疹净、异氟磷、氟米龙、地塞米松、氢化可的松、醋酸氢化可的松、地塞米松磷酸钠、氟氢松(fluorocinolone)、甲羟松、泼尼松龙、甲基泼尼松龙、泼尼松龙磷酸钠、醋酸泼尼松龙、倍他米松、布洛芬、氟比洛芬、氯克罗孟、双氯芬酸二乙铵、吡罗昔康、甲基泼尼松龙、酮替芬、莫西沙星和曲安奈德。眼、光学或鼻可接受的药用活性化合物在3.0至8.5的pH范围的水性介质中具有阳离子性质。最优选的基础活性物为倍他洛尔、噻吗洛尔和地匹福林。本发明的组合物可以组合包含两种或更多种基础活性组分。所述基础活性组分以约0.01至4.0％、优选地0.10至1.0％的水平存在。
眼用药物或活性物在水凝胶组合物中以对于实现所述药物用途有效的水平存在。眼用药物的常用水平在所述水凝胶组合物的约0.03-约15重量百分比的范围内。这些活性物可在配制剂中原样使用或者通过与聚合物、离子聚合物或表面活性剂混合使用。
聚合物悬浮材料可用于分散活性物并可在上述水凝胶组合物中作为添加剂加入。本发明组合物中包含的聚合物悬浮组分可基本上由羧基乙烯基聚合物和选自如下的聚合物的组合组成：羟基乙基纤维素；羟基丙基纤维素；和羧甲基纤维素、环糊精、聚(乙烯醇)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙二醇)、聚(二甲基硅氧烷)等。
药用活性物质还可通过其它方法例如吸取或分子印迹与所述水凝胶联用(缔合)。在吸取中，将水凝胶浸在药用活性物质的溶液中。水凝胶吸取药用活性物质。水凝胶当布置在目标环境中或与其接触，例如注射、摄取、内置(例如通过将由水凝胶形成的隐形眼镜内置到眼中)时释放药用活性物质。
在一个实施方式中，眼用活性成分可从聚合物缓慢地浸出并在制品周围保持临界浓度以给予期望的药用活性。
可制备用于制造水凝胶的试剂盒或体系。试剂盒使用医疗上可接受的条件制造并包含具有无菌性、纯度和药用可接受的制备)的前体(例如式(I)的化合物以及其它反应性组分例如单体、交联剂等)。所述试剂盒酌情可包含施加器以及指南。可包括预混合的或可用于混合的治疗剂。溶剂/溶液可在试剂盒中或单独地提供，或者所述组分可与溶剂预混合。所述试剂盒可包括用于混合和/或递送的注射器和/或针管。
在一些实施方式中，可提供具有与治疗剂原位形成水凝胶的前体和按照需要的其它材料，其中组分部分包括如本文中所述的那些。水凝胶可被容易地除去或自动除去，并且可为生物降解的或适于递送到易于接近的区域而不散开(传播)。其可制成易于混合和使用的，且可选择将所有前体在单个容器中组合。所述水凝胶可用安全的全合成材料制成。可控制降解和/或递送速率以配合描述的时间段。患者依从性可通过避免重复的进药而增强。类似地，可制造带有施加器的试剂盒，其包括本文中所列出的材料例如预先形成的脱水的水凝胶。
水凝胶材料还可与医疗器材联用。水凝胶材料可以膜的形式设置在医疗器材的表面或区域上，其可用于将药用活性材料递送到患者和/或向所述器材提供性质(例如抗菌的或抗微生物的)。例如，具有药用活性试剂的水凝胶膜可设置在棒或探针的尖端处，所述棒或探针的尖端可内置到患者中使得药用活性试剂可被递送到患者。在另一实施方式中，水凝胶膜可设置为贴片(例如药用贴片或创可贴)的层的一部分，其可置于患者上以将药剂或药物递送到患者。
本发明的亲水性有机硅化合物可在多种应用中使用，所述应用包括在纺织品、纸、皮革、个人护理、健康护理、家庭护理、涂料、漆或种子处理配制剂中作为成膜添加剂。
实施例
平衡水含量
将膜在pH 6.5-8.5(基于离子类型而选择的)的缓冲液中浸渍48小时。然后使用无绒薄纸(棉纸，tissue paper)将表面水轻轻地擦拭掉。将水合膜准确地称量并然后在固体含量分析仪中在150℃下干燥15分钟，并且再次称量其干重。使用以下方程式基于重量变化计算水含量：
水润湿性
水润湿性根据如下进行测量：Neumann A W,Godd R J.Techniques of measuringcontact angles.In:Good R J,Stromberg R R,Editors.Surface and Colloidscience—Experimental methods,vol.11.New York:Plenum Publishing；(1979),pp.31-61。
膜表面的水润湿性通过使用Tracker TECLIS测角计测量接触角而评价。在静态接触角方法中，将湿膜首先用无绒薄纸按压并然后将一滴水置于表面上。使用测角计测量接触角。较低的接触角值表示所述膜的较大的亲水性程度或较好的表面润湿性。
