CN111194218B - 生物可相容材料以及用于制备和使用所述生物可相容材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供包含一种或多种能够形成水凝胶的聚合物的组合物以及用于制备和使用所述组合物的方法。更具体来说，本申请提供包含一种或多种能够形成具有延长的粘膜滞留的水凝胶的聚合物的组合物，以及用于制备和使用所述组合物的方法。

Description

生物可相容材料以及用于制备和使用所述生物可相容材料的 方法
背景技术
用于生物医学应用中的许多聚合物是携带羟基的水溶性聚合物。携带羟基的水溶性聚合物的实例包括：透明质酸(HA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、海藻酸盐、环糊精等。携带羟基的水溶性聚合物通常是无毒的，并且羟基通常允许这些聚合物可溶于水性环境中。然而，携带羟基的水溶性聚合物在单独的情况下通常不对动物细胞或组织具有功能性，并且必须被修饰以展现所需性质。
举例来说，携带羟基的水溶性聚合物可被修饰以用作水凝胶。修饰携带羟基的水溶性聚合物以用于水凝胶中在传统上涉及复杂化学过程和苛刻条件，这可能会是昂贵的并且不适于生物医学应用的。
因此，有需要用经适当修饰的携带羟基的聚合物来产生具有所需性质的水凝胶。
发明内容
本申请提供包含能够形成水凝胶的聚合物(例如生物可相容聚合物)的组合物以及用于制备和使用所述组合物的方法。举例来说，所述组合物可包含一种或多种形成水凝胶的聚合物，所述聚合物在组合物中具有至少3dL/g的特性粘度[η](例如如通过乌别洛特粘度计(Ubbelohde viscometer)所测量)。形成水凝胶的聚合物在组合物中的浓度CT可为至多约5mg/ml。更具体来说，本申请提供包含能够形成软质水凝胶的聚合物(例如生物可相容聚合物)的组合物，以及用于制备和使用所述组合物的方法。根据本申请所形成的水凝胶可具有相对较低的G’(例如具有小于约10.0Pa的G’)，相较于G”是较高的G’(例如G”/G’<1)，同时具有相对较大的屈服应变(例如≥10％)。因此，根据本申请所形成的水凝胶适于在表面上散布。此外，根据本申请所形成的水凝胶可具有自我修复性。本申请的水凝胶可在高剪切速率下具有低粘度(例如具有至多约0.2Pa·s的复数粘度)，这说明仅借助于较小力量，它即可易于遍及表面进行散布。此外，对于低剪切速率，本申请的水凝胶的粘度可以指数方式增加，这说明它在静息时可以是稳定的。此外，本申请的水凝胶可能够在水中自由移动而不溶解，并且即使在延长(例如持续24小时或更久)的时期内浸渍在水中之后也可仍然显示这个性质。
在一个方面，本申请提供一种包含能够形成水凝胶的聚合物的组合物，其中所述聚合物具有约0.1mg/ml至约5mg/ml(例如约0.2mg/ml至约5mg/ml、约0.3mg/ml至约5mg/ml、约0.4mg/ml至约5mg/ml、约0.5mg/ml至约5mg/ml、约0.6mg/ml至约5mg/ml、约0.7mg/ml至约5mg/ml、约0.8mg/ml至约5mg/ml、约0.9mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约4mg/ml、约1.0mg/ml至约3mg/ml、约1.0mg/ml至约2mg/ml、约0.3mg/ml至约0.8mg/ml、约0.3mg/ml至约0.6mg/ml、或约0.3mg/ml至约0.5mg/ml)的浓度C。
在另一方面，本申请提供一种包含一种或多种形成水凝胶的聚合物的组合物，所述聚合物在所述组合物中具有至少3dL/g(例如至少5dL/g、至少8dL/g、至少10dL/g、至少12dL/g、至少15dL/g、至少16dL/g、至少17dL/g、至少18dL/g、至少19dL/g、至少20dL/g、至少25dL/g或更大)的特性粘度[η]，其中所述形成水凝胶的聚合物在所述组合物中的浓度CT是至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)。特性粘度[η]可如通过乌别洛特粘度计所测量。
在另一方面，本申请提供一种包含一种或多种能够形成水凝胶的聚合物的组合物，其中所述一种或多种聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)在所述组合物中的浓度C(例如总浓度)是至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)；并且其中所述一种或多种聚合物中的至少一者在所述组合物中具有至少约3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
在一些实施方案中，一种或多种聚合物中的每一者在组合物中都具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
在一些实施方案中，对于组合物中的聚合物，它的浓度C是浓度C*的约0.8至约5倍(例如约0.8至约4.5倍、约0.8至约4.0倍、约0.8至约3.5倍、约0.8至约3.0倍、约0.8至约2.5倍、约0.8至约2.0倍、约0.8至约1.5倍、约1.0至约1.2倍、约1.8至约2.0倍、或约1.0至约2.0倍)，并且其中C*＝1/([η])，并且所述[η]是所述聚合物的特性粘度。
在一些实施方案中，组合物中的聚合物具有是至少3dL/g(例如至少5dL/g、至少8dL/g、至少10dL/g、至少12dL/g、至少15dL/g、至少16dL/g、至少17dL/g、至少18dL/g、至少19dL/g、至少20dL/g、至少25dL/g或更大)的[η]。
在一些实施方案中，至少一些形成水凝胶的聚合物以形成的水凝胶形式包含在组合物中。
水凝胶可具有以下中的至少一者：
1)不大于约10.0Pa(例如不大于约8.0pa、不大于约7.0pa、不大于约6.0pa、不大于约5.0pa、不大于约4.0pa、不大于约3.0pa、不大于约2.0pa、不大于约1.0pa、不大于约0.8pa、不大于约0.7pa、不大于约0.6pa、不大于约0.5pa或更小)的储能模量G’，如在动态振荡剪切测试中所测量；
2)不大于约10.0Pa(例如不大于约8.0pa、不大于约7.0pa、不大于约6.0pa、不大于约5.0pa、不大于约4.0pa、不大于约3.0pa、不大于约2.0pa、不大于约1.0pa、不大于约0.8pa、不大于约0.7pa、不大于约0.6pa、不大于约0.5pa或更小)的损耗模量G”，如在动态振荡剪切测试中所测量；
3)不大于约0.2Pa·s(例如不大于约0.1Pa·s、不大于约0.08Pa·s、不大于约0.07Pa·s、不大于约0.06Pa·s、不大于约0.05Pa·s、或不大于约0.04Pa·s)的复数粘度，如在动态振荡剪切测试中在小于约100rad/s(例如小于约90rad/s、小于约80rad/s、小于约70rad/s、小于约50rad/s、小于约40rad/s、小于约30rad/s、小于约20rad/s、小于约10rad/s或更小)的频率下所测量；
4)至少约10％(例如至少约10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.2％或0.1％)的屈服应变，如在动态振荡应变扫描测试中所测量。
在一些实施方案中，水凝胶具有不大于其储能模量G’的约100％的损耗模量G”，如在动态振荡剪切测试中所测量。
在一些实施方案中，聚合物是亲水性的和/或水溶性的。
在一些实施方案中，聚合物选自由以下组成的组：多糖(polysaccharide)、聚(丙烯酸)(poly(acrylic acid))、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(a poly(hydroxyethylmethacrylate))、弹性蛋白(elastin)、胶原(collagen)、其衍生物及其任何组合。举例来说，聚合物选自由以下组成的组：聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、其衍生物及其任何组合。
在一些实施方案中，聚合物选自由以下组成的组：透明质酸(hyaluronic acid)、瓜尔胶(guar gum)、淀粉(starch)、壳聚糖(chitosan)、硫酸软骨素(chondroitinsulfate)、海藻酸盐(alginate)、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose)、其衍生物及其任何组合。举例来说，聚合物选自由以下组成的组：透明质酸、瓜尔胶、海藻酸盐、羧甲基纤维素、其衍生物及其任何组合。
在一些实施方案中，聚合物选自由以下组成的组：透明质酸、其衍生物及其任何组合。
在一些实施方案中，聚合物用一种或多种选自由以下组成的下组的修饰形式加以修饰(例如聚合物衍生物)：丙烯酸酯(acrylate)、顺丁烯二酰亚胺(maleimide)、乙烯基砜(vinylsulfone)、N-羟基丁二酰亚胺(N-hydroxysuccinimide)、醛(aldehyde)、酮(ketone)、碳二亚胺(carbodiimide)、碳酸酯(carbonate)、碘乙酰基(iodoacetyl)、巯基烟酰胺(mercaptonicotinamide)、醌(quinone)、硫醇(thiol)、胺(amine)及其任何组合。举例来说，聚合物用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰：顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
举例来说，聚合物可包含用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰的衍生物：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。举例来说，聚合物可包含用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰的衍生物：顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
衍生物可具有约3％至约50％(例如约4％至约45％、约5％至约40％、约6％至约40％、约7％至约40％、约8％至约39％、约8％至约38％、约8％至约35％、约9％至约32％、约8％至约30％、约10％至约30％、约12％至约30％、约13％至约30％、约14％至约30％、约15％至约35％、或约15％至约30％)的平均修饰程度(DM)。
在一些实施方案中，聚合物包含至少：第一聚合物群体，所述第一聚合物群体包含用第一修饰形式加以修饰的聚合物；以及第二聚合物群体，所述第二聚合物群体包含用第二改性形式加以改性的聚合物，其中所述第一修饰形式不同于所述第二修饰形式，并且其中所述第一聚合物群体的聚合物与所述第二聚合物群体的聚合物反应以形成水凝胶。在一些实施方案中，包含在第一聚合物群体中的聚合物与包含在第二聚合物群体中的聚合物之间的比率是约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)。在一些实施方案中，包含在第一聚合物群体中的聚合物与包含在第二聚合物群体中的聚合物之间的比率是约3:1至约1:3。举例来说，包含在第一聚合物群体中的聚合物与包含在第二聚合物群体中的聚合物之间的比率可为约2:1至约1:2。
比率可为质量比率、摩尔比率、体积比率和/或DM比率。举例来说，比率可为约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。DM比率是指第一聚合物群体的聚合物的平均DM与第二聚合物群体的聚合物的平均DM之间的比率。
在一些实施方案中，组合物包含至少第一聚合物衍生物和第二聚合物衍生物，其中所述第一聚合物衍生物包含第一修饰形式，并且所述第二聚合物衍生物包含第二修饰形式，所述第一修饰形式不同于所述第二修饰形式，并且所述第一聚合物衍生物能够与所述第二聚合物衍生物反应以形成水凝胶。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的质量比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的摩尔比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的体积比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
在一些实施方案中，第一聚合物衍生物具有第一DM(DM1)，第二聚合物衍生物具有第二DM(DM2)，并且所述第一DM(DM1)与所述第二DM(DM2)之间的比率是约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
在一些实施方案中，第一修饰形式和第二修饰形式独立地选自由以下组成的组：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
在一些实施方案中，第一修饰形式和第二修饰形式独立地选自由以下组成的组：顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
