CN111902449A - 改性聚异丁烯基聚合物、制备方法以及医疗装置 - Google Patents

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Abstract

改性聚异丁烯基聚合物、其制备方法和含有该聚合物的医疗装置，其中，改性聚异丁烯基聚合物包含氨基甲酸酯基团、脲基团、或氨基甲酸酯‑脲基团，硬链段和软链段，其中，软链段包括含有苯氧基的聚异丁烯残基，并且硬链段包括二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。

Description

改性聚异丁烯基聚合物、制备方法以及医疗装置
背景技术
可植入医疗装置(例如电引线绝缘体、药物输注导管、人造聚合物盘等)需要具有生物稳定性得以改进的软且柔韧的聚合物及其构建体。广泛采用的硬度(durometer)为80A的软聚醚聚氨酯(例如，商品名为PELLETHANE、ELASTHANE、TECOTHANE的那些)具有所需的水解稳定性、机械性质和加工特性，因此已将其用于可植入医疗装置行业中。然而，这些材料易于氧化，氧化通常被认为由基于氧的自由基产生，其源自巨噬细胞或异物巨细胞或被金属离子催化。这些自由基可以从与聚醚软链段中醚官能团相邻的亚甲基中提取氢原子，导致断链。聚氨酯在体内观察到的氧化过程通常称为环境应力开裂(ESC)和金属离子氧化(MIO)。
自从1980年代初期观察到软聚醚-聚氨酯的氧化降解以来，可植入医疗装置行业一直在探索氧化稳定性得以改进的软80A聚氨酯，例如聚(二甲基硅氧烷)-聚氨酯或PDMS-聚氨酯(例如以商品名ELAST-EON和PURSIL可购得那些)和聚碳酸酯-聚氨酯(例如，以商品名BIONATE可购得的那些)。尽管其改进的氧化稳定性证据充分，但是由于各种原因，这些材料尚未被广泛采用。
与聚醚-聚氨酯相比，聚碳酸酯-聚氨酯具有更好的氧化稳定性；然而，一定程度上其仍然易被氧化。而且，软链段中的羧酸酯基团被认为在某些条件下是可水解的。最近已证明PDMS-聚氨酯易于水解，导致机械强度降低。应注意，不同于氧化，水解通常发生在整个聚合物中，因为水很容易扩散到整体(bulk)中。因此，整体机械性质受水解影响，而细胞介导的氧化主要发生在表面。
另一个障碍是PIB基聚氨酯的商业供应。PIB二醇难以制备。制备PIB二醇的常规方法包括两个反应：1)使异丁烯聚合并用烯丙基官能团封端聚合物链端；2)将聚合物链上的这些烯丙基官能团转化为羟基官能团。考虑到各步骤都需要从反应建立到产品纯化的整个过程，因此该路线既耗时又昂贵。PIB-二醇的制造也很昂贵，并且在该过程中需要许多昂贵的化学品。其中之一是引发剂。还有一种常规的想法是，用于聚合异丁烯的引发剂必须包含某些芳族结构，以确保有效引发并因此具有良好的产品质量。这些芳族引发剂的示例为：5-叔丁基-1,3-双(1-甲氧基-1-甲基乙基)苯(或“位阻二枯基醚”或“HDCE”)、1,3-双(1-氯-1-甲基乙基)-5-(1-二甲基乙基)苯(或称为1,3-双(1-氯-1-甲基乙基)-5-叔丁基苯或“位阻二枯基氯”或“HDCC”)。然而，这些芳族引发剂不是市售可购得的，并且制造成本高。
为了使PIB二醇基聚氨酯进入医疗器械应用中，需要降低成本并简化制备PIB二醇、因此的PIB基聚氨酯的过程。
发明内容
本公开提供了一种改性聚异丁烯基聚合物以及包含该聚合物的医疗装置。
在一个实施方式中，提供一种改性聚异丁烯基聚合物，其包含氨基甲酸酯基团、脲基团、或基甲酸酯-脲基团、硬链段和软链段，其中，软链段包括含苯氧基聚异丁烯残基，并且硬链段包括二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。
还提供了制备该聚合物的方法。
在另一实施方式中，提供了一种包括聚合物区域的医疗装置，所述聚合物区域包含本文所述的改性聚异丁烯基聚合物。该医疗装置包括：例如，可植入电引线、可植入电脉冲发生器或可植入机械装置。
本公开的聚合物是弹性体。“弹性体”是能够拉伸到其原始长度的约两倍并且在释放时缩回至其原始长度的聚合物。本公开的聚合物由两种或更多种不同单体制成。其可以是无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、星型嵌段共聚物、多嵌段共聚物(segmentedcopolymer)、或者它们的组合。优选地，聚合物是多嵌段共聚物(即，在任意聚合物链上包含多个硬结构域或链段和软结构域或链段)，并且基本由交替的相对软链段和相对硬链段组成。