活性物递送
活性物担载实验
药用活性物担载的膜通过包括水凝胶膜和在磷酸盐缓冲液中的药物溶液(润明清洁溶液(renu solution))的方法制备。
吸取方法包括如下步骤：将0.3g水凝胶膜在2ml药物溶液(3％w/w)中吸取24h。
在另一种方法中，药物印迹的眼镜膜通过在水凝胶配制剂中混合6％ww的药物而制备。将所得的透明均匀溶液倒入PET(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))中至1mm的测量间隙(gap)。使配制剂通过暴露到105mW/cm2的UV照射20-180秒而固化。在聚合之后，将膜用异丙醇洗涤以除去未反应的单体。然后，通过去离子的蒸馏水和0.9％NaCl溶液完成洗涤以除去模板药物。通过用分光光度法分析洗涤溶液确保噻吗洛尔的完全除去。将所得膜在2ml的药物溶液(3％w/w)中吸取24h以进行药物摄取。
通过HPLC的活性物释放
高性能液相色谱法(HPLC)：通过考虑药物和样品基体的极性优化HPLC方法以量化从聚合物基体释放的药物。采用水(0.02％H3PO4)/乙腈溶剂混合物在0至5分钟内以10-90％乙腈梯度优化溶剂条件以产生药物分析物的窄且对称的峰。将以不同时间间隔收集的药物等分试样(aliquot)在Shimadzu Prominence LC 20AD系统上如下进行分析：使用柱子Extend C18，150x 4.6mm，5μm在40℃保持，将样品以1mL分钟的流速注射，注射体积为5uL。对于量化过程，通过300nm的UV检测器监测药物浓度，通过具有浓度在10-500ppm范围内变化的系列标准溶液制作各自药物的外标图表。发现药物响应是线性的，所述标准曲线用于计算样品中未知药物浓度。
模量
使用Instron抗张强度测试仪测量水合膜的杨氏模量。将湿样品切割成6cm×0.8cm带状物并通过50N负荷元件和10mm/分钟十字头速度测量机械性质。由应力-应变曲线的初始斜率测定模量。模量与材料的软硬度直接相关。模量越低，则材料越软。
实施例1：4-(2(-丙烯酰氧基)-4-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)环己基)氧基-4-氧丁酸的合成
向装备有搅拌棒、回流冷凝器和滴液漏斗的圆底烧瓶加入100克乙烯基环己基环氧官能化的三硅氧烷、和甲苯，并且将反应混合物加热到70-75℃。此刻，加入催化量的异丙醇钛和TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基)，并且将反应混合物进一步加热到90℃。向该反应混合物逐渐地加入21克丙烯酸。在完成之后，使反应混合物在Dowex-WBA树脂上面通过以除去未反应的丙烯酸。将产物使用活性炭脱色并在硅藻土床上过滤。将滤出液真空汽提以产生浅黄色产物5-(2-(1,1,1,3,5,5,5,-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基丙烯酸酯。
进一步将5-(2-(1,1,1,3,5,5,5,-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基丙烯酸酯(50克)、甲苯和琥珀酸酐(18克)加入到装备有搅拌棒、回流冷凝器和氮气入口的圆底烧瓶中。向其加入三乙胺和氢醌分别作为催化剂和自由基清除剂，并且将反应混合物加热到60-65℃。在完成后，将产物真空汽提、在氯仿中再溶解、和用盐水溶液洗涤。将有机相在Tulsion T66-MP树脂上面通过以除去痕量的三乙胺并使用活性炭脱色。在除去炭之后将有机层浓缩以产生浅黄色粘稠产物。
实施例2：(4-(((2-(丙烯酰氧基)-5-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)环己基)氧基)-4-氧代丁-2-烯酸的合成
将5-(2-(1,1,1,3,5,5,5,-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基丙烯酸酯(50克)、甲苯和马来酸酐(18克)进一步加入到装备有搅拌棒、回流冷凝器和氮气入口的圆底烧瓶中。向其加入三乙胺和氢醌分别作为催化剂和自由基清除剂并且将反应混合物加热到60-65℃。在完成后，将产物真空汽提、在氯仿中再溶解、和用盐水溶液洗涤。将有机相在Tulsion T66-MP树脂上面通过以除去痕量的三乙胺并使用活性炭脱色。在除去炭之后将有机层浓缩以产生浅黄色粘稠产物。