在一些实施方案中，聚合物是透明质酸，第一聚合物群体包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸，第二聚合物群体包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸，并且其中第一聚合物群体的聚合物能够与第二聚合物群体的聚合物反应以形成水凝胶。
举例来说，一种或多种聚合物可为透明质酸衍生物，第一聚合物衍生物可为用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸，第二聚合物衍生物可为用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸，并且其中第一聚合物衍生物能够与第二聚合物衍生物反应以形成水凝胶。
在一些实施方案中，聚合物具有约100,000至约5,000,000道尔顿(dalton)(例如约120,000至约5,000,000道尔顿、约200,000至约5,000,000道尔顿、约300,000至约5,000,000道尔顿、约400,000至约5,000,000道尔顿、约500,000至约5,000,000道尔顿、约600,000至约5,000,000道尔顿、约670,000至约5,000,000道尔顿、约1,000,000至约5,000,000道尔顿、约1,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约5,000,000道尔顿、约2,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,600,000至约5,000,000道尔顿、约3,000,000至约5,000,000道尔顿、约3,500,000至约5,000,000道尔顿、约3,600,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约4,000,000道尔顿、约2,500,000至约3,500,000道尔顿、约2,600,000至约3,600,000道尔顿、约1,000,000至约2,600,000道尔顿、约800,000至约2,600,000道尔顿、约700,000至约2,500,000道尔顿、约670,000至约2,600,000道尔顿、或约600,000至约2,500,000道尔顿)的平均分子量。
在一些实施方案中，聚合物包含具有修饰形式的聚合物(聚合物衍生物)，所述具有修饰形式的聚合物可具有约3％至约50％(约4％至约45％、约5％至约40％、约6％至约40％、约7％至约40％、约8％至约39％、约8％至约38％、约8％至约35％、约9％至约32％、约8％至约30％、约10％至约30％、约12％至约30％、约13％至约30％、约14％至约30％、约15％至约35％、或约15％至约30％)的平均修饰程度。
在一些实施方案中，组合物进一步包含交联剂(例如不同于组合物中的聚合物的交联剂)。交联剂可为小分子交联剂、大分子交联剂或其任何组合。
举例来说，交联剂可为包含含有选自以下的基团的分子的小分子交联剂：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
在一些实施方案中，交联剂是包含含有选自以下的基团的大分子的大分子交联剂：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其组合。
在一些实施方案中，交联剂选自由以下组成的组：二硫苏糖醇(dithiothreitol)、二半胱氨酸(di-cysteine)、PEG-二硫醇(PEG-dithiol)、4臂PEG硫醇或8臂PEG硫醇(4or8arm-PEG thiol)、二乙烯基砜(divinyl sulfone)、双(乙烯基磺酰基)甲烷(Bis(vinylsulfonyl)methane)、PEG-VS和4臂PEGVS或8臂PEGVS(4or 8arm-PEGVS)。
在一些实施方案中，聚合物用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰，并且交联剂是含硫醇分子。举例来说，交联剂可选自由以下组成的组：二硫苏糖醇、二半胱氨酸、PEG-二硫醇和4臂PEG硫醇或8臂PEG硫醇。
在一些实施方案中，聚合物用一个或多个硫醇基团加以修饰，并且交联剂是含乙烯基砜的分子。举例来说，交联剂选自由以下组成的组：二乙烯基砜、双(乙烯基磺酰基)甲烷、PEG-VS和4臂PEGVS或8臂PEGVS。
在一些实施方案中，组合物不包含不同于组合物中的聚合物的任何交联剂。举例来说，组合物不包含小分子交联剂或基于PEG的交联剂。
在一些实施方案中，除本申请的聚合物之外，组合物不包含任何额外交联剂。
在一些实施方案中，组合物包含缓冲液。缓冲液可为磷酸盐缓冲液。
在一些实施方案中，组合物具有约3.5至约9.0(例如约4.0至约9.0、约4.5至约9.0、约5.0至约9.0、约5.5至约9.0、约6.0至约9.0、约6.5至约9.0、约7.0至约9.0、约7.5至约9.0、约8.0至约9.0、约8.5至约9.0、约7.0至约7.8、或约7.4)的pH。
在另一方面，本申请涉及一种由本申请的组合物形成的水凝胶。
在一些实施方案中，水凝胶是生物可相容的。
在一些实施方案中，水凝胶具有不大于约10.0Pa(例如不大于约8.0pa、不大于约7.0pa、不大于约6.0pa、不大于约5.0pa、不大于约4.0pa、不大于约3.0pa、不大于约2.0pa、不大于约1.0pa、不大于约0.8pa、不大于约0.7pa、不大于约0.6pa、不大于约0.5pa或更小)的储能模量G’，如在动态振荡剪切测试中所测量。
在一些实施方案中，水凝胶具有不大于其储能模量G’的约100％(例如不大于约90％、不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约55％、不大于约50％、不大于约45％、不大于约40％、不大于约35％、不大于约30％、不大于约25％、或不大于约20％)的损耗模量G”，如在动态振荡剪切测试中所测量。
在一些实施方案中，水凝胶具有不大于约0.2Pa·s(例如不大于约0.1Pa·s、不大于约0.08Pa·s、不大于约0.07Pa·s、不大于约0.06Pa·s、不大于约0.05Pa·s、或不大于约0.04Pa·s)的复数粘度，如在动态振荡剪切测试中在大于约100rad/s的频率下所测量。
在一些实施方案中，水凝胶具有至少约10％(例如至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约100％、至少约110％或更高)的屈服应变，如在动态振荡应变扫描测试中所测量。
在另一方面，本申请涉及一种用于产生水凝胶(诸如本申请的水凝胶)的方法。所述方法可包括：a)提供本申请的组合物；以及使所述组合物经受能够形成所述水凝胶的条件。
在一些实施方案中，所述经受包括在约30℃至约45℃下(例如在约32℃至约40℃下，在约35℃至约40℃下，诸如在约37℃下)孵育组合物。
在一些实施方案中，方法可包括：1)在水中制备第一聚合物群体和第二聚合物群体(例如所述第一聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的具有约2,600,000道尔顿的分子量和约30％的修饰程度的透明质酸；并且所述第二聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的具有约2,600,000道尔顿的分子量和约30％的修饰程度的透明质酸)，将pH调整至约7.4(例如通过添加缓冲溶液)；2)使所述第一聚合物群体的聚合物与所述第二聚合物群体的那些聚合物在约1:1的比率(例如质量比率)下混合，所述聚合物的浓度C(例如总浓度)是约0.3-0.5mg/ml；和3)在约37℃下孵育混合物约24小时。
在一些实施方案中，方法可包括：1)在水中制备第一聚合物群体和第二聚合物群体(例如所述第一聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的具有约2,600,000道尔顿的分子量和约8％的修饰程度的透明质酸；并且所述第二聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的具有约2,600,000道尔顿的分子量和约8％的修饰程度的透明质酸)，将pH调整至约7.4(例如通过添加缓冲溶液)；2)使所述第一聚合物群体的聚合物与所述第二聚合物群体的那些聚合物在约1:1的比率(例如质量比率)下混合，所述聚合物的浓度(例如总浓度)C是约0.3-0.5mg/ml；和3)在约37℃下孵育混合物约24小时。
本申请的额外方面和优势将根据以下详细描述而变得为本领域技术人员显而易见，其中显示和描述本申请的仅具有说明性的实施方案。如将认识到，本申请能够具有其他和不同实施方案，并且它的若干细节能够在各个明显方面在全都不脱离本申请的情况下进行修改。因此，附图和描述在性质上应被视为具有说明性而非限制性。
以引用的方式并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都以引用的方式并入本文，所述引用的程度就好像已特定地和个别地指示将各个别出版物、专利或专利申请以引用的方式并入一样。
附图说明
本发明的新型特征特定地阐述于随附权利要求中。对本发明的特征和优势的更充分了解将通过参照阐述其中采用本发明的原理的说明性实施方案的以下详细描述以及附图(在本文中也表示为“图”)来获得，在所述附图中：
图1说明HA-VS聚合物的合成；
图2说明HA-SH聚合物的合成；
图3说明本申请的水凝胶的合成；
图4说明本申请的水凝胶的模量；
图5说明本申请的水凝胶的模量；
图6A和图6B说明本申请的水凝胶的模量和复数粘度；
图7A和图7B说明本申请的水凝胶的应变扫描测试和频率扫描测试；
图8A和图8B说明本申请的水凝胶的应变扫描测试和频率扫描测试；
图9A-图9D提供说明水凝胶的机械性质的一个实例。
具体实施方式
尽管本文已显示和描述本发明的各种实施方案，但将对本领域技术人员明显的是所述实施方案仅通过举例方式来提供。在不脱离本发明的情况下，众多改变、变化和替代可为本领域技术人员所想到。应了解可采用本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案。
如本文所用的术语“生物可相容的”或“生物相容性”通常是指由于无毒、无害或不具有生理反应性和/或不导致免疫排斥而可与活体组织或活体系统相容的情况。
如本文所用的术语“聚合物”通常是指通过聚合来形成，并且基本上由重复结构单元组成的化合物或化合物的混合物。
如本文所用的术语“水凝胶”通常是指包含一种或多种混悬于水溶液(例如水)中的聚合物的凝胶或凝胶样结构。
如本文所用的术语“粘度”通常是指在流体或半流体的情况下阻止流动的性质。
如本文所用的术语“特性粘度”通常是指物质(例如聚合物)对系统(例如溶液)的粘度的贡献的量度。在本申请中，特性粘度[η]可通过乌别洛特粘度计或差示粘度计来测量。或者，特性粘度[η]可根据特性粘度与分子量之间的建立关系，由马克–霍温克(Mark–Houwink)方程计算。
如本文所用的术语“形成水凝胶的聚合物”通常是指参与形成水凝胶的聚合物。它可为能够形成水凝胶的天然存在的聚合物或合成聚合物。形成水凝胶的聚合物可包括促进水凝胶形成的聚合物。在一些实施方案中，形成水凝胶的聚合物不包括不能够参与水凝胶形成的聚合物，和/或不能形成水凝胶的聚合物，即使所述聚合物存在于本申请的组合物中。在一些情况下，形成水凝胶的聚合物也可被称为“骨架聚合物”。
如本文所用的术语“CT”通常是指一种或多种聚合物在组合物中的总浓度。举例来说，形成水凝胶的聚合物的CT可以指正在形成和/或已经形成本申请的水凝胶的聚合物的总浓度。举例来说，它可指存在于本申请的组合物中的形成水凝胶的聚合物的总浓度。在一些情况下，本申请的组合物可包含已形成水凝胶的形成水凝胶的聚合物，和/或尚未并入水凝胶中的形成水凝胶的聚合物，并且形成水凝胶的聚合物的CT可指存在于组合物中的形成水凝胶的聚合物(例如包括已并入水凝胶中的聚合物与尚未并入的那些聚合物两者)的总浓度。在另一实例中，具有至少3dL/g的特性粘度[η]的形成水凝胶的聚合物的CT可指具有至少3dL/g的特性粘度[η]的形成水凝胶的聚合物的总浓度。
如本文所用的术语“储能模量”通常表示如所测量的代表弹性部分的储存能量。
如本文所用的术语“实质上的”通常是指超过最小量或不显著量；并且“实质上地”通常是指超过最小程度或不显著程度。如本文所用的术语“……的实质性部分”通常是指某一对象的一部分的量、数量、序列、长度、浓度等是相应对象的整个量、数量、序列、长度、浓度等的至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％。
如本文所用的术语“荧光剂”或“荧光部分”通常是指能够在可检测范围内展现荧光的物质或其一部分。适用作可检测标记的示例性可检测部分可包括例如亲和标签和荧光蛋白。
如本文所用的术语“基本上由……组成”通常是指实质性部分由所指示组分或成分制得。
如本文所用的术语“损耗模量G””通常是指如所测量的代表粘性部分的损失能量。
如本文所用的术语“屈服应变”通常是指材料开始塑性变形所处的应变，而屈服点是非线性(弹性和塑性)变形开始所处的点。在屈服点之前，材料将进行弹性变形，并且将在移除所施加应力时恢复它的原始形状。
如本文所用的术语“亲水性”通常是指对水具有亲和力，能够吸水，或由水湿润。亲水性分子或分子的亲水性部分是其与水和其他极性物质的相互作用相比于它们与油或其他疏水性溶剂的相互作用在热力学上更加有利的分子或分子的部分。