如本文所用，“硬”链段是这样的链段：在使用温度下为晶体、或在高于使用温度的玻璃化转变温度下为无定形的，或在体温下的水饱和状态时，硬链段的Tg约为30℃(低于体温，但是高于软链段，通常为-100℃至-30℃)，“软”链段是玻璃化转变温度低于使用温度的无定形(即橡胶状)链段。结晶或玻璃状部分或硬链段是为聚合物增加相当大的强度和更高模量的部分。类似地，橡胶状部分或软链段是增加柔韧性和较低模量，但是可以增加强度(特别是例如经过应变结晶时)的部分。无规或交替的软链段和硬链段通过氨基甲酸酯基团、脲基团或氨基甲酸酯-脲基团连接，并且聚合物可以由羟基、胺和/或异氰酸酯基团或表面改性的端基封端。
本文中，“含苯氧基聚异丁烯残基”是指在这些残基中有一个氧原子与苯环相连的基团。
如本文所用，“烷基”是指一价基团，其是烷烃的残基，并且包括直链、支链、环状和双环烷基基团、以及它们的组合，包括未取代的和经取代的烷基。除非另外说明，否则烷基基团通常含有1至16个碳原子。在一些实施方式中，烷基基团包含1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子、或1至3个碳原子。在一些实施方式中，环烷基基团包含3至16个碳原子、3至10个碳原子、或3至6个碳原子。“烷基”的实例包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、异丁基、叔丁基、异丙基、正辛基、正庚基、乙基己基、环戊基、环己基、环庚基、金刚烷基、降冰片基等。
如本文所用，“烯基”是指一价基团，其是烯烃的残基，并且包括直链、支链、环状和双环烯基基团、以及它们的组合，包括未取代的和经取代的烯基。除非另外说明，否则烯基基团通常含有2至16个碳原子。在一些实施方式中，烯基基团包含2至10个碳原子、2至6个碳原子、或2至4个碳原子。在一些实施方式中，环烯基基团包含3至16个碳原子、3至10个碳原子、或3至6个碳原子。示例性“烯基”基团包括但不限于：乙烯基，正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基、异丁烯基、叔丁烯基、环己烯基等。
如本文所用，“炔基”是指一价基团，其是炔烃的残基，并且包括直链、支链、环状和双环炔基基团、以及它们的组合，包括未取代的和经取代的炔基。除非另外说明，否则炔基基团通常含有2至16个碳原子。在一些实施方式中，炔基基团包含2至10个碳原子、2至6个碳原子、或2至4个碳原子。在一些实施方式中，炔基基团包含3至16个碳原子、3至10个碳原子、或3至6个碳原子。“炔基”的示例包括但不限于：乙炔基、正丙炔基、正丁炔基、正戊炔基、异丁炔基、叔丁炔基、环己炔基等。
术语“芳基”是指一价基团，其是芳族的并且任选地是碳环的。芳基具有至少一个芳环。任何其他环可为不饱和的、部分饱和的、饱和的或芳族的。任选地，芳环可以具有一个或多个与芳环稠和的另外的碳环。除非另外说明，否则芳基基团通常含有6至18个碳原子。在一些实施方式中，芳基基团包含6至16个碳原子、6至12个碳原子、或6至10个碳原子。芳基基团的示例包括苯基、萘基、联苯基、菲基和蒽基。
“医疗装置”可以定义为在其操作过程中表面接触血液或其他体液的装置。例如，医疗装置可包括用于外科的体外装置，如血液氧合器、血液泵、血液传感器、用于携带血液等类似物质并将其返回到患者的接触血液等物质的管。医疗装置还包括植入到人体或动物体中的与血液接触的内假体，例如植入到血管中或心脏中的血管移植物、支架、支架移植物、医学电引线、留置导管、心瓣等。医疗装置还可包括用于临时血管内使用的装置，例如导管、导丝、球囊等，其被插入血管或心脏中以用于监测或修复。因此，医疗装置可以是可植入装置或可插入装置。
本文中，术语“包括”以及其变体在这些术语出现在说明书和权利要求的情况下不具有限制的含义。该术语将理解为暗示包括所述步骤或元素或者步骤或元素组而不排除任何其他步骤或元素或者步骤或元素组。“由……组成”是指包括但限于词组“由……组成”的列举。因此，词组“由……组成”是指所列元素是必须的或强制的，并且可以不存在其它元素。“基本由……组成”是指在词组中所列举的任何元素，但是限于其它不干扰或有助于本公开特定列举元素的活性或作用的元素。因此，词组“基本由……组成”指所列举元素是必需的或强制的，但是其他元素是可选的，并且可以出现或可以不出现，取决于它们是否实质影响所列举元素的活性或作用。在本说明书中以开放式语言叙述的任何元素或元素组合(例如，“包括”及其派生词)被认为另外以封闭式语言(例如，“由……组成”及其派生词)并且部分封闭式语言(例如，“基本由……组成”及其派生词)表达。
术语“优选”和“优选地”是指能够在特定条件下可以产生某些益处的本公开的实施方式。然而，在相同条件或其它情况下，其它权利要求也可以是优选的。此外，一个或多个优选权利要求的描述并不意味着其它权利要求是不可用的，并且不旨在将其他权利要求排除在本公开的范围之外。