实施例3：3-(((2-(丙烯酰氧基)-5-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)环己基)氧基)羰基)丁-3-烯酸的合成
向装备有搅拌棒、回流冷凝器和氮气入口的圆底烧瓶加入5-(2-(1,1,1,3,5,5,5,-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基丙烯酸酯(50克)和甲苯。向其加入三乙胺和氢醌分别作为催化剂和自由基清除剂并且将反应混合物加热到60-65℃。向其逐渐地加入衣康酸酐(20克)。在完成后，将产物真空汽提、在氯仿中再溶解、和用盐水溶液洗涤。将有机相在Tulsion T66-MP树脂上面通过以除去痕量的三乙胺并使用活性炭脱色。在除去炭之后将有机层浓缩以产生浅黄色粘稠产物。
实施例4：4-((5-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-(2-甲基丙烯酰胺基乙酰氧基)环己基)氧基)-4-氧代丁酸的合成
向装备有搅拌棒、回流冷凝器和滴液漏斗的圆底烧瓶加入乙烯基环己基环氧官能化的三硅氧烷(25克)、甲乙酮和TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基并且将反应混合物加热到75-80℃。此刻，加入少许甘氨酸甲基丙烯酸酯和催化量的异丙醇钛，并且将反应混合物进一步加热到80℃。向该反应混合物逐渐地加入甘氨酸甲基丙烯酸酯(10克)。在完成之后，将产物分离、在乙酸乙酯中再溶解，并且将有机层用盐水洗涤。将有机层浓缩以产生浅黄色产物4-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基2-甲基丙烯酰胺基乙酸酯。
进一步将4-(2-(1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷-3-基)乙基)-2-羟基环己基2-甲基丙烯酰胺基乙酸酯(15克)、甲苯和琥珀酸酐(4.6克)加入到装备有搅拌棒、回流冷凝器和氮气入口的圆底烧瓶中。向其加入三乙胺和氢醌分别作为催化剂和自由基清除剂，并且将反应混合物加热到60-65℃。在完成之后，将产物真空汽提、在氯仿中再溶解和用盐水溶液洗涤。将有机相在Tulsion T66-MP树脂上面通过以除去痕量的三乙胺并使用活性炭脱色。在除去炭之后将有机层浓缩以产生浅黄色粘稠产物。
实施例5：4-((2-(甲基丙烯酰氧基)-4-乙基环己基)氧基)-4-氧代丁酸官能化的聚二甲基硅氧烷的合成
向装备有搅拌棒、回流冷凝器和滴液漏斗的圆底烧瓶加入1.6g 4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物，并且加热到70-75℃。此刻，加入催化量的在二甲苯中的铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物溶液(大约2％的Pt)并进一步将反应混合物加热到90℃。向该反应混合物滴加10克单氢官能化的聚二甲基硅氧烷。在完成之后，将反应混合物冷却到70-75℃并且与TEMPO一起加入20ml甲苯和催化量的异丙醇钛，并且进一步将反应混合物加热到90℃。向该反应混合物经过2h时期滴加2克甲基丙烯酸。使用1H-NMR光谱法监测所述反应。在所述反应完成之后，将混合物冷却到50℃并且进一步将琥珀酸酐(4.6克)与三乙胺一起加入到烧瓶中。将反应混合物加热到60-65℃持续12小时。在完成之后，将溶剂真空汽提，将粗产物在二氯甲烷中再溶解、和用热盐水溶液洗涤。将有机相在Tulsion T66-MP树脂上通过以除去痕量的三甲胺并使用活性炭脱色。将有机层在硅藻土柱子上面过滤以除去炭并然后与Dowex-WBA树脂一起搅拌以除去未反应的甲基丙烯酸。将有机相进一步过滤和浓缩以产生浅黄色粘稠产物。经由NMR和HPLC技术对产物进行表征。
实施例6：有机硅羧酸盐的电中性复合物(络合物，complex)的合成
电中性复合物通过混合实施例3的有机硅羧酸的钠盐和含季铵基团(氯化丙烯酸基乙基三甲基铵)的反应性或非反应性有机材料或基于有机硅的材料的等摩尔混合物形成有机硅的电中性复合物而形成。按需将该复合物通过沉淀法进行纯化。
实施例7：有机硅羧酸的电中性复合物的合成