如本文所用的术语“平均修饰程度(DM)”通常是指聚合物中具有侧基的重复单元的百分比。DM可反映形成水凝胶的聚合物衍生物的修饰程度。
如本文所用的术语“交联剂”通常是指以键合方式来使一个聚合物链连接于另一聚合物链的试剂。交联剂可通过共价键或非共价键来实现交联。“聚合物链”可指合成聚合物或天然聚合物(诸如蛋白质)。在聚合物化学中，当合成聚合物是待“交联”的聚合物时，这通常意味着所述聚合物的整个主体已暴露于交联方法。对机械性质的所得修饰强烈取决于交联密度。交联可通过由热、压力、pH变化或辐射引发的化学反应来形成。
当在数值的情形下使用时，术语“约”通常是指高于或低于指示值的小于1％至15％(例如小于1％、小于2％、小于3％、小于4％、小于5％、小于6％、小于7％、小于8％、小于9％、小于10％、小于11％、小于12％、小于13％、小于14％或小于15％)的值。
如本文所用的术语“软质水凝胶”通常是指具有相对较低的G’(例如<1或约1Pa)和/或相较于G”是较高的G’(例如G”/G’<1)，同时具有相对较大的屈服应变(例如≥10％、≥20％、≥50％、≥70％或甚至≥100％)的水凝胶。举例来说，软质水凝胶可尤其适于在表面上散布。
当提供值的范围(例如数值范围)时，应了解除非上下文另外明确规定，否则在那个范围的上限与下限之间的达到下限单位的十分之一的各间插值以及在那个陈述范围内的任何其他陈述值或间插值都涵盖在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，并且也涵盖在本发明内，服从于陈述范围内的任何明确排除的限值。当陈述范围包括一个或两个限值时，排除那些所包括限值中的任一者或两者的范围也包括在本发明中。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有与由本发明所属领域中的普通技术人员通常理解相同的含义。尽管与本文所述的那些方法和材料类似或等效的任何方法和材料也都可用于实施或测试本发明，但现时描述优选方法和材料。本文提及的所有出版物都以引用的方式并入本文以对引用所述出版物所关联的方法和/或材料进行申请和描述。
如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个(种)”和“这个(种)”包括复数个(种)指示物。因此，举例来说，提及“一个(种)粒子”包括复数个(种)所述粒子，并且提及“这个(种)序列”包括提及一个(种)或多个(种)所述序列及其为本领域技术人员所知的等效物，诸如此类。
如将由本领域技术人员在阅读本发明后所了解，本文描述和说明的各个别实施方案都具有离散组成部分和特征，所述组成部分和特征在不脱离本发明的范围或精神下可易于与其他若干实施方案中的任一者的特征加以分开或组合。任何叙述的方法都可以叙述的事件顺序或以在逻辑上可能的任何其他顺序进行。这意图为所有所述组合提供支持。
本申请提供包含能够形成水凝胶的聚合物的组合物以及用于制备和使用所述组合物的方法。举例来说，组合物可包含一种或多种形成水凝胶的聚合物，所述聚合物在组合物中具有至少3dL/g的特性粘度[η](例如如通过乌别洛特粘度计所测量)。形成水凝胶的聚合物在组合物中的浓度CT可为至多约5mg/ml。更具体来说，本申请提供包含能够形成软质水凝胶的聚合物的组合物以及用于制备和使用所述组合物的方法。
在一个方面，本申请提供一种包含能够形成水凝胶的聚合物的组合物，诸如一种包含一种或多种能够形成水凝胶的聚合物的组合物。组合物中的聚合物或一种或多种聚合物可具有至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)的浓度C。举例来说，组合物中的聚合物或一种或多种聚合物可具有约0.05mg/ml至约5mg/ml(例如约0.1mg/ml至约5mg/ml、约0.2mg/ml至约5mg/ml、约0.3mg/ml至约5mg/ml、约0.4mg/ml至约5mg/ml、约0.5mg/ml至约5mg/ml、约0.6mg/ml至约5mg/ml、约0.7mg/ml至约5mg/ml、约0.8mg/ml至约5mg/ml、约0.9mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约4mg/ml、约1.0mg/ml至约3mg/ml、约1.0mg/ml至约2mg/ml、约0.3mg/ml至约0.8mg/ml、约0.3mg/ml至约0.6mg/ml、或约0.3mg/ml至约0.5mg/ml)的浓度C。
在另一方面，本申请提供一种包含一种或多种形成水凝胶的聚合物的组合物。所述形成水凝胶的聚合物在组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。举例来说，如通过乌别洛特粘度计所测量。在一些实施方案中，特性粘度[η]通过差示粘度计来测量。或者，特性粘度[η]可根据特性粘度与分子量之间的建立关系，由马克–霍温克方程计算。
形成水凝胶的聚合物(例如具有至少3dL/g的特性粘度[η]的那些形成水凝胶的聚合物)在组合物中的总浓度是CT。CT可为至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)。举例来说，CT可为约0.05mg/ml至约5mg/ml(例如约0.1mg/ml至约5mg/ml、约0.2mg/ml至约5mg/ml、约0.3mg/ml至约5mg/ml、约0.4mg/ml至约5mg/ml、约0.5mg/ml至约5mg/ml、约0.6mg/ml至约5mg/ml、约0.7mg/ml至约5mg/ml、约0.8mg/ml至约5mg/ml、约0.9mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约4mg/ml、约1.0mg/ml至约3mg/ml、约1.0mg/ml至约2mg/ml、约0.3mg/ml至约0.8mg/ml、约0.3mg/ml至约0.6mg/ml、或约0.3mg/ml至约0.5mg/ml)。
在一些情况下，组合物中的聚合物、一种或多种聚合物、或形成水凝胶的聚合物可具有约0.01％(w/v)至约4％(w/v)，例如约0.02％(w/v)至约4％(w/v)、约0.03％(w/v)至约4％(w/v)、约0.04％(w/v)至约4％(w/v)、约0.05％(w/v)至约4％(w/v)、约0.06％(w/v)至约4％(w/v)、约0.07％(w/v)至约4％(w/v)、约0.08％(w/v)至约4％(w/v)、约0.09％(w/v)至约4％(w/v)、约0.1％(w/v)至约4％(w/v)、约0.11％(w/v)至约4％(w/v)、约0.12％(w/v)至约4％(w/v)、约0.13％(w/v)至约4％(w/v)、约0.14％(w/v)至约4％(w/v)、约0.15％(w/v)至约4％(w/v)、约0.2％(w/v)至约4％(w/v)、约0.25％(w/v)至约4％(w/v)、约0.3％(w/v)至约4％(w/v)、约0.4％(w/v)至约4％(w/v)、约0.5％(w/v)至约4％(w/v)、约0.6％(w/v)至约4％(w/v)、约0.7％(w/v)至约4％(w/v)、约0.8％(w/v)至约4％(w/v)、约0.9％(w/v)至约4％(w/v)、约1％(w/v)至约4％(w/v)、约2％(w/v)至约4％(w/v)、约3％(w/v)至约4％(w/v)、或约3.5％(w/v)至约4％(w/v)的浓度C。
聚合物、一种或多种聚合物中的至少一者、或形成水凝胶的聚合物在组合物中可具有至少约3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
在一些情况下，一种或多种聚合物中的每一者或形成水凝胶的聚合物在组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
举例来说，当组合物中存在仅一个种类的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)时，这个聚合物在组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。当组合物中存在两个或更多个种类的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)时，它们中的一者或多者或甚至它们中的每一者在组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
对于组合物中的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)，它的浓度C可为浓度C*的约0.8至约5倍(例如约0.8至约4.5倍、约0.8-约4.0倍、约0.8-约3.5倍、约0.8-约3.0倍、约0.8-约2.5倍、约0.8-约2.0倍、约0.8至约1.5倍、或约1.0至约1.2倍)，其中C*＝1/([η])，并且[η]是所述聚合物的特性粘度。
举例来说，当组合物中存在两个或更多个种类的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)时，它们在组合物中的总浓度可为CT，而各个种类的聚合物可具有浓度C。一个种类的聚合物的浓度C可不同于另一种类的聚合物的浓度C。对于各个种类的聚合物，它的浓度C可为浓度C*的约0.8至约5倍(例如约0.8至约4.5倍、约0.8-约4.0倍、约0.8-约3.5倍、约0.8-约3.0倍、约0.8-约2.5倍、约0.8-约2.0倍、约0.8至约1.5倍、或约1.0至约1.2倍)，其中C*＝1/([η])，并且[η]是所述聚合物的特性粘度。
在一些情况下，形成水凝胶的聚合物(例如在组合物中具有至少3dL/g的特性粘度[η]的形成水凝胶的聚合物)的总浓度CT可为至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)。举例来说，具有至少3dL/g的特性粘度[η]的那些形成水凝胶的聚合物的总浓度CT可为约0.05mg/ml至约5mg/ml(例如约0.1mg/ml至约5mg/ml、约0.2mg/ml至约5mg/ml、约0.3mg/ml至约5mg/ml、约0.4mg/ml至约5mg/ml、约0.5mg/ml至约5mg/ml、约0.6mg/ml至约5mg/ml、约0.7mg/ml至约5mg/ml、约0.8mg/ml至约5mg/ml、约0.9mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约4mg/ml、约1.0mg/ml至约3mg/ml、约1.0mg/ml至约2mg/ml、约0.3mg/ml至约0.8mg/ml、约0.3mg/ml至约0.6mg/ml、或约0.3mg/ml至约0.5mg/ml)。
组合物可具有约3.5至约9.0(例如约4.0至约9.0、约4.5至约9.0、约5.0至约9.0、约5.5至约9.0、约6.0至约9.0、约6.5至约9.0、约7.0至约9.0、约7.5至约9.0、约8.0至约9.0、约8.5至约9.0、约7.0至约7.8、或约7.4)的pH。
在另一方面，本申请提供一种由本申请的组合物形成的水凝胶。所述水凝胶可为生物可相容的。
在一些情况下，初始，组合物中的形成水凝胶的聚合物可以非交联形式存在(例如水凝胶尚未形成)，并且在某一处理之后(例如在例如37℃下孵育某一时期例如12小时或更久之后)，一些形成水凝胶的聚合物可加以化学和/或物理交联以形成水凝胶。在某些实施方案中，几乎所有形成水凝胶的聚合物都加以化学和/或物理交联以形成水凝胶。
因此，在一些情况下，组合物可包含已形成的水凝胶。在所述情况下，至少一些形成水凝胶的聚合物以形成的水凝胶形式包含在组合物中。举例来说，组合物中的形成水凝胶的聚合物可包含已形成水凝胶的聚合物，与尚未并入水凝胶中，但能够在某些反应条件下(例如在37℃下孵育一段时期例如12小时之后)形成水凝胶的聚合物两者。在所述情况下，已包含在水凝胶中的形成水凝胶的聚合物与尚未并入水凝胶中的那些形成水凝胶的聚合物两者的总浓度CT可为至多约5mg/ml。
在一些情况下，组合物中几乎所有形成水凝胶的聚合物都可已形成水凝胶(例如通过化学和/或物理交联)。
本申请的水凝胶可具有一种或多种特定特性/性质。
举例来说，本申请的水凝胶可具有不大于约10.0Pa(例如不大于约8.0pa、不大于约7.0pa、不大于约6.0pa、不大于约5.0pa、不大于约4.0pa、不大于约3.0pa、不大于约2.0pa、不大于约1.0pa、不大于约0.8pa、不大于约0.7pa、不大于约0.6pa、不大于约0.5pa或更小)的储能模量G’，如在动态振荡剪切测试中所测量。
本申请的水凝胶可具有是它的储能模量G’的不大于约100％(例如不大于约90％、不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约55％、不大于约50％、不大于约45％、不大于约40％、不大于约35％、不大于约30％、不大于约25％、或不大于约20％)的损耗模量G”，如在动态振荡剪切测试中所测量。
本申请的水凝胶可具有至多约0.2Pa·s(例如不大于约0.1Pa·s、不大于约0.08Pa·s、不大于约0.07Pa·s、不大于约0.06Pa·s、不大于约0.05Pa·s、或不大于约0.04Pa·s)的复数粘度，如在动态振荡剪切测试中在小于约100rad/s(例如小于约90rad/s、小于约80rad/s、小于约70rad/s、小于约50rad/s、小于约40rad/s、小于约30rad/s、小于约20rad/s、小于约10rad/s或更小)的频率下所测量。