在本说明书中，术语如“一个”、“一种”和“该”并不旨在于是指单数实体，而是包括可以使用特定示例进行说明的一般类别。术语“一个”、“一种”和“该”与“至少一个(种)”可以互换使用。跟随列表的短语“至少一个(种)”和“包括至少一个(种)”是指列表中的任何一项以及列表中两个或多个项目的任意组合。
除非文中另有明确说明，如本文所用的术语“或”通常以其通常的含义使用，包括“和/或”。
术语“和/或”是指所列元素中的一个或全部，或所列元素中的任意两个或更多个的组合。
同样在本文中，假定所有数字均由术语“约”修饰，并且在某些实施方式中，优选由术语“精确”修饰。如本文中结合所测量的量使用的，术语“约”是指本领域技术人员进行测量并运用与测量目的和所使用测量设备精度相称的谨慎水平所预期的经测量的量的变化。本文中，“至多”某数值(例如，至多50)包括该数值(例如，50)。
同样在本文中，使用端点描述数字范围包括该范围内包含的所有数字以及端点(例如，1-5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
如本文所用，术语“环境温度”或“室温”是指20℃至25℃或22℃至25℃的温度。
术语“在……范围中”或“在……范围内”(以及类似表述)包括所述范围的端点。
本文所公开的替代性要素或实施方式的分组不应解释为限制性的。各组成员都可被单独提及并要求保护，或与该组的其它成员或本文公开的其它成员的任意组合。预期由于便利和/或专利性的原因，可以包括或者删除组的一个或多个成员。在发生任何这种包括或者删除时，本文中认为说明书包括经修饰的组，因而满足所附权利要求书中使用的所有马库什组(Markush group)的书写描述。
无论是否有明确说明，当基团在本文所述的任何式中存在超过一个时，可独立选择各基团(或取代基)。例如，当超过一个R基团存在于式中时，各R基团独立地进行选择。
整个说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”或“某些实施方式”或“一些实施方式”等表示结合该实施方式描述的具体特征、构造、组成或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中，这些短语在各个地方的出现不一定是指本发明的相同实施方式。此外，具体特征、构造、组成或特性可以以任意方式组合在一个或多个实施方式中。
本公开的以上概述并非旨在描述本发明的各公开实施方式或每次实施。下面的描述更具体地举例说明了说明性实施方式。在整个申请中的多个地方，通过示例的列表提供了指导，这些示例可以以各种组合使用。在各种情况下，所列举的列表仅用作代表组，而不应解释为排他性列表。因此，本公开的范围不应限于本文描述的具体说明性结构，而是至少扩展到由权利要求的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。在本说明书中明确记载为替代选择的任意元素可以根据需要以任意组合明确地包括在权利要求中或从权利要求中排除。尽管这里可能已经讨论了各种理论和可能的机制，但是在任何情况下，此类讨论都不应限制可要求保护的主题。
附图简要说明
图1是包含本公开聚合物的引线的图示。
图2是图1所示引线的引线主体的横截面图。
图3是示例性引线主体的横截面。
图4是包含本公开聚合物的神经电引线的图示。
图5是包含本公开聚合物的神经药物递送引线的图示。
示例性实施方式的详述
本公开提供了一种改性聚异丁烯基聚合物以及包含该聚合物的医疗装置。
在一个实施方式中，提供一种改性聚异丁烯基聚合物，其包含氨基甲酸酯基团、脲基团、或基甲酸酯-脲基团、硬链段和软链段，其中，软链段包括含苯氧基聚异丁烯残基，并且硬链段包括二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。在某些实施方式中，本公开的改性聚异丁烯基聚合物包含氨基甲酸酯基团，并且在某些实施方式中，没有脲基团。该聚合物是弹性体。
与具有其它聚异丁烯残基且不含含苯氧基聚异丁烯残基的类似聚合物相比，使用具有含苯氧基聚异丁烯残基作为软链段产生了具有足够机械性能(特别是撕裂强度和化学稳定性)的聚合物。
在某些实施方式中，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，本公开的改性聚异丁烯基聚合物的重均分子量至少为10,000道尔顿。在某些实施方式中，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，本公开的改性聚异丁烯基聚合物的重均分子量为至多2,000,000道尔顿，或者至多1,000,000道尔顿。在某些实施方式中，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，本公开的改性聚异丁烯基聚合物的重均分子量为10,000道尔顿至2,000,000道尔顿，或者10,000道尔顿至1,000,000道尔顿。