使用实施例3的有机硅羧酸和含胺基(3-氨基丙基)三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷,2-氨基乙基甲基丙烯酸酯的反应性或非反应性有机材料或者基于有机硅的材料的等摩尔混合物形成有机硅的电中性复合物。按需将该复合物通过沉淀法进行纯化。
实施例8：有机硅羧酸或羧酸盐与聚离子聚合物的电中性复合物的合成
将实施例3的有机硅羧酸的钠盐与含阳离子基团的阳离子聚合物混合以制造复合物材料。所述含基团的阳离子聚合物为N,N′-双(3-氨基丙基)-1,4-二氨基丁烷，具有MW1200-60000的聚(亚乙基亚胺)溶液，聚(苯乙烯磺酸盐)–聚(亚乙基亚胺)的复合物。
实施例9：有机硅羧酸或羧酸盐的电中性复合物的合成
将实施例5和6中制备的有机硅的电中性复合物与活性物质混合。将该复合物按需通过沉淀法进行纯化或原样地使用。
实施例10：使用聚离子聚合物的有机硅羧酸或羧酸盐与活性物的电中性复合物的合成
将实施例3的有机硅羧酸的钠盐与阳离子聚合物或阳离子聚合物与含羧酸根基团的活性分子的共混物混合在一起以产生活性物担载的复合物材料。阳离子聚合物材料为具有MW 1200-60000的聚(亚乙基亚胺)溶液，二乙基氨基乙基)葡聚糖，聚甲基丙烯酸[2-(N,N-二甲基氨基)乙基酯，聚(l-赖氨酸)。
实施例11：有机硅羧酸或羧酸盐与活性物的电中性复合物的合成
将实施例3的有机硅羧酸或羧酸盐的钠盐与活性物质盐酸环丙沙星混合以产生复合物材料。
实施例12：有机硅羧酸盐的电中性复合物的合成
通过将实施例11的有机硅羧酸和三甲胺的等摩尔混合物混合而形成电中性复合物。通过质子NMR中的峰位移观察到该复合物的形成。
实施例13：有机硅羧酸盐的电中性复合物的合成
通过混合实施例11的有机硅羧酸和N-丁基二甲胺的等摩尔混合物而形成电中性复合物。通过质子NMR中的峰位移观察到该复合物的形成。
实施例14：有机硅羧酸盐的电中性复合物的形成
通过将实施例11的有机硅羧酸和烯丙胺以比率3:1混合而形成电中性复合物。通过质子NMR中的峰位移观察到该复合物的形成。
实施例15：有机硅羧酸盐的电中性复合物的合成
通过混合实施例11的有机硅羧酸和季铵基团(氯化苄基三甲基铵)的等摩尔混合物而形成电中性复合物。
电中性复合物的形成通过1H NMR谱图中–COOH宽峰以及胺官能团的烷基的窄峰的位移而确认。峰位移值的差值在表1中显示。
表1.在电中性复合物形成时的1H NMR位移
δ–COOH/R<sub>3</sub>N<sup>+</sup>H(br) 胺峰的位移(ppm)
实施例5 3.31
实施例12 3.86 0.1
实施例13 4.74 0.05
实施例14 3.31 0.04
非离子有机硅的实施例
作为实施例5的离子官能化的有机硅的对比例，非离子官能化的有机硅被合成并对于活性物的摄取和释放研究进行检验。
实施例16(对比例)：4-((2-(甲基丙烯酰氧基)-4-乙基环己基)羟基官能化的聚二甲基硅氧烷的合成
向装备有搅拌棒、回流冷凝器和滴液漏斗的圆底烧瓶加入1.6g的4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物，并加热到70-75℃。此刻，加入催化量的在二甲苯中的铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物溶液(大约2％的Pt)并将反应混合物进一步加热到90℃。向该反应混合物滴加10克单氢官能化的聚二甲基硅氧烷。在完成之后，将反应混合物冷却到70-75℃并加入20ml甲苯和催化量的异丙醇钛以及TEMPO，并将反应混合物进一步加热到90℃。在2h的时间段内向该反应混合物滴加2克甲基丙烯酸。使用1H-NMR光谱法监测反应。在反应完成之后将冷却的产物与Dowex-WBA树脂搅拌过夜以除去未反应的甲基丙烯酸。将有机相进一步过滤并浓缩以产生浅黄色粘稠产物。经由NMR和HPLC技术对产物进行表征。
水凝胶膜的实施例
使用实施例1至16中描述的材料以及其它有机单体例如甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(HEMA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂例如乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)制备所选择的水凝胶膜(在表2、3和4中列出)。配制剂中使用的其它添加剂为聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。使用2-羟基-2-甲基苯丙酮作为自由基引发剂(0.5重量％)使所述膜固化。将所得的透明均匀溶液倒入PET(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))中至1mm的测量间隙。使配制剂通过暴露到105mW/cm2的UV照射20-180秒而固化。将获得的膜在IPA中浸渍以使未反应的单体浸出，其后将其在水中浸渍。对所得水凝胶膜的平衡水含量、水润湿性、活性物递送、模量和透明度进行评价。