本申请的水凝胶可具有至少约10％(例如至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约100％、至少约110％或更高)的屈服应变，如在动态振荡应变扫描测试中所测量。
举例来说，在动态振荡剪切测试中，可将正弦力(例如应力)施加于材料，并且可测量所引起的位移(应变)。对于完全弹性固体，所引起的应变和应力可完全同相。对于纯粘性流体，应变关于应力可存在90度相位滞后。具有介于之间的特性的粘弹性聚合物在测试期间可具有相位滞后，并且可相应地计算储能模量。
动态机械分析器(DMA)可用于测量储能模量，并且可用于动态振荡剪切测试中。在另一实例中，DMA分析器可包括位移传感器(诸如线性可变差动变压器)，所述位移传感器可测量由于仪器探头穿过磁芯进行移动所致的电压变化。DMA分析器可进一步包括温度控制系统或炉体、驱动马达(例如用于探头负载的线性马达，所述线性马达可提供所施加力的负载)、用以充当力从马达到达样品的向导的驱动轴支撑和引导系统、以及一个或多个用以固持所测试样品的样品夹。
可使用不同类型的DMA分析器。举例来说，可使用强迫共振分析器或自由共振分析器。自由共振分析器可通过将样品进行悬吊和摇摆来测量所测试样品的自由阻尼振荡。强迫共振分析器可强迫样品在某一频率下振荡，并且可可靠用于进行温度扫描。分析器可被制造来用于应力(力)控制与应变(位移)控制两者。举例来说，在应变控制的情况下，探头可被移位，并且样品的所得应力可通过应用力平衡换能器来测量，所述力平衡换能器可利用不同轴。在应力控制的情况下，可施加固定力，并且可改变若干其他实验条件(温度、频率或时间)。应力和应变可通过扭转分析器或轴向分析器来施加。在扭转分析器的情况下，力以扭转运动来施加。轴向分析器可用于弯曲、拉伸和/或压缩测试。
多种测试模式可用于探测聚合物的粘弹性质，所述测试模式诸如温度扫描测试(temperature sweeping testing)、频率扫描测试(frequency sweeping testing)、动力应力-应变测试(dynamic stress-strain testing)或其组合。举例来说，在动力应力-应变测试中，通过逐渐增加振荡幅度，可进行动力应力-应变测量。储能模量和损耗模量随应力递增而发生的变化可用于进行材料表征，以及用于确定材料的线性应力-应变状态的上界。
多种机械性质可通过DMA来测定。这些性质包括储能模量(G’)、损耗模量(G”)、复数模量(G*)、损耗角(loss angle)(tan(δ))、复数粘度(η*)、它的同相(in phase)(η’)和异相(out of phase)分量(η”)、复数柔量(complex compliance)(J*)、储能柔量(storagecompliance)(J’)、损耗柔量(loss compliance)(J”)等。
在另一方面，本申请提供一种用于产生水凝胶(例如本申请的水凝胶)的方法。方法可包括提供组合物(例如包含一种或多种本申请的聚合物的组合物)；以及使所述组合物经受使得能够形成水凝胶(例如使得聚合物能够交联以形成水凝胶)的条件。举例来说，条件可包括在约30℃至约45℃下，例如在约32℃至约40℃下，在约35℃至约40℃下，诸如在约37℃下孵育组合物。
方法可进一步包括在缓冲液中制备如本申请中定义的聚合物以形成聚合物溶液。溶液可包含一个或多个种类的聚合物。聚合物溶液中的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可具有至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)的总浓度CT。
举例来说，聚合物溶液中的形成水凝胶的聚合物可具有约0.1mg/ml至约5mg/ml(例如约0.2mg/ml至约5mg/ml、约0.3mg/ml至约5mg/ml、约0.4mg/ml至约5mg/ml、约0.5mg/ml至约5mg/ml、约0.6mg/ml至约5mg/ml、约0.7mg/ml至约5mg/ml、约0.8mg/ml至约5mg/ml、约0.9mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约5mg/ml、约1.0mg/ml至约4mg/ml、约1.0mg/ml至约3mg/ml、约1.0mg/ml至约2mg/ml、约0.3mg/ml至约0.8mg/ml、约0.3mg/ml至约0.6mg/ml、或约0.3mg/ml至约0.5mg/ml)的总浓度CT。
在一些情况下，形成水凝胶的聚合物的总浓度CT可为约0.3-0.5mg/ml或更小。
在一些情况下，方法可包括使溶液中的聚合物交联以产生水凝胶。举例来说，使得能够形成水凝胶的条件也可使得溶液中的聚合物能够交联。
缓冲液可为水溶液，并且可包含水和适用于调整所述水溶液的pH或缓冲能力的适当盐。在一些实施方案中，缓冲液包括磷酸盐缓冲液，诸如磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
因此，本申请的组合物可进一步包含缓冲液，诸如磷酸盐缓冲液，例如磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
在本申请的一方法中，聚合物溶液可具有约3.5至约9.0(例如约4.0至约9.0、约4.5至约9.0、约5.0至约9.0、约5.5至约9.0、约6.0至约9.0、约6.5至约9.0、约7.0至约9.0、约7.5至约9.0、约8.0至约9.0、约8.5至约9.0、约7.0至约7.8、或约7.4)的pH。
在一些情况下，聚合物溶液可具有约6至10(诸如约6.5至10、约7至10、约7.1至10、约7.2至10、约7.3至10、约7.4至10、约7.5至10、约7.6至10、约7.7至10、约7.8至10、约7.9至10、约8.0至10、约8.5至10、约9至10、或约9.5至10)的pH。在一些实施方案中，聚合物溶液具有约7-8，诸如约7.4的pH。
在本申请的一方法中，交联可包括在约20℃至约50℃、约25℃至约50℃、约30℃至约50℃、约31℃至约50℃、约32℃至约50℃、约33℃至约50℃、约34℃至约50℃、约35℃至约50℃、约36℃至约50℃、约37℃至约50℃、约38℃至约50℃、约39℃至约50℃、约40℃至约50℃、或约45℃至约50℃下孵育聚合物溶液。在一些实施方案中，交联包括在约30℃至约40℃，例如约35℃至约39℃的温度下，诸如在约37℃下孵育聚合物溶液。
在本申请的一方法中，交联可包括孵育聚合物溶液至少约1小时，例如至少约2小时、至少约3小时、至少约4小时、至少约5小时、至少约6小时、至少约7小时、至少约8小时、至少约9小时、至少约9.5小时、至少约10小时、至少约10.5小时、至少约11小时、至少约12小时、至少约13小时、至少约14小时、至少约15小时、至少约16小时、至少约17小时、至少约18小时、至少约19小时、至少约20小时、至少约24小时或更久。
举例来说，在本申请的一方法中，交联可包括在约30℃至约40℃(例如约35℃至约39℃，诸如在约37℃下)的温度下孵育聚合物溶液至少5小时(例如至少约10小时或更久，诸如约24小时或更久)。
举例来说，方法可包括：1)在水中制备第一聚合物群体(或第一聚合物衍生物)和第二聚合物群体(或第二聚合物衍生物)(例如所述第一聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸；并且所述第二聚合物群体中的聚合物可包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸)，调整pH(例如通过添加缓冲溶液)；2)使所述第一聚合物群体(或所述第一聚合物衍生物)的聚合物与所述第二聚合物群体(或所述第二聚合物衍生物)的那些聚合物在预设置比率下混合，所述聚合物在组合物中的浓度如本申请中所定义；和3)在允许形成本申请的水凝胶的条件下孵育混合物。
根据本申请的任何方面，本申请的聚合物可为亲水性的和/或水溶性的。
根据本申请的任何方面，聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可选自由以下组成的组：多糖、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、弹性蛋白、胶原、其衍生物及其任何组合。举例来说，组合物中的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可包含以下中的一者或多者：多糖、一种或多种类型的多糖衍生物、聚(丙烯酸)、一种或多种类型的聚(丙烯酸)衍生物、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、一种或多种类型的聚(甲基丙烯酸羟乙酯)衍生物、弹性蛋白、一种或多种类型的弹性蛋白衍生物、胶原和一种或多种类型的胶原衍生物。
举例来说，聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可选自由以下组成的组：透明质酸、瓜尔胶、淀粉、壳聚糖、硫酸软骨素、海藻酸盐、羧甲基纤维素、其衍生物及其任何组合。举例来说，组合物中的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可包含以下中的一者或多者：透明质酸、一种或多种类型的透明质酸衍生物、瓜尔胶、一种或多种类型的瓜尔胶衍生物、淀粉、一种或多种类型的淀粉衍生物、壳聚糖、一种或多种类型的壳聚糖衍生物、硫酸软骨素、一种或多种类型的硫酸软骨素衍生物、海藻酸盐、一种或多种类型的海藻酸盐衍生物、羧甲基纤维素和一种或多种类型的羧甲基纤维素衍生物。在一些实施方案中，组合物中的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)包含以下中的一者或多者：透明质酸和一种或多种类型的透明质酸衍生物。
根据本申请的任何方面，聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可用一种或多种修饰形式加以修饰，例如以变为本申请的聚合物衍生物。在一个实例中，本申请的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可用一个或多个乙烯基砜基团(或用包含一个或多个乙烯基砜基团的分子)加以修饰。在另一实例中，本申请的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可用一个或多个硫醇基团(或用包含一个或多个硫醇基团的分子)加以修饰。
举例来说，本申请的聚合物可用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
举例来说，聚合物可包含一种或多种多糖衍生物，所述多糖衍生物可为用丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇和/或胺加以修饰的多糖。在一些情况下，聚合物可包含一种或多种聚(丙烯酸)衍生物，所述聚(丙烯酸)衍生物可为用丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇和/或胺加以修饰的聚(丙烯酸)。在一些情况下，聚合物可包含一种或多种聚(甲基丙烯酸羟乙酯)衍生物，所述聚(甲基丙烯酸羟乙酯)衍生物可为用丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇和/或胺加以修饰的聚(甲基丙烯酸羟乙酯)。在一些情况下，聚合物可包含一种或多种弹性蛋白衍生物，所述弹性蛋白衍生物可为用丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇和/或胺加以修饰的弹性蛋白。在一些情况下，聚合物可包含一种或多种胶原衍生物，所述胶原衍生物可为用丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇和/或胺加以修饰的胶原。
在一个实施方案中，聚合物包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸衍生物(HA-SH)，在一些情况下，HA-SH可在适当条件下形成基于HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶。在另一实施方案中，聚合物包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸衍生物(HA-VS)，在一些情况下，HA-VS可在适当条件下形成基于HA-VS的聚合物-聚合物型水凝胶。在另一实施方案中，聚合物包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸衍生物以及用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸衍生物，在一些情况下，HA-SH和HA-VS可在适当条件下彼此反应以形成聚合物-聚合物型水凝胶。
衍生物可具有约3％至约50％(例如约4％至约45％、约5％至约40％、约6％至约40％、约7％至约40％、约8％至约39％、约8％至约38％、约8％至约35％、约9％至约32％、约8％至约30％、约10％至约30％、约12％至约30％、约13％至约30％、约14％至约30％、约15％至约35％、或约15％至约30％)的平均修饰程度(DM)。