聚氨酯包括如下结构的键：
Figure BDA0002698870210000071
该聚合物可以使用常规技术制备。典型地，聚氨酯由这样的方法制备：其中，一种或多种多官能异氰酸酯(例如，二异氰酸酯，包括脂肪族和芳族二异氰酸酯)与一种或多种多元醇(例如，二醇)反应以形成预聚物。所得预聚物可以与增链剂(例如，二醇)进一步进行反应。
聚脲包括如下结构的键：
Figure BDA0002698870210000072
该聚合物可以使用常规技术制备。典型地，聚脲由这样的方法制备：其中，一种或多种多官能异氰酸酯(例如，二异氰酸酯，包括脂肪族和芳族二异氰酸酯)与一种或多种多元胺(例如，二胺)反应以形成预聚物。所得预聚物可以与增链剂(例如，二醇)进一步进行反应。
聚氨酯-脲包括上述两种键。该聚合物可以使用常规技术制备。典型地，聚氨酯-脲由这样的方法制备：其中，一种或多种多官能异氰酸酯(例如，二异氰酸酯，包括脂肪族和芳族二异氰酸酯)与一种或多种多元胺(例如，二胺)以及一种或多种多元醇(例如，二醇)反应以形成预聚物。所得预聚物可以与增链剂(例如，二醇)进一步进行反应。
在某些实施方式中，本公开提供了一种制备如本文所述的含有含苯氧基聚异丁烯残基的改性聚异丁烯基聚合物的方法，所述方法包括：在有效形成含有含苯氧基聚异丁烯残基的改性聚异丁烯基聚合物的条件下使反应物混合，所述反应物包括：二异氰酸酯，任选的增链剂，含苯氧基聚异丁烯二醇、二胺或它们的组合以及任选的其它含软链段的二醇、二胺或它们的组合。该条件可以包括使用常规温度、压力等的常规预聚物技术。
软链段
本公开聚合物的软链段包括含苯氧基聚异丁烯残基。在某些实施方式中，本公开聚合物的软链段基本由含苯氧基聚异丁烯残基组成，其中可以存在少量其它软链段残基，但为仅不会改变聚合物性质的少量。在某些实施方式中，本公开聚合物的软链段由含苯氧基聚异丁烯残基组成，其中不存在其他软链段残基。
在某些实施方式中，软链段还可以包含其它残基。在某些实施方式中，其它软链段残基选自：聚(醚-碳酸酯)残基、聚丁二烯残基、氢化聚丁二烯残基、聚碳酸酯残基、聚醚残基、聚酯残基、聚硅氧烷残基、以及它们的组合，其可由二醇、二胺或其组合提供。
在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比为至多99:1，至多95:5或至多90:10。在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比为至少1:99，至少50:50或至少80:20。在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比范围为99:1至1:99、95:5至50:50、或90:10至80:20。
在某些实施方式中，软链段包括含苯氧基聚异丁烯残基。在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基源自含苯氧基聚异丁烯二醇、含苯氧基聚异丁烯二胺或它们的组合。在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基源自一种或多种含苯氧基聚异丁烯二醇。
在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基包括引发剂残基和含苯氧基聚异丁烯残基。
在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯化合物：
Figure BDA0002698870210000081
其中，R1是引发剂残基，各X独立地是-OH、-NH2、或-NHR2，各r独立地是1至20，n＝1-500，并且m＝1-500。各R2选自(C1-C16)烷基、(C3-C16)环烷基、(C2-C16)烯基、(C3-C16)环烯基、(C2-C16)炔基、(C3-C16)环炔基或(C6-C18)芳基。
在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯二醇：
Figure BDA0002698870210000091
其中，R1是引发剂残基，各r独立地是1至20，n＝1-500并且m＝1-500。
该引发剂残基可以包括芳族残基、脂肪族残基或者它们的组合。引发剂的示例包括：5-叔丁基-1,3-双(1-甲氧基-1-甲基乙基)苯(或“位阻二枯基醚”或“HDCE”)、1,3-双(1-氯-1-甲基乙基)-5-(1-二甲基乙基)苯(或称为1,3-双(1-氯-1-甲基乙基)-5-叔丁基苯或“位阻二枯基氯”或“HDCC”)、2,6-二氯-2,4,4,6-四甲基庚烷和2,5-二氯-2,5-二甲基己烷。