表2.水凝胶膜的配制剂
表3.水凝胶膜的配制剂
表4.水凝胶膜的配制剂
水凝胶膜的水含量
实施例32.水凝胶膜的水含量可通过改变如实施例17-31中所述的单体的组成而控制，其水含量在3-72％变化，如表5中所示。
表5眼镜膜中的百分水含量
接触角测量
实施例33.对于润湿性研究，使用接触角测量对实施例26中0.5mm厚度的膜进行评价。所述测量显示了使用静滴方法的65度接触角。
模量研究
实施例34.对于模量研究，对实施例26的厚度0.8mm和长度30mm的眼镜膜进行检查。应力相对于应变的图表给出0.78MPa的杨氏模量值。
活性物释放的实施例
以下在表6中列出实施例中使用的活性物。
表6.用于递送的活性物
实施例36.马来酸噻吗洛尔在膜吸取时的摄取研究
马来酸噻吗洛尔在实施例26和实施例31的水凝胶膜中随吸取时间的活性物担载量在图1中显示。
实施例37.盐酸莫西沙星一水合物在膜吸取时的摄取研究
盐酸莫西沙星一水合物在实施例26和实施例31的水凝胶膜中随吸取时间的活性物担载量在图2中显示。
实施例38.富马酸酮替芬在膜吸取时的摄取研究
富马酸酮替芬在实施例26和实施例31的水凝胶膜中随吸取时间的活性物担载量在图3中显示。
相较于非官能的水凝胶膜，对于带有官能离子部分的水凝胶膜观察到随着更长的吸取时间更高的药物担载量以及药物摄取的增多。所述水凝胶膜中官能单体与离子药物的离子相互作用表现出更好的对药物的结合。
实施例39.马来酸噻吗洛尔从药物吸取的膜的释放
马来酸噻吗洛尔在实施例26和实施例31的水凝胶膜中在吸取24h之后的活性物担载量在表7中示出。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液替代。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图4中所示。以下在表中列出噻吗洛尔在48h后总的百分数释放。
表7马来酸噻吗洛尔的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 5873 30
实施例31 5730 4
实施例40.盐酸莫西沙星一水合物从药物吸取的膜中的释放
莫西沙星在实施例26和实施例31的水凝胶膜中在吸取24h之后的活性物担载量在表8中示出。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液代替。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图5中所示。以下在表中列出莫西沙星在48h之后总的百分数释放。
表8.盐酸莫西沙星一水合物的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 4756 50
实施例31 1243 26
实施例41.富马酸酮替芬从药物吸取的膜中的释放
酮替芬在实施例26和实施例31的水凝胶膜中在吸取24h之后的活性物担载量在表9中显示。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液代替。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图6中所示。以下在表中列出酮替芬在48h之后总的百分数释放。
表9.富马酸酮替芬的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 4270 16
实施例31 2341 40
实施例42.马来酸噻吗洛尔从分子印迹的膜中的释放
噻吗洛尔在实施例26和实施例31的分子印迹的水凝胶膜中在吸取24h之后的活性物担载量在表10中显示。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液代替。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图7中所示。以下在表中列出噻吗洛尔在48h之后总的百分数释放。