根据本申请的任何方面，本申请的聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)可包含至少第一聚合物群体，所述第一聚合物群体包含用第一修饰形式加以修饰的聚合物；以及第二聚合物群体，所述第二聚合物群体包含用第二修饰形式加以修饰的聚合物。第一修饰形式可不同于第二修饰形式。第一聚合物群体的聚合物可与第二聚合物群体的聚合物反应以形成水凝胶。包含在第一聚合物群体中的聚合物与包含在第二聚合物群体中的聚合物之间的比率(例如质量比率、体积比率、摩尔比率和/或DM比率)可为约10:1至约1:10，例如约8:1至约1:10、约6:1至约1:10、约5:1至约1:10、约4:1至约1:10、约3:1至约1:10、约2:1至约1:10、约1.75:1至约1:10、约1.5:1至约1:10、约1.25:1至约1:10、约1:1至约1:10、约1:1.25至约1:10、约1:1.5至约1:10、约1:1.75至约1:10、约1:2至约1:10、约1:3至约1:10、约1:4至约1:10、约1:5至约1:10、约6:1至约1:6、约5:1至约1:5、约4:1至约1:4、约3:1至约1:3、约2:1至约1:2、约1.75:1至约1:1.75、约1.5:1至约1:1.5、约1.25:1至约1:1.25、或约1.1:1至约1:1.1。
举例来说，包含在第一聚合物群体中的聚合物与包含在第二聚合物群体中的聚合物之间的比率(例如质量比率、体积比率、摩尔比率和/或DM比率)可为约3:1至约1:3。举例来说，比率可为约2:1至约1:2(诸如约1:1)。
举例来说，组合物可包含至少第一聚合物衍生物和第二聚合物衍生物。第一聚合物衍生物可包含第一修饰形式，并且第二聚合物衍生物可包含第二修饰形式。第一修饰形式可不同于第二修饰形式。第一聚合物衍生物可能够与第二聚合物衍生物反应以形成水凝胶。举例来说，第一聚合物衍生物可为用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的聚合物(例如透明质酸)。第二聚合物衍生物可为用一个或多个硫醇基团加以修饰的聚合物(例如透明质酸)。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的质量比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的摩尔比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的体积比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
在一些情况下，第一聚合物衍生物可具有第一DM(DM1)，第二聚合物衍生物可具有第二DM(DM2)，并且所述第一DM(DM1)与所述第二DM(DM2)之间的比率可为约10:1至约1:10(例如10:2、10:3、10:4、10:5、10:6、10:7、10:8、10:9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10)，诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1。
在一些实施方案中，组合物中的第一聚合物衍生物和第二聚合物衍生物可具有如本申请中定义的质量比率、如本申请中定义的摩尔比率、如本申请中定义的体积比率、和/或如本申请中定义的DM比率。
根据本申请的任何方面，第一修饰形式和第二修饰形式可各自独立地选自由以下组成的组：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。第一修饰形式和第二修饰形式可彼此不同。
因此，第一聚合物衍生物(或第一聚合物群体中的聚合物)可为用一个或多个乙烯基砜基团(或用包含一个或多个乙烯基砜基团的分子)加以修饰的本申请的聚合物，并且第二聚合物衍生物(或第二聚合物群体中的聚合物)可为用一个或多个硫醇基团(或用包含一个或多个硫醇基团的分子)加以修饰的本申请的聚合物。第一聚合物衍生物(或第一聚合物群体中的聚合物)可能够与第二聚合物衍生物(或第二聚合物群体中的聚合物)反应以形成水凝胶。
在另一实例中，第一聚合物衍生物(或第一聚合物群体中的聚合物)可为用一个或多个硫醇基团(或用包含一个或多个硫醇基团的分子)加以修饰的本申请的聚合物，并且第二聚合物衍生物(或第二聚合物群体中的聚合物)可为用一个或多个乙烯基砜基团(或用包含一个或多个乙烯基砜基团的分子)加以修饰的本申请的聚合物。第一聚合物衍生物(或第一聚合物群体中的聚合物)可能够与第二聚合物衍生物(或第二聚合物群体中的聚合物)反应以形成水凝胶。
在一些实施方案中，聚合物是透明质酸，第一聚合物群体(或第一聚合物衍生物)包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸。第二聚合物群体(或第二聚合物衍生物)包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸。第一聚合物群体(或第一聚合物衍生物)的聚合物能够与第二聚合物群体(或第二聚合物衍生物)的聚合物反应以形成水凝胶。
在另一实例中，聚合物是透明质酸，第一聚合物群体(或第一聚合物衍生物)包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸。第二聚合物群体(或第二聚合物衍生物)包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸。第一聚合物群体(或第一聚合物衍生物)的聚合物能够与第二聚合物群体(或第二聚合物衍生物)的聚合物反应以形成水凝胶。
根据本申请的任何方面，组合物中的聚合物可具有约100,000至约5,000,000道尔顿，例如约120,000至约5,000,000道尔顿、约200,000至约5,000,000道尔顿、约300,000至约5,000,000道尔顿、约400,000至约5,000,000道尔顿、约500,000至约5,000,000道尔顿、约600,000至约5,000,000道尔顿、约670,000至约5,000,000道尔顿、约1,000,000至约5,000,000道尔顿、约1,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约5,000,000道尔顿、约2,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,600,000至约5,000,000道尔顿、约3,000,000至约5,000,000道尔顿、约3,500,000至约5,000,000道尔顿、约3,600,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约4,000,000道尔顿、约2,500,000至约3,500,000道尔顿、约2,600,000至约3,600,000道尔顿、约1,000,000至约2,600,000道尔顿、约800,000至约2,600,000道尔顿、约700,000至约2,500,000道尔顿、约670,000至约2,600,000道尔顿、或约600,000至约2,500,000道尔顿的平均分子量。
本申请的聚合物可包含一种或多种修饰形式(在本申请中也被称为聚合物衍生物)，并且它们可具有约3％至约50％(例如约4％至约50％、约5％至约50％、约6％至约50％、约7％至约50％、约8％至约50％、约9％至约50％、约10％至约50％、约11％至约50％、约12％至约50％、约13％至约50％、约14％至约50％、约15％至约50％、约16％至约50％、约17％至约50％、约18％至约50％、约19％至约50％、约20％至约50％、约21％至约50％、约22％至约50％、约23％至约50％、约24％至约50％、约25％至约50％、约26％至约50％、约27％至约50％、约28％至约50％、约29％至约50％、约30％至约50％、约31％至约50％、约32％至约50％、约33％至约50％、约34％至约50％、约35％至约50％、约36％至约50％、约37％至约50％、约38％至约50％、约39％至约50％、约40％至约50％、或约40％至约50％)的平均修饰程度。
举例来说，组合物可包含至少第一聚合物群体，所述第一聚合物群体包含用第一修饰形式加以修饰的聚合物(即第一聚合物衍生物)；以及第二聚合物群体，所述第二聚合物群体包含用第二修饰形式加以修饰的聚合物(即第二聚合物衍生物)。聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)在组合物中的总浓度CT可为至多约5mg/ml(例如至多约4mg/ml、至多约3mg/ml、至多约2mg/ml、至多约1.5mg/ml、至多约1mg/ml、至多约0.9mg/ml、至多约0.8mg/ml、至多约0.7mg/ml、至多约0.6mg/ml、至多约0.5mg/ml、至多约0.4mg/ml、至多约0.3mg/ml、至多约0.2mg/ml、至多约0.1mg/ml或更小)。第一聚合物衍生物可具有约3％至约50％(例如约5％至约35％、约8％至约35％、约10％至约35％、约12％至约35％、约15％至约35％、约20％至约35％、约25％至约35％、或约30％至约35％)的平均DM，具有约100,000至约5,000,000道尔顿(例如约120,000至约5,000,000道尔顿、约200,000至约5,000,000道尔顿、约300,000至约5,000,000道尔顿、约400,000至约5,000,000道尔顿、约500,000至约5,000,000道尔顿、约600,000至约5,000,000道尔顿、约670,000至约5,000,000道尔顿、约1,000,000至约5,000,000道尔顿、约1,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约5,000,000道尔顿、约2,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,600,000至约5,000,000道尔顿、约3,000,000至约5,000,000道尔顿、约3,500,000至约5,000,000道尔顿、约3,600,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约4,000,000道尔顿、约2,500,000至约3,500,000道尔顿、约2,600,000至约3,600,000道尔顿、约1,000,000至约2,600,000道尔顿、约800,000至约2,600,000道尔顿、约700,000至约2,500,000道尔顿、约670,000至约2,600,000道尔顿、或约600,000至约2,500,000道尔顿)的平均分子量。第二聚合物衍生物可具有约3％至约50％(例如约5％至约35％、约8％至约35％、约10％至约35％、约12％至约35％、约15％至约35％、约20％至约35％、约25％至约35％、或约30％至约35％)的平均DM，具有约100,000至约5,000,000道尔顿(例如约120,000至约5,000,000道尔顿、约200,000至约5,000,000道尔顿、约300,000至约5,000,000道尔顿、约400,000至约5,000,000道尔顿、约500,000至约5,000,000道尔顿、约600,000至约5,000,000道尔顿、约670,000至约5,000,000道尔顿、约1,000,000至约5,000,000道尔顿、约1,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约5,000,000道尔顿、约2,500,000至约5,000,000道尔顿、约2,600,000至约5,000,000道尔顿、约3,000,000至约5,000,000道尔顿、约3,500,000至约5,000,000道尔顿、约3,600,000至约5,000,000道尔顿、约2,000,000至约4,000,000道尔顿、约2,500,000至约3,500,000道尔顿、约2,600,000至约3,600,000道尔顿、约1,000,000至约2,600,000道尔顿、约800,000至约2,600,000道尔顿、约700,000至约2,500,000道尔顿、约670,000至约2,600,000道尔顿、或约600,000至约2,500,000道尔顿)的平均分子量。组合物中第一聚合物衍生物与第二聚合物衍生物之间的比率(例如质量比率、体积比率、摩尔比率和/或DM比率)可为约10:1至约1:10(诸如约3:1至约1:3、或约2:1至约1:2，诸如约1:1)。第一聚合物衍生物可能够与第二聚合物衍生物反应以形成水凝胶。此外，第一聚合物衍生物在所述组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。第二聚合物衍生物在所述组合物中可具有至少3dL/g(例如至少约5dL/g、至少约8dL/g、至少约10dL/g、至少约12dL/g、至少约15dL/g、至少约16dL/g、至少约17dL/g、至少约18dL/g、至少约19dL/g、至少约20dL/g、至少约25dL/g或更大)的特性粘度[η]。
第一聚合物衍生物的浓度C可为浓度C*的约0.8至约5倍(例如约0.8至约4.5倍、约0.8-约4.0倍、约0.8-约3.5倍、约0.8-约3.0倍、约0.8-约2.5倍、约0.8-约2.0倍、约0.8至约1.5倍、或约1.0至约1.2倍)，C*＝1/([η])，并且[η]是第一聚合物衍生物的特性粘度。