在某些实施方式中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯二醇：
Figure BDA0002698870210000092
其中，各r(独立地)＝1-20，n＝1-500，并且m＝1-500。
该PIB二醇可以通过一步合成路线来制备(将使异丁烯聚合和安装伯羟基合并在一步中)。该PIB二醇可用于制备具有足够机械性能和化学稳定性的适用于医疗装置的含苯氧基聚异丁烯聚氨酯。
即使已假设与更昂贵的引发剂相比，这些引发剂在引发阳离子聚合方面效率较低，但仍可以使用这些引发剂生产最终PIB二醇，其中，PIB二醇的官能度足以接近2.0，因此该PIB二醇可用于制备具有足够的机械性能和化学稳定性的适用于医疗装置的改性聚异丁烯聚氨酯。这将显著降低制造该聚氨酯的成本。
硬链段
本公开的改性聚异丁烯基聚合物包括硬链段，所述硬链段包含二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。
在某些实施方式中，二异氰酸酯残基源自：4,4’-亚甲基二苯基二异氰酸酯、4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、甲苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、3,3'-联甲苯胺(tolidene)-4,4'-二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯及它们的组合。在某些实施方式中，二异氰酸酯残基源自4,4’-亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)以有助于获得具有出色水解稳定性的聚合物。
在某些实施方式中，硬链段包含增链剂残基。在某些实施方式中，增链剂残基源自选自如下物质中的至少一种增链剂：脂肪族二醇、芳族二醇、脂肪族二胺、芳族二胺、以及它们的组合。在某些实施方式中，增链剂包括一种或多种脂肪族二醇。在某些实施方式中，脂肪族二醇增链剂包括一种或多种α,ω-(C1-C16)烷烃二醇。在某些实施方式中，增链剂包括1,2-乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或它们的组合。
在某些实施方式中，本公开的改性聚异丁烯基聚合物中软链段与硬链段的重量比为至多90:10，至多80:20或至多70:30。在某些实施方式中，本公开的改性聚异丁烯基聚合物中软链段与硬链段的重量比为至少10:90，至少30:70或至少40:60。在某些实施方式中，本公开的改性聚异丁烯基聚合物中软链段与硬链段的重量比范围为90:10至10:90、80:20至30:70、或70:30至40:60。
医疗装置
本公开还提供医疗装置。该装置包括聚合物区域，所述聚合物区域包含本文所述的改性聚异丁烯基聚合物。该医疗装置包括：例如，可植入电引线、可植入电脉冲发生器或可植入机械装置(例如，心室辅助装置、泵和人工瓣膜(例如人工心脏瓣膜)。
人工心脏瓣膜替代了天然心脏瓣膜的功能，以使人工瓣膜调节流经心脏的血液流量。一方面中，人工心脏瓣膜包括基底和多个聚合物瓣叶。各瓣叶具有联接到基底的根部，并且各瓣叶具有基本上与根部相对的边缘部分，并且可相对于根部移动以覆盖多个瓣叶中的至少一个其它瓣叶的相应边缘部分。
特别合适的医疗装置包括医疗引线。医疗引线用于医疗装置(如起搏器和神经刺激器)之间传输电信号。引线主体通常由一块具有圆形横截面外部和圆形横截面管腔的聚合物管制成。通常，将具有圆形横截面的盘绕金属电导体置于管腔中，以将其完全充满。管保护导体并使之绝缘。盘绕导体通常可以接收探针以帮助植入期间引线的定位和放置。医疗电引线有许多示例，包括例如美国专利号6,785,576(Verness)、美国专利号5,303,704(Molacek等人)、美国专利号5,999,858(Sommer等人)、美国专利号6,149,678(DiDomenico等人)、美国专利号4,947,866(Lessar等人)、美国专利号5,922,014(Warman等人)、美国专利号5,628,778(Kruse等人)、美国专利号4,497,326(Curry)、美国专利号5,443,492(Stokes等人)、和美国专利号7,860,580(Falk等人)。
在某些实施方式中，医疗装置是可植入电引线。在某些实施方式中，电引线是心脏引线或神经刺激引线。在某些实施方式中，可植入电引线包括电导体和设置在所述电导体上的包括本发明改性聚异丁烯基聚合物的层。在某些实施方式中，聚合物区域还包含治疗剂(例如，药物)。