表10.马来酸噻吗洛尔的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 1225 98
实施例31 160 86
实施例43.盐酸莫西沙星一水合物从分子印迹的的膜中的释放
莫西沙星在实施例26和实施例31的水凝胶膜在吸取24h之后的活性物担载量在表11中显示。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液替代。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图8中所示。以下在表中列出莫西沙星在48h之后总的百分数释放。
表11.盐酸莫西沙星一水合物的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 486 100
实施例31 464 100
实施例44.富马酸酮替芬从分子印迹的膜中的释放
酮替芬在实施例26和实施例31的水凝胶膜中在吸取24h之后活性物担载量显示在表12中。通过将药物担载的膜在2ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(pH＝7.4)中浸渍，对药物的释放进行测试。以预定间隔取样0.5ml溶液等分试样并用新鲜溶液代替。使用HPLC技术测量在介质中释放的药物量。计算累积的和其归一化的药物浓度并将其作为相应的取样时间的函数作图，其显示长期(>24小时)的逐步释放，如图9中所示。以下在表中列出酮替芬在48h之后总的百分数释放。
表12.富马酸酮替芬的摄取和百分数释放
实施例 摄取(ppm) ％释放
实施例26 1614 38
实施例31 522 96
从所述药物摄取值来看，十分显然的是，与非官能的水凝胶膜相比，引入有离子单体的水凝胶膜中的药物担载量更高而不损害膜性质。更高的药物担载量使停留时间和在治疗水平内的药物在眼部表面上的生物利用率增加。
以离子形式存在的功能药物可结合到如实施例26中的水凝胶膜中存在的离子部分并以可持续的方式释放所述药物。在泪液中持续的药物浓度与所述膜的担载能力是成正比的。
上面已经描述的内容包括本说明书的实施例。当然，为了描述本说明书的意图，不可能对组分或方法的每一个可想到的组合进行描述，但是本领域普通技术人员可认识到，本说明书的很多另外的组合和排列是可能的。因此，本说明书旨在囊括落在所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、变更和变型。此外，在一定程度上在具体实施方式或权利要求中使用术语“包括(include)”，该术语旨在以类似于术语“包含(comprising)”的方式为包含性的，如“包含”当在权利要求中作为过渡词使用时被解释的那样。
以上描述确认了具有总体上净的中性电荷的经离子改性的有机硅和包括其的组合物和材料的多个非限制性实施方式。对于本领域技术人员和可达成和使用本发明的人员而言，修改可发生。所公开的实施方式仅为了说明性意图并非旨在限制本发明或权利要求书中阐明的主题的范围。

Claims (26)

1.有机硅化合物，其具有式(I)：
其中R1选自化学键，或者任选地包含选自氧、硫或氮的杂原子的包括1至16个碳原子的二价基团；
R2为具有如下通式结构(a)的线型、支化、环状或笼状硅氧烷基部分或者硅烷部分
X1独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团；三甲氧基甲硅烷基；三甲基甲硅烷基氧基；-O[Si(CH3)2O-]n，其中n为选自1至9的整数；(CH3)3Si(CH2)oCH2-，其中o为选自0-3的整数；(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-；或者(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)s-，其中s为选自0-200的整数；
X2独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团；三甲氧基甲硅烷基；三甲基甲硅烷基氧基；-O[Si(CH3)2O-]n，其中n为选自1至9的整数；(CH3)3Si(CH2)oCH2-，其中o为0-3的整数；(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-；或(CH3)3Si(CH2CH2Si(CH3)2O)z-，其中z为选自0-200的整数；或–[OSi(CH3)2]mG1，其中G1为(CH3)3SiO-且m为0至400的整数；或者具有通式(b1)或(b2)的反应性或非反应性有机硅基团：