第二聚合物衍生物的浓度C可为浓度C*的约0.8至约5倍(例如约0.8至约4.5倍、约0.8-约4.0倍、约0.8-约3.5倍、约0.8-约3.0倍、约0.8-约2.5倍、约0.8-约2.0倍、约0.8至约1.5倍、或约1.0至约1.2倍)，C*＝1/([η])，并且[η]是第二聚合物衍生物的特性粘度。
在一些情况下，组合物不包含不同于组合物中的聚合物(例如第一聚合物衍生物或第二聚合物衍生物)的任何交联剂。
在一些实施方案中，组合物不包含任何小分子交联剂或任何基于PEG的交联剂。
在一特定实例中，第一聚合物衍生物是用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸(例如HA-VS)，并且第二聚合物衍生物是用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸(例如HA-SH)。
在一些情况下，本申请的组合物或聚合物溶液可包含交联剂(例如不同于组合物中的聚合物的交联剂)。
交联剂可为小分子交联剂、大分子交联剂或其组合。在一些实施方案中，交联剂是小分子交联剂，并且它可包含含有选自以下的基团的分子：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺和/或其组合。
在一些实施方案中，交联剂是大分子交联剂，并且它可包含含有选自以下的基团的大分子：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺和/或其组合。
举例来说，组合物可包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的本申请的聚合物(例如本申请的聚合物衍生物)和交联剂，所述交联剂可为含乙烯基砜分子，例如所述交联剂可选自由以下组成的组：二乙烯基砜、双(乙烯基磺酰基)甲烷、PEG-VS和4臂PEGVS或8臂PEGVS。
在另一实例中，组合物可包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的本申请的聚合物(例如本申请的聚合物衍生物)和交联剂，所述交联剂可为含硫醇分子，例如所述交联剂可选自由以下组成的组：二硫苏糖醇、二半胱氨酸、PEG-二硫醇和4臂PEG硫醇或8臂PEG硫醇。
本申请的水凝胶可使材料在表面(例如粘膜表面)上的抗流出性(drainage)增强。本申请的水凝胶可具有与水溶液的流体性质类似的卓越流体性质。本申请的水凝胶可具有卓越的抗流出性质。
因此，本申请也涉及以下实施方案：
1.一种包含能够形成水凝胶的聚合物的组合物，其中所述聚合物具有是浓度C*的约0.8-约5倍的浓度C，其中C*＝1/([η])，并且[η]是所述聚合物的特性粘度。
2.根据实施方案1所述的组合物，其中所述聚合物具有是浓度C*的约0.8-约1.5倍的浓度C。
3.根据实施方案1所述的组合物，其中所述聚合物具有是浓度C*的约1.0-约1.2倍的浓度C。
4.根据实施方案1所述的组合物，其中所述聚合物具有是浓度C*的约1.8-约2.0倍的浓度C。
5.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有是至少3dL/g的[η]。
6.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有是至少5dL/g的[η]。
7.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有是至少20dL/g的[η]。
8.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物是亲水性的和/或水溶性的。
9.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物选自由以下组成的组：多糖、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、弹性蛋白、胶原及其组合。
10.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)及其组合。
11.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物选自由以下组成的组：透明质酸、瓜尔胶、淀粉、壳聚糖、硫酸软骨素、海藻酸盐、羧甲基纤维素及其组合。
12.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物选自由以下组成的组：透明质酸、瓜尔胶、海藻酸盐、羧甲基纤维素及其组合。
13.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物是透明质酸。
14.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其组合。
15.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰：顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其组合。
16.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物包含至少第一聚合物群体，所述第一聚合物群体包含用第一修饰形式加以修饰的所述聚合物；以及第二聚合物群体，所述第二聚合物群体包含用第二修饰形式加以修饰的所述聚合物，其中所述第一修饰形式不同于所述第二修饰形式，并且其中所述第一聚合物群体的聚合物与所述第二聚合物群体的聚合物反应以形成所述水凝胶。
17.根据实施方案16所述的组合物，其中包含在所述第一聚合物群体中的所述聚合物与包含在所述第二聚合物群体中的所述聚合物之间的比率是约10:1至约1:10。
18.根据实施方案17所述的组合物，其中包含在所述第一聚合物群体中的所述聚合物与包含在所述第二聚合物群体中的所述聚合物之间的比率是约3:1至约1:3。
19.根据实施方案18所述的组合物，其中包含在所述第一聚合物群体中的所述聚合物与包含在所述第二聚合物群体中的所述聚合物之间的比率是约2:1至约1:2。
20.根据实施方案16-19中的任一者所述的组合物，其中所述第一修饰形式和所述第二修饰形式独立地选自由以下组成的组：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其组合。
21.根据实施方案16-19中的任一者所述的组合物，其中所述第一修饰形式和所述第二修饰形式独立地选自由以下组成的组：顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其组合。
22.根据实施方案21所述的组合物，其中所述聚合物是透明质酸，所述第一聚合物群体包含用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸，所述第二聚合物群体包含用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸，并且其中所述第一聚合物群体的聚合物与所述第二聚合物群体的聚合物反应以形成所述水凝胶。
23.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约100,000至约5,000,000道尔顿的平均分子量。
24.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约120,000至约5,000,000道尔顿的平均分子量。
25.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约670,000至约5,000,000道尔顿的平均分子量。
26.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约2,600,000至约5,000,000道尔顿的平均分子量。
27.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约3,600,000至约5,000,000道尔顿的平均分子量。
28.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约2,600,000至约3,600,000道尔顿的平均分子量。
29.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约670,000至约2,600,000道尔顿的平均分子量。
30.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物包含具有修饰形式的聚合物，并且所述聚合物具有约3％至约50％的平均修饰程度。
31.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物包含具有修饰形式的聚合物，并且所述聚合物具有约8％至约35％的平均修饰程度。
32.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物包含具有修饰形式的聚合物，并且所述聚合物具有约15％至约35％的平均修饰程度。
33.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物包含具有修饰形式的聚合物，并且所述聚合物具有约15％至约30％的平均修饰程度。
34.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约0.1mg/ml至约5mg/ml的浓度C。
35.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述聚合物具有约0.3mg/ml至约0.6mg/ml的浓度C。
36.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，所述组合物进一步包含交联剂，其中所述交联剂是小分子交联剂、大分子交联剂或其组合。
37.根据实施方案36所述的组合物，其中所述交联剂是包含含有选自以下的基团的分子的小分子交联剂：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺和/或其组合。
38.根据实施方案36所述的组合物，其中所述交联剂是包含含有选自以下的基团的大分子的大分子交联剂：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、羟基丁二酰亚胺、醛、酮、多碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺和/或其组合。
39.根据实施方案36所述的组合物，其中所述聚合物用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰，并且所述交联剂是含硫醇分子。
40.根据实施方案39所述的组合物，其中所述交联剂选自由以下组成的组：二硫苏糖醇、二半胱氨酸、PEG-二硫醇和4臂PEG硫醇或8臂PEG硫醇。
41.根据实施方案36所述的组合物，其中所述聚合物用一个或多个硫醇基团加以修饰，并且所述交联剂是含乙烯基砜分子。
42.根据实施方案41所述的组合物，其中所述交联剂选自由以下组成的组：二乙烯基砜、双(乙烯基磺酰基)甲烷、PEG-VS和4臂PEGVS或8臂PEGVS。
43.根据实施方案1-35中的任一者所述的组合物，其中所述组合物不包含不同于所述聚合物的交联剂。
44.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述组合物包含缓冲液。
45.根据实施方案44所述的组合物，其中所述缓冲液包括磷酸盐缓冲液。
46.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述组合物具有约3.5至约9.0的pH。
47.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述组合物具有约7.0至约7.8的pH。
48.根据先前实施方案中的任一者所述的组合物，其中所述组合物具有约7.4的pH。
49.一种水凝胶，所述水凝胶由根据实施方案1-48中的任一者的组合物形成。
50.根据实施方案49所述的水凝胶，其中所述水凝胶是生物可相容的。
51.根据实施方案49-50中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约10.0Pa的储能模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
52.根据实施方案49-51中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约5.0Pa的储能模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
53.根据实施方案49-52中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约1.0Pa的储能模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