作为医疗电引线的示例性实施方式，图1是包含本公开聚合物的引线组件10的图示。引线主体26带有四个电极，包括心室电极12和13以及心房电极14和15。引线主体内有四个导体，所述导体联接至各电极，并向近端延伸到相应的电连接器。引线组件10的近端具有双列直插式连接器组件，其包括联接至电极12的连接器插针(pin)16、联接至电极13的连接器环18、联接至电极14的连接器插针20，以及联接至电极15的连接器环22。管心针(stylet)24可以25插入引线穿过插针16中以使其变硬以辅助植入。
图1的引线主体26优选由硅橡胶、聚氨酯或其它可植入聚合物制成。特别是，引线主体26优选由本公开的聚合物制成。
如图1中的电极12、13、14和15优选由铂合金或30其它生物相容金属制成。连接器16、18、20和22优选由不锈钢或其它生物相容金属制成。
如图所示，引线包括电极，所述电极可以用作传递刺激脉冲的装置以及用作感测生理电信号的装置。还应理解，根据本公开的引线还可以包括用于感测其它生理参数(例如，压力、氧饱和、温度或pH)的装置。引线可以包括仅电极、仅其它生理传感器、或两者的组合。
图2是穿过引线主体26的横截面。在该视图中可见，引线主体26设置有4个饼状或大致三角形的管腔。第一管腔44包含第一盘绕导体43。第二管腔46包含第二盘绕导体45。第三管腔48包含第三盘绕导体47。第四管腔50包含第四盘绕导体49。导体43、45、47和49优选由MP35N合金或其它生物相容金属制成。在图中，各盘中导体显示为多丝线圈；然而，也可以使用单丝线圈。
四个导体中的一个联接至插针16，并且用于接收管心针。引线主体可以在其整个长度上采用所示多管腔构造，并且电极14和15远端的两个管腔未使用。或者，在通常用于双极起搏引线中的具有同轴或并排双管腔构造的引线主体的转变可能发生在电极14和15处或电极14和15处远端。如在横截面中所见，代表性的第四管腔50具有三个壁，各壁的曲率半径均显著大于导体线圈的曲率半径。这些壁包括两个基本为平面的壁51和52，各壁均沿主体的半径延伸；以及外部弯曲壁53，其沿引线主体的外周延伸。壁沿拐角55、57和58彼此连接，如在该横截面中所见，各拐角的曲率半径均显著小于导体线圈的曲率半径。
在某些实施方式中，导体的线圈与管腔的内表面之间的接触将限于管腔内表面中曲率半径比导体线圈大得多的那些部分。因此，接触将限于离散的接触点，而不是沿着单个线圈的相当长的长度，如在采用圆形线圈和类似尺寸的圆形管腔的现有引线中所发生的那样。接触只会沿着壁51、52和53发生，而不会发生在拐角55、57和59中。沿着引线的长度，单个线圈将会接触所有三个壁51、52和53上的多个点。
本发明的医疗电引线包括本公开的聚合物材料作为引线主体26的一部分或全部，但是理论上其可以应用于引线主体上的任何绝缘体。
图3是另一示例性引线主体的横截面，显示了多个绝缘层：初级绝缘层1，其包覆导体；第二绝缘层2，其包括用于导体的管腔；以及第三外绝缘层3。本公开的聚合物形成了任意这些绝缘层的部分或所有。
医疗神经引线用于插入身体，用于将治疗剂(即，药物)和/或电信号传输到身体器官(如脊髓或脑)，用于缓解急性和慢性疼痛、疾病的急性和慢性治疗等。这些引线用于可编程的电子可植入装置中，可以在为了人类利益的治疗计划中递送药物和/或电刺激。
可植入电装置能够通过干扰疼痛信号在脊髓和大脑中的传输来缓解慢性的无法手术的疼痛。可植入药物递送装置能够递送缓解疼痛的药物以达到相同的急剧效果。两种类型的装置也都能够提供用于治疗多种疾病的新疗法。电装置的优点在于通常不需要使用药物。使用药物递送装置的一个优点是，药物剂量相对于其他疗法减少了，因为药物被直接递送至所需的治疗位置，而不是遥远位置(如四肢的血管)，并且无需担心身体消除或化学相互作用。
对于电子装置，电刺激通常通过有线引线从装置递送至身体，再递送至电极。在引线的远端上，电极位于并暴露于身体，并且引线通常延伸入脊髓的硬膜外腔并沿着脊髓的硬膜外腔延伸，或在外科手术钻孔处延伸入大脑。需要时，引线也可以是皮下的。作为示例，引线可以从在锁骨上方、皮肤下方植入的装置延伸到颅骨顶部的钻孔，然后深入脑组织。
出于本说明书的目的，药物递送装置也被认为是“神经引线”，其导管以类似的方式延伸。尽管有可能变化，但是在所述应用中的引线通常是壁光滑的塑料管状构件。医学神经引线有许多示例，包括例如美国专利号5,058,584(Bourgeois)，美国专利号5,865,843(Baudino)、美国专利公开号2008/0275429号(Sage)。医疗神经引线包括：例如，桨状引线、直列式圆柱状引线和药物递送导管。这些引线/导管可以放置在许多位置。电极引线用于硬膜外腔、大脑本身、骶神经根(sacral root)和血管内。如美国专利号5,282,468(Klepinski)的袖带式(Cuff-type)电极，可以安装在神经束或神经纤维周围。药物递送导管可以放置在脊柱内/附近或血管系统内的任何位置。本公开的聚合物材料可用作引线主体的全部或一部分，用作绝缘体、用作内层或外层等。