其中l为选自0-200的整数；和当X2为式(b1)或(b2)时，式(a)中的p为0；
X3和X5独立地选自C1-C6烷基、三甲基甲硅烷氧基、三甲基甲硅烷基氧基、(CH3)3SiCH2CH2-、(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2O-和–OSi(CH3)2，条件是(i)当X1或X6为-O[Si(CH3)2O-]n时，则X3和X5分别为–OSi(CH3)2并且X1与X3形成化学键以及X5与X6形成化学键以相应地形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环，和(ii)当X3和/或X5为-OSi(CH3)2时，则X1和/或X6为-O[Si(CH3)2O-]n并且X1与X3形成化学键和/或X5与X6形成化学键以形成二价的-X1-X3-或X5-X6-基团，其键合到硅原子而形成环状聚硅氧烷环；
其中X1、X2和X3任选地能各自为-O[Si(R7)O-]n并且相互连接而形成如式(b3)中描绘的聚倍半硅氧烷环，和R7独立地选自线型或支化的烷基或芳烷基基团；
X6、X7和X8独立地选自含有1-16个碳原子的线型或支化的烷基基团、烷氧基、三甲基甲硅烷基氧基、或-O[Si(CH3)2O-]n，其中n为选自1至9的整数，以及其中X6和X7、X7和X8、或X6和X8可形成环；
X4为任选的连接用基团，其独立地选自二甲基甲硅烷氧基、-O[Si(CH3)2O-]、或–CH2CH2(CH3)2SiO-部分；
p为选自0-10的整数；
G为在硅氧烷部分和反应性部分之间的桥接单元，其独立地选自线型或支化的烷基基团或碳环基团，且任选地包含杂原子；
A为杂原子；
I为任选地包含杂原子的具有0-200个碳原子的含离子部分，其中所述含离子部分通过抗衡离子抗衡；和
Z为具有通式(c)的聚合性基团：
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基的连接基团。
2.如权利要求1所述的化合物，其中I具有如下式：
------K-L-M(X)w
其中K为二价杂原子，和在一个实施方式中K为氧原子，
L为化学键、或者二价烃自由基，所述二价烃自由基包括可任选地包含杂原子的具有0-50个碳原子的取代或未取代的线型或支化的脂族或芳族烃；
M和X为离子官能团或离子官能团形成化合物，其中M和X为彼此不化学成键的带相反电荷的物种；和
w为0-10。
3.如权利要求2所述的化合物，其中M独立地选自：
X独立地选自季铵化合物，季铵基团形成化合物，阳离子聚合物，选自N、P、As、Sb或Bi的第15族元素，金属，碱金属，碱土金属，过渡金属，稀土金属，或者其两种或更多种的组合；
并且R独立地选自：氢；具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团，其可包含官能团如羟基、酰胺、尿烷、脲、酯、胺、硫醇、二硫化物、醚；以及如下式
其中G1为具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团；
Z1为如下式的反应性或非反应性官能部分
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基的连接基团；和A选自空缺或杂原子；以及R1和R2如权利要求1中所限定并且x为0-10。
4.如权利要求2或3所述的化合物，其中X独立地选自
其中R独立地选自：氢；具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、和脂环族基团，其可包含官能团如羟基、酰胺、尿烷、脲、酯、胺、硫醇、二硫化物、醚；以及式(i)：
其中G1为具有任选的杂原子的具有1-100个碳原子的烷基、芳基、芳烷基和脂环族基团；
Z1为如下式的反应性或非反应性官能部分
其中R14、R15和R16独立地选自氢或具有1-5个碳原子的一价烃自由基；和F为选自具有1-16个碳原子且任选地包含杂原子的脂族、脂环族或芳族烃自由基的连接基团；和A选自空缺或杂原子；以及R1和R2如权利要求1中所限定并且x为0-10。