54.根据实施方案49-53中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约0.6Pa的储能模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
55.根据实施方案49-54中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有是所述储能模量的不大于约100％的损耗模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
56.根据实施方案49-55中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有是所述储能模量的不大于约50％的损耗模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
57.根据实施方案49-56中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有是所述储能模量的不大于约25％的损耗模量，如通过动态振荡剪切测试所测量。
58.根据实施方案49-57中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约0.2Pa·s的复数粘度，如通过动态振荡剪切测试在大于约100rad/s的频率下所测量。
59.根据实施方案49-58中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约0.1Pa·s的复数粘度，如通过动态振荡剪切测试在大于约100rad/s的频率下所测量。
60.根据实施方案49-59中的任一者所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于约0.05Pa·s的复数粘度，如通过动态振荡剪切测试在大于约100rad/s的频率下所测量。
61.一种用于产生水凝胶的方法，所述方法包括：提供根据实施方案1-48中的任一者的包含聚合物的组合物；以及使所述组合物经受使得所述聚合物能够交联以形成所述水凝胶的条件。
62.根据实施方案61所述的方法，其中所述经受包括在约30℃至约45℃下孵育所述聚合物溶液。
63.根据实施方案62所述的方法，其中所述经受包括在约37℃下孵育所述聚合物溶液。
64.根据实施方案61-63中的任一者所述的方法，其中产生的所述水凝胶是根据实施方案49-60中的任一者所述的水凝胶。
实施例
阐述以下实施例以便向本领域普通技术人员提供对如何进行和使用本发明的完整申请和描述，并且不意图限制本发明者视为他们的发明的发明的范围，它们也不意图表示以下实验是进行的所有或仅有实验。已努力确保关于所用数值(例如数量、温度等)的准确性，但应考虑一些实验误差和偏差。除非另外指示，否则份是重量份，分子量是重量平均分子量，温度以摄氏度计，并且压力处于或接近大气压。可使用标准缩写，例如bp，碱基对；kb，千碱基；pl，皮升；s或sec，秒；min，分钟；h或hr，小时；aa，氨基酸；nt，核苷酸；i.m.，肌肉内；i.p.，腹膜内；s.c.，皮下；等。
实施例1对HA样品的测量
1.1.对[η]的测量
[η]可使用毛细管粘度计来直接测量。举例来说，三个HA样品，即样品A、样品B和样品C，通过乌别洛特粘度计来测量。这些HA样品从Bloomage Freda Biopharm Co.Ltd.(Shandong,China)购买。聚合物由供应商根据欧洲药典加以测量。表1显示样品A、样品B和样品C的通过乌别洛特粘度计来测量的特性粘度([η])。
样品A 样品B 样品C
乌别洛特粘度计 [η] 39.2 dL/g 14dL/g 3.7dL/g
表1：通过乌别洛特粘度计来测量的特性粘度([η])
1.2对聚合物的分子量的估计
使用以下马克-霍温克-樱田(Mark-Houwink-Sakurada)方程，由通过乌别洛特粘度计测量的特性粘度值计算聚合物的分子量(MW)：
[η]＝KM(MW)a
其中KM和a(马克-霍温克-樱田指数)对于一对给定聚合物-溶剂来说是恒定值。
对于样品A、B和C，样品A、B和C的MW被相应地计算为2.6MDa、670KDa和120KDa。
实施例2对聚合物衍生物的制备
2.1对HA-VS的制备
如由Yu和Chau(Biomacromolecules 2015,16(1),56–65)所述，用侧挂VS对透明质酸(HA)进行修饰。简要来说，将HA溶解于去离子水(DI水)中。视HA的分子量(MW)而定，浓度是1mg/ml至40mg/ml。对于高MW HA(例如MW>500kDa)，浓度是较低的(例如从1mg/ml至5mg/ml)，对于低MW HA(例如MW<500kDa)，浓度是较高的(例如5mg/ml至40mg/ml)。
在完全溶解之后，将5M NaOH逐滴添加至聚合物溶液中以达到最终浓度在0.1M下。在剧烈混合的情况下立即添加二乙烯基砜(DVS)。或者，首先将DVS在1mg(DVS)/8ml(水)下溶解于DI水中，并且立即添加至处于剧烈混合下的聚合物中。DVS与HA的羟基(OH)之间的摩尔比率是至少1.25:1。对于低浓度的HA，摩尔比率是6:1或更高。视目标修饰程度(DM)而定来选择反应时间。对于给定反应时间，修饰程度也取决于HA与DVS两者的浓度、温度以及最终NaOH浓度。
对于HA样品C(分子量是120kDa)，HA浓度是20mg/ml，并且DVS与HA的OH之间的摩尔比率是1.5:1；对于HA样品B(分子量是670kDa)，HA浓度是10mg/ml，并且DVS与HA的OH之间的摩尔比率是约3:1；以及对于HA样品A(分子量是2.6MDa)，HA浓度是2.5mg/ml，并且DVS与HA的OH之间的摩尔比率是约6:1。
反应通过添加6M HCl来终止。相对于DI水(约pH 5.5)或通过HCl来调整的具有约pH 4的酸性DI水，使用透析袋或切向流过滤，通过膜分离来纯化聚合物。将经纯化聚合物以溶液形式储存在4℃下。对于测量修饰程度(DM)，使HA-VS冷冻干燥，并且通过1HNMR来测量。
2.2对HA-SH的制备
如由Yu和Chau(Biomacromolecules 2015,16(1),56–65)所述，用侧挂SH基团对透明质酸(HA)进行修饰。简要来说，首先将HA修饰成HA-VS(如实施例2.1中所述)。将HA-VS溶液用N2净化至少20分钟。将相对于VS基团是10x摩尔过量或数量是为制备0.05M DTT溶液所需(取决于哪个DTT浓度更高)的二硫苏糖醇(DTT)在约400mg/ml下溶解于水(pH约5.5)中并用N2净化至少5分钟，并且添加至HA-VS溶液中。HA-VS/DTT溶液的pH是约4，并且继续用N2对系统进行净化。之后，将是HA-VS的体积的1/10的0.5M磷酸盐缓冲液(PB)用N2净化至少5分钟，并且添加至HA-VS/DTT溶液中。使反应持续至少25分钟。反应通过添加1M HCl以使pH降低至3.5-4.5来终止。相对于DI水或通过HCl来调整的具有pH 4的DI水，使用透析袋或切向流过滤，通过膜分离来纯化聚合物。将经纯化聚合物以溶液形式储存在4℃下。通过1HNMR和埃尔曼氏测定(Ellmans’assay)来测定HA-SH的修饰程度(DM)。
乙烯基砜化透明质酸(HA-VS)的合成显示于图1中。并且硫醇化透明质酸(HA-SH)根据图2来合成。
实施例3水凝胶形成
3.1.HA-VS/HA-SH基聚合物-聚合物型水凝胶的形成
首先测定HA-VS和HA-SH的浓度。使已知体积的聚合物溶液冷冻干燥，并且测量聚合物的干重。干燥聚合物是至少4mg以确保准确测量。或者，如先前(Oueslati等,CTABturbidimetric method for assaying hyaluronic acid in complex environments andunder cross-linked form,Carbohydrate Polymers,2014)所述，通过CTAB测定来测量聚合物浓度。接着通过添加0.5M PB来将已知浓度的HA-VS和HA-SH调整至pH 7.4。PB的最终浓度是约0.02M至0.05M。接着使用25％NaCl来调整重量摩尔渗透浓度。接着在各种目标体积比率和质量比率下混合聚合物，并且通过添加磷酸盐缓冲盐水(PBS)来调整至目标浓度。
在37℃下孵育聚合物至少10小时以达成水凝胶形成。水凝胶形成反应在图3中加以说明。
对于具有约2.6MDa的平均分子量，具有约39.2dL/g的特性粘度[η](如通过乌别洛特粘度计所测量)的HA聚合物，用于形成本申请的基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的HA聚合物(包括HA-SH与HA-VS两者)的浓度可低至约0.4mg/ml(即水凝胶中的水含量超过约99.96％)。
在本申请中，基于实施例1.1中样品A的HA聚合物(具有约2.6MDa的平均分子量和约39.2dL/g的特性粘度[η])来制备HA-SH/HA-VS聚合物-聚合物型水凝胶的样品A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和A9。对于样品A1、A2、A3和A4，形成水凝胶的聚合物的CT(例如HA-VS和HA-SH的总浓度)分别是约1.2mg/ml、0.8mg/ml、0.5mg/ml和0.27mg/ml，并且HA-VS和HA-SH的DM分别是约10％，HA-VS与HA-SH之间的摩尔比率和质量比率是1:1。对于样品A5，通过在1:1DM比率和1:1质量比率下混合HA-VS和HA-SH来形成水凝胶，形成水凝胶的聚合物在组合物中的总浓度CT是约0.5mg/ml，并且HA-VS和HA-SH的DM分别是约20％。对于样品A6，通过在1:1DM比率和1:1质量比率下混合HA-VS(具有8％的DM)和HA-SH(具有8％的DM)来形成水凝胶，形成水凝胶的聚合物在组合物中的总浓度CT是约0.45mg/ml。对于样品A7，通过在1:1DM比率和1:1质量比率下混合HA-VS(具有30％的DM)和HA-SH(具有30％的DM)来形成水凝胶，形成水凝胶的聚合物在组合物中的总浓度CT是约0.4mg/ml。对于样品A8，通过混合HA-VS(具有约10％DM和0.6mg/ml)和HA-SH(具有约5％DM和0.3mg/ml)来形成水凝胶，并且CT是约0.9mg/ml。对于样品A9，通过混合HA-VS(具有15％DM和0.6mg/ml)和HA-SH(具有10％DM和0.3mg/ml)来形成水凝胶，并且CT是约0.9mg/ml。
基于实施例1.1中样品B的HA聚合物(具有约670kDa的平均分子量和约14dL/g的特性粘度[η])来制备HA-SH/HA-VS聚合物-聚合物型水凝胶的样品B1和B2。对于样品B1和B2，HA聚合物(包括HA-SH与HA-VS两者)的CT分别是约1.8mg/ml和1.08mg/ml。HA-SH和HA-VS的DM是30％，并且HA-SH与HA-VS之间的摩尔比率和质量比率是1:1。
基于实施例1.1中样品C的HA聚合物(具有约120kDa的平均分子量和约3.7dL/g的特性粘度[η])来制备HA-SH/HA-VS聚合物-聚合物型水凝胶的样品C1。对于样品C1，HA聚合物(包括HA-SH与HA-VS两者)的CT是约3.96mg/ml。HA-SH和HA-VS的DM是30％，并且HA-SH与HA-VS之间的摩尔比率和质量比率是1:1。
3.2HA-SH基聚合物-聚合物型水凝胶的形成
使用HA聚合物的样品A(具有约2.6MDa的重量平均分子量和约39.2dL/g的特性粘度[η])。根据实施例2.2制备HA-SH。通过添加0.5M PB来将HA-SH调整至pH 7.4。PB的最终浓度是约0.02M至0.05M。聚合物的DM是约10％。接着通过添加磷酸盐缓冲盐水(PBS)来将聚合物调整至目标浓度。制备HA-SH聚合物-聚合物型水凝胶的具有约1.7mg/ml的CT的样品F。
在37℃下孵育聚合物至少10小时以达成水凝胶形成。
3.3.聚合物-小分子交联剂型水凝胶的形成
使DTT与HA-VS(HA-VS基于样品A的HA聚合物来制备)在3:1摩尔比率(DTT:VS)下混合。在30分钟之后形成水凝胶。将水凝胶相对于双重去离子水透析2天，并且收集。HA-VS具有约1.9MDa的重量平均分子量、约24.5dL/g的特性粘度[η]和约3.8mg/ml的总聚合物(例如形成水凝胶的聚合物)浓度CT。HA-VS的DM是20％。将所得HA-SH/DTT水凝胶命名为HA-SH/DTT水凝胶的样品H。
实施例4水凝胶表征
4.1制备的水凝胶样品的模量
(1)对用于测量的水凝胶样品的制备
如实施例3中所述来混合形成水凝胶的聚合物，接着将混合聚合物均匀散布在50mm(D)×1mm(H)的模具上。通过用石蜡膜覆盖金属板来使模具附着于所述金属板。将具有聚合物的模具放置在含湿气腔室中，并且使水凝胶形成。对于水凝胶形成，使聚合物在37℃下保持24小时。在形成水凝胶(即基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶)之后，将整个石蜡膜-模具-凝胶组件从金属板脱离，并且安放在50mm板夹具上。接着移除模具，从而将石蜡膜和形成的水凝胶留置在夹具上。接着围绕底板用石蜡膜紧紧缠绕。将装置物装载至DMA机器(ARES流变仪，TA Instruments,New Castle,DE)，并且用50mm直径的平行板测量机械性质。