参见图4和图5，本公开的示例性引线包括远端部分10以及相关联的中央部分和近端部分(未显示)。如本领域普通技术人员已知的，如果是电的，则引线可以连接到电信号发生装置(下文称为“信号发生器”)，该电信号发生装置可以全部或部分地植入或不植入人体内。如果引线是药物递送引线，则引线可以连接到药物泵，药物泵也可以植入或不植入。在任一种情况下，引线都意图具有至少一部分接合在身体的组织中。取决于应用，引线可以接合引线近端、中央或远端部分中的组织。引线可能会或可能不会进入围绕脊髓的硬膜外腔，或者引线可能会通过颅骨进入大脑。通常，引线是基本细长的，其长度尺寸是其宽度尺寸的一百倍或更多倍。
同样，如果是电的，如图4中，引线410可以包括一个或多个电极，如以412表示的电极。电极可以是环形的，围绕引线30的主体，或者为其它形状或形式。如果是药物递送引线，如图5中，引线522可以代替电极或除电极之外还包括一个或多个用于将药物从药物泵传输到身体的开口。
引线410或522的横截面通常希望是圆形的，但是可以考虑变化。为了说明，着眼于图4的电引线，绝缘环形外部引线护套或主体414围绕导电内部芯体416，如虚线所示。芯体416经常采取螺旋缠绕或盘绕线的形式，与远端电极和近端信号发生器互连。引线的绕线方向为右手或左手，顺时针或逆时针。如需要，尽管目前没有预期，但是引线也可以包括附加的中间层或其它层或其它部件。
图4显示了具有螺旋沟槽418和相关螺旋平台420的电引线。图5显示出药物递送引线或导管，其具有围绕液体输送内部开口芯体或通道526的液体绝缘环形外部引线护套或主体524，如虚线所示。
具体实施方式
实施方式1是一种改性聚异丁烯基聚合物，其包含(或基本由如下组成或由如下组成)：氨基甲酸酯基团、脲基团、或基甲酸酯-脲基团，硬链段和软链段，其中，软链段包括(或基本由如下组成或由如下组成)含苯氧基聚异丁烯残基，并且硬链段包括(或基本由如下组成或由如下组成)二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。
实施方式2是实施方式1的改性聚异丁烯基聚合物，其包含氨基甲酸酯基团。
实施方式3是实施方式1或2的改性聚异丁烯基聚合物，其中，二异氰酸酯残基源自：4,4’-亚甲基二苯基二异氰酸酯、4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、甲苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、3,3'-联甲苯胺-4,4'-二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯及它们的组合。
实施方式4是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，硬链段包含增链剂残基。
实施方式5是实施方式4的改性聚异丁烯基聚合物，其中，增链剂残基源自选自如下物质中的至少一种增链剂：脂肪族二醇、芳族二醇、脂肪族二胺、芳族二胺、以及它们的组合。
实施方式6是实施方式5的改性聚异丁烯基聚合物，其中，增链剂包括脂肪族二醇。
实施方式7是实施方式6的改性聚异丁烯基聚合物，其中，脂肪族二醇增链剂包括α,ω-(C1-C16)烷烃二醇。
实施方式8是实施方式7的改性聚异丁烯基聚合物，其中，增链剂包括1,2-乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或它们的组合。
实施方式9是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段还包含其它软链段残基。
实施方式10是实施方式9的改性聚异丁烯基聚合物，其中，其它软链段残基选自：聚(醚-碳酸酯)残基、聚丁二烯残基、氢化聚丁二烯残基、聚碳酸酯残基、聚醚残基、聚酯残基、聚硅氧烷残基、以及它们的组合。
实施方式11是实施方式9或10的改性聚异丁烯基聚合物，其中，其它软链段残基源自：二醇、二胺或它们的组合。
实施方式12是实施方式9至11中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比为至多99:1(或至多95:5或至多90:10)。
实施方式13是实施方式9至12中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比为至少1:99(或至少50:50或至少80:20)。
实施方式14是实施方式12或13的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比范围为99:1至1:99(或95:5至50:50、或90:10至80:20)。