5.如权利要求2或3所述的化合物，其中X为阳离子聚合物，其选自聚(亚乙基胺)、聚(吡啶)、聚(咪唑鎓)、基于聚丙烯酸根的季铵盐、或者其两种或更多种的组合。
6.如权利要求2所述的化合物，其中K为氧，L为C1-C6二价烃自由基，和M为–C(O)-OH。
7.组合物，其包括(A)凝胶材料和(B)活性物质，其中水凝胶材料(A)由包括如权利要求1-6任一项所述的有机硅化合物的反应混合物形成。
8.如权利要求7所述的组合物，其中形成凝胶材料(A)的所述反应混合物包括有机单体，其选自乙烯基类单体、丙烯酰胺单体、丙烯酸类单体、或者其两种或更多种的组合。
9.如权利要求8所述的组合物，其中(a)所述乙烯基类单体选自N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基-己内酰胺、N-乙烯基-乙酰胺、N-乙烯基-甲酰胺、N-乙烯基-异丙基酰胺、乙烯基苯、乙烯基萘、乙烯基吡啶、乙烯醇、含乙烯基的有机硅、或者其两种或更多种的组合；(b)所述丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEMA)、丙烯酸2-羟基-乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯、甲基丙烯酸甘油酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸类改性的亲水性或疏水性有机硅、或者其两种或更多种的组合。
10.如权利要求7-9任一项所述的组合物，其中形成水凝胶材料(A)的所述反应混合物进一步包括(i)任选的对光化固化条件具有反应性或不具有反应性的活性成分；以及(ii)任选的有机单体、有机大分子单体、反应性聚合物、交联剂、增容剂、染色剂、引发剂、或者其两种或更多种的组合。
11.如权利要求10所述的组合物，其中式(I)的有机硅化合物按所述组合物的约1重量百分比至约99重量百分比的量存在。
12.如权利要求7-11任一项所述的组合物，其中式(I)的有机硅化合物对有机单体的比率为约1：99至99：1。
13.如权利要求7-12任一项所述的组合物，其中所述活性物质(B)选自影响中枢神经系统的试剂、抗过敏试剂、心血管试剂、影响呼吸器官的试剂、影响消化器官的试剂、激素制剂、影响新陈代谢的试剂、抗肿瘤试剂、抗生素制剂、化学治疗剂、抗微生物剂、局部麻醉剂、抗组胺剂、消炎剂、收敛剂、眼用活性试剂、维生素、抗真菌试剂、周围神经麻醉剂、血管舒张剂、生药精华、酊剂、生药粉末、降血压剂、免疫抑制剂、润滑剂、润湿剂、或者其两种或更多种的组合。
14.如权利要求13所述的组合物，其中所述眼用活性药物选自毛果芸香碱、肾上腺素、四环素、苯肾上腺素、毒扁豆碱、依可碘酯、地美溴铵、环喷托酯、后马托品、东莨菪碱、氯四环素、杆菌肽、新霉素、多粘菌素、短杆菌肽、氧四环素、氯霉素、庆大霉素、青霉素、红霉素、卡巴胆碱、磺胺醋酰、多粘菌素B、疱疹净、异氟磷、氟米龙、地塞米松、氢化可的松、醋酸氢化可的松、地塞米松磷酸钠、氟氢松、甲羟松、泼尼松龙、甲基泼尼松龙、泼尼松龙磷酸钠、醋酸泼尼松龙、倍他米松、布洛芬、氟比洛芬、氯克罗孟、双氯芬酸二乙铵、吡罗昔康、甲基泼尼松龙、曲安奈德、马来酸噻吗洛尔、富马酸酮替芬、盐酸莫西沙星一水合物、或者其两种或更多种的组合。
15.凝胶，其由如权利要求7任一项所述的组合物形成。
16.如权利要求16所述的凝胶，其中所述凝胶是膜形式的。
17.水凝胶，其为如权利要求7-14任一项所述的。
18.如权利要求17所述的水凝胶，其中所述水凝胶包含活性成分。
19.如权利要求17或18所述的水凝胶，其是隐形眼镜形式的。
20.隐形眼镜，其包括如权利要求17或18所述的水凝胶。
21.活性物递送体系，其包括如权利要求7-14任一项所述的组合物、如权利要求16所述的凝胶、或如权利要求17所述的水凝胶。
22.如权利要求21所述的活性物递送体系，其中水凝胶材料为水凝胶膜。
23.如权利要求21-22任一项所述的活性物递送体系，其中水凝胶材料是隐形眼镜形式的。
24.隐形眼镜，其包括如权利要求21-23任一项所述的活性物递送体系。
25.医疗器材，其包括布置在其表面上的如权利要求21-23任一项所述的活性物递送体系。
26.如权利要求25所述的医疗器材，其中所述器材选自探针、棒、膜、带、贴片、隐形眼镜或内置物。
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