或者，如实施例3中所述来混合形成水凝胶的聚合物，接着于离心管中在37℃下孵育至少10小时(例如除非指定，否则是24小时)。接着将形成的水凝胶(即基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶)装载于锥-板、双隙或同心圆筒夹具的下部板或下部桶上，并且通过Anton Paar流变仪来测量机械性质。
(2)HA-VS/HA-SH基聚合物-聚合物水凝胶的模量
根据实施例2.1和2.2来对HA聚合物的三个样品(即以上在实施例1.1和1.2中所述的样品A、B和C)进行修饰，并且经修饰聚合物用于根据实施例3.1来形成本申请的水凝胶，根据实施例4.1来测量形成的水凝胶。为确定聚合物是否形成水凝胶而非保持为聚合物溶液，使用DMA测量和/或直接观察(以观察样品是否像水一样流动，并且不能安放于(mounted)DMA机器)。对于DMA测量，在线性粘弹区(LVR)区域，相较于G”值是较高的G’值(例如G”/G’<1)用作说明水凝胶形成。
结果概述于下表2中。在凝胶的LVR区域测量机械性质。发明人惊人地发现当形成水凝胶的聚合物在组合物中的特性粘度[η]相对较高(例如至少约3dL/g，如通过乌别洛特粘度计所测量)，并且形成水凝胶的聚合物(例如HA-VS和HA-SH)在所述组合物中的总浓度CT相对较低(例如低于约5mg/ml，诸如分别是1.2、0.8、0.5、1.8、1.08和3.96mg/ml)时，可形成极其柔软的水凝胶，如水凝胶的G’和G”所示。G’和G”不大于10.0Pa，从而说明形成水凝胶。
表2.不同水凝胶制剂的凝胶形成
图4显示根据实施例3.1制备的基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的样品A1、A2和A3的模量(使用频率扫描测试)，水凝胶的模量通过采用同心双隙夹具的流变仪Anton Paar MCR502来测量。对于所有测试，应变都是1％。
图5显示根据实施例3.1制备的基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的样品A8的模量(使用应变扫描测试)，所述模量使用采用同心双隙夹具的Anton Paar MCR502来获得。频率是1rad/s。基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的样品A8的CT是0.9mg/ml，所述CT低于5mg/ml。G’与G”两者均不大于10.0Pa。并且G”小于G’，从而说明形成水凝胶。
图6A和图6B显示根据实施例3.1制备的基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的样品A9的模量和复数粘度(使用应变和频率扫描测试)，所述模量和复数粘度使用采用50mm锥-板夹具的Anton Paar MCR302来获得。对于应变扫描测试，频率是5rad/s，并且对于频率扫描测试，应变是5％。基于HA-VS/HA-SH的聚合物-聚合物型水凝胶的样品A9的CT是0.9mg/ml，所述CT低于5mg/ml。G’与G”两者均不大于10.0Pa。并且G”小于G’，从而说明形成水凝胶。
(3)HA-SH聚合物-聚合物水凝胶的模量
图7A和图7B说明根据实施例3.2制备的具有10％DM的HA-SH聚合物-聚合物型水凝胶的样品F的应变扫描测试和频率扫描测试。在图7中，G’、G”和Eta*分别是指储能模量、损耗模量和复数粘度。使用采用50mm锥-板夹具的Anton Paar MCR 302流变仪来测量水凝胶。在5rad/s下测量应变扫描测试，并且在5％应变下测量频率扫描测试。HA-SH聚合物-聚合物型水凝胶的样品F的CT是1.7mg/ml，所述CT低于5mg/ml。G’与G”两者均不大于10.0Pa。并且G”小于G’，从而说明形成水凝胶。
(4)HA-SH聚合物-小分子交联剂型水凝胶的模量
图8A和图8B说明根据实施例3.3制备的HA-SH/DTT水凝胶的样品H的应变扫描测试和频率扫描测试。在1rad/s下测量应变扫描测试，并且在5％应变下测量频率扫描测试，其中G’、G”和Eta*分别是指储能模量、损耗模量和复数粘度。HA-SH/DTT水凝胶的样品H的CT是约3.8mg/ml，所述CT低于5mg/ml。G’与G”两者均不大于10.0Pa。并且G”小于G’，从而说明形成水凝胶。
以上结果显示对于所有测试的水凝胶，储能模量(G’)都高于它的相应损耗模量(G”)，并且在动态振荡剪切测试中在约0.1rad/s至约10rad/s的频率下，G’的值是相对恒定的，从而说明材料确实是凝胶(即极其柔软的固体样交联网状结构)而非粘稠溶液。
4.2水凝胶的屈服应变
屈服应变可通过应变扫描测试(图5～图8)来评估。举例来说，图5和图7中的结果显示水凝胶在低屈服应力(约0.1至约1Pa)的情况下具有相对较高的屈服应变(约30％)。
4.3通过应变扫描测试来测定的水凝胶从屈服的恢复
根据低屈服点，可已预期的是本申请的水凝胶具有机械不稳定性。惊人的是，本申请的水凝胶的机械性质在破坏之前和之后可为类似的。在这个实施例中，根据实施例3.1制备的HA-VS/HA-SH基聚合物-聚合物型水凝胶的样品A3用于通过应变扫描测试来测试水凝胶从屈服的恢复。
将HA-VS/HA-SH基聚合物-聚合物型水凝胶的样品A3装载至Anton Paar MCR502上的同心双隙夹具。在从0至5000％进行应变扫描测试以破坏水凝胶之前和之后，进行时间扫描测试(1％应变和1rad/s)以评估水凝胶的模量。在各次测量之前，使水凝胶平衡约5分钟。G’和G”在破坏之前是约0.11Pa和0.02Pa，在破坏之后是0.11Pa和0.05Pa。结果显示在破坏之前和之后，模量是几乎相同的。
4.4水凝胶的复数粘度
如图6～图8中所示的水凝胶的频率扫描测试说明在相对缓慢频率下，水凝胶的复数粘度变小(例如在约10-100rad/s的频率下，Eta*<0.01Pa)。这些结果说明借助于较小力量，本申请的水凝胶将易于遍及表面加以散布。此外，对于低剪切速率，本申请的水凝胶的粘度以指数方式增加，从而说明它在静息时是稳定的。
实施例5对荧光染料缀合的制备
5.1.用荧光探针对聚合物加标签
通过用荧光染料在本申请的聚合物上加标签来使得本申请的水凝胶具有荧光性。经硫醇修饰的荧光素用作染料实例。通过使氨基-荧光素与N-乙酰基-S-三苯甲基-L-半胱氨酸在DMF中反应，由HOBT/HBTU进行催化来制备染料。使产物在乙醚中沉淀3次，并且在真空中干燥。将干燥产物用TFA:H2O:TIPS(18:1:1)的混合物脱保护1小时。使最终产物在乙醚中沉淀并在真空中干燥，并且储存在4℃下。反应的进展通过质谱测定法来确定。
5.2.荧光染料缀合
在一个实施例中，通过添加1.5M pH 8.8Tris缓冲液以达到0.15M的最终缓冲液浓度来将HA-VS调整至pH 8.8。将溶液用N2净化至少30分钟。之后，将根据实施例5.1制备或从GL Biochem(Shanghai)Ltd.购买的乙烯基砜反应性染料(半胱氨酸-赖氨酸二肽，其中赖氨酸侧链的氨基与荧光素缀合，并且氨基末端基团由酰胺封盖；或AC-Cys-Lys(FAM))溶解于Tris缓冲液中，并且添加至聚合物中以反应12小时。对于低DM(例如DM＝8％)聚合物，染料与VS基团之间的摩尔比率可多达1:1，因为缀合效率不高，并且反应将不覆盖所有VS基团。理想的是，在反应之后，至少80％的VS基团不应由染料覆盖。接着将聚合物相对于使用HCl来调整至约pH 4的DI水加以透析。纯化的经荧光标记聚合物的储存条件与用于HA-VS的储存条件相同。接着，使经荧光标记HA-VS与HA-SH混合，并且使水凝胶形成(如实施例3中所述)。
观察到形成的水凝胶(例如样品A6，所述样品A6通过使HA-VS(具有8％的DM)和HA-SH(具有8％的DM)在1:1DM比率和1:1质量比率下混合来形成，形成水凝胶的聚合物在组合物中的总浓度CT是约0.45mg/ml)由于它的特殊机械性质(例如以上在实施例4中讨论的性质)而对水稀释具有抗性。如图9A～图9D中所示，本申请的水凝胶能够在水中自由移动而不溶解(图9A和图9B)，并且在24小时之后，水凝胶未溶解并可仍然在水中自由移动而不溶解(图9C和图9D)。
尽管本文已显示和描述本发明的优选实施方案，但将对本领域技术人员明显的是所述实施方案仅通过举例方式来提供。不意图本发明受限于说明书内提供的特定实例。尽管本发明已参照以上提及的说明书加以描述，但对本文实施方案的描述和说明不意图以限制性意义加以解释。在不脱离本发明的情况下，众多改变、变化和替代现将为本领域技术人员所想到。此外，应了解本发明的所有方面都不限于本文阐述的取决于多种条件和变量的特定描绘、配置或相对比例。应了解本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。因此，预期本发明也将涵盖任何所述替代方案、修改、变化或等效物。意图以下权利要求限定本发明的范围，并且在这些权利要求的范围内的方法和结构以及它们的等效物由所述权利要求涵盖。

Claims (18)

1.一种组合物，其包含一种或多种在所述组合物中具有至少3dL/g的特性粘度[η]的形成水凝胶的聚合物，通过乌别洛特粘度计测量，其中所述形成水凝胶的聚合物在所述组合物中的浓度CT为0.3-5mg/ml，
其包含至少第一聚合物衍生物和第二聚合物衍生物，其中所述第一聚合物衍生物包含第一修饰形式，并且所述第二聚合物衍生物包含第二修饰形式，所述第一修饰形式不同于所述第二修饰形式，并且所述第一聚合物衍生物能够与所述第二聚合物衍生物反应以形成所述水凝胶，其中所述组合物中所述第一聚合物衍生物与所述第二聚合物衍生物之间的质量比率为10:1至1:10；
其中所述聚合物选自由以下组成的组：透明质酸、其衍生物及其任何组合，
其中所述第一修饰形式和所述第二修饰形式各自独立地选自由以下组成的组：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合；
其中所述水凝胶具有以下中的至少一者：
1)不大于10.0Pa的储能模量G’，通过动态振荡剪切测试测量；
2)不大于0.2Pa·s的复数粘度，通过动态振荡剪切测试在大于100rad/s的频率下测量；和
3)至少10％的屈服应变，通过动态振荡应变扫描测试测量。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述形成水凝胶的聚合物中的至少一些以形成的水凝胶形式包含在所述组合物中。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述聚合物是亲水性的和/或水溶性的。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述聚合物包含用一种或多种选自由以下组成的组的修饰形式加以修饰的衍生物：丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、乙烯基砜、N-羟基丁二酰亚胺、醛、酮、碳二亚胺、碳酸酯、碘乙酰基、巯基烟酰胺、醌、硫醇、胺及其任何组合。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述衍生物具有3％至50％的平均修饰程度(DM)。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中所述第一聚合物衍生物与所述第二聚合物衍生物之间的摩尔比率为10:1至1:10。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述组合物中所述第一聚合物衍生物与所述第二聚合物衍生物之间的体积比率为10:1至1:10。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述第一聚合物衍生物具有第一DM，所述第二聚合物衍生物具有第二DM，并且所述第一DM与所述第二DM之间的比率为10:1至1:10。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一种或多种聚合物是透明质酸衍生物，所述第一聚合物衍生物是用一个或多个乙烯基砜基团加以修饰的透明质酸，所述第二聚合物衍生物是用一个或多个硫醇基团加以修饰的透明质酸，并且其中所述第一聚合物衍生物能够与所述第二聚合物衍生物反应以形成所述水凝胶。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述聚合物具有100,000至5,000,000道尔顿的平均分子量。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述组合物不包含不同于所述一种或多种聚合物的任何交联剂。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含磷酸盐缓冲液。
13.根据权利要求1-2中任一项所述的组合物，其具有3.5至9.0的pH。
14.由根据权利要求1-2中任一项所述的组合物形成的水凝胶。
15.根据权利要求14所述的水凝胶，所述水凝胶是生物可相容的。
16.根据权利要求14所述的水凝胶，其中所述水凝胶具有不大于其储能模量G’的100％的损耗模量G”，通过动态振荡剪切测试测量。
17.一种用于产生水凝胶的方法，所述方法包括：
a)提供根据权利要求1-2中任一项所述的组合物；和
b)使所述组合物经受能够形成所述水凝胶的条件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述经受包括在30℃至45℃下孵育所述组合物。
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