实施方式15是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基源自：含苯氧基聚异丁烯二醇、含苯氧基聚异丁烯二胺、或它们的组合(优选二醇)。
实施方式16是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基包括含芳族且含苯氧基的聚异丁烯残基。
实施方式17是实施方式16的改性聚异丁烯即聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯化合物：
Figure BDA0002698870210000151
其中，R1是引发剂残基，各X独立地是-OH、-NH2、或-NHR2，各r独立地是1至20，n＝1-500，并且m＝1-500。各R2选自(C1-C16)烷基、(C3-C16)环烷基、(C2-C16)烯基、(C3-C16)环烯基、(C2-C16)炔基、(C3-C16)环炔基或(C6-C18)芳基。
实施方式18是实施方式17的改性聚异丁烯即聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯二醇：
Figure BDA0002698870210000161
其中，R1是引发剂残基，各r独立地是1至20，n＝1-500并且m＝1-500。
实施方式19是实施方式18的改性聚异丁烯即聚合物，其中，含苯氧基聚异丁烯残基源自下式的含苯氧基聚异丁烯二醇：
Figure BDA0002698870210000162
其中，各r(独立地)＝1-20，n＝1-500，并且m＝1-500。
实施方式20是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段与硬链段的重量比为至多90:10(或至多80:20，或至多70:30)。
实施方式21是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段与硬链段的重量比为至少10:90(或至少30:70，或至少40:60)。
实施方式22是实施方式25或26的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段与硬链段的重量比范围为90:10至10:90(或80:20至30:70、或70:30至40:60)。
实施方式23是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，其重均分子量为至少10,000道尔顿。
实施方式24是前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，其重均分子量为至多2,000,000道尔顿(或至多1,000,000道尔顿)。
实施方式25是实施方式28或29的改性聚异丁烯基聚合物，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，其重均分子量为10,000道尔顿至2,000,000道尔顿(或10,000道尔顿至1,000,000道尔顿)。
实施方式26是一种包含聚合物区域的医疗装置，所述聚合物区域含有前述实施方式中任一项的改性聚异丁烯基聚合物。
实施方式27是实施方式31的医疗装置，其包括可植入电引线、可植入电脉冲发生器或可植入机械装置。
实施方式28是实施方式27的医疗装置，其包括可植入电引线。
实施方式29是实施方式28的医疗装置，其中，可植入电引线包括电导体和设置在所述电导体上的包括本发明改性聚异丁烯基聚合物的层。
实施方式30是实施方式28或29的医疗装置，其中，电引线是心脏引线或神经刺激引线。
实施方式31是实施方式26至30的医疗装置，其中，聚合物区域还包含治疗剂。
实施方式32是一种包含细长引线主体的医疗装置，所述细长引线主体含有聚合物材料，其中，聚合物材料含有实施方式1至25中任一的改性聚异丁烯基聚合物。
实施方式33是实施方式32的医疗装置，其为医疗电引线或神经引线(neurological lead)形式。
实施方式34是一种医疗电引线，其包括：
细长引线主体，具有沿所述引线主体纵向延伸的第一管腔；以及
位于所述管腔中并且沿所述管腔纵向延伸的导体；
其中，引线主体含有聚合物材料，其中，聚合物材料含有实施方式1至25中任一项的改性聚异丁烯基聚合物。
实施方式35是用于电信号传导和/或药物递送的医疗神经引线，其包含：
具有远端部分、中心部分和近端部分的细长主体；
其中，主体包括延伸至所述远端部分的递送装置；并且
其中，细长引线主体含有聚合物材料，其中，聚合物材料含有实施方式1至25中任一项的改性聚异丁烯基聚合物。
实施方式36是实施方式35的引线，其中，递送装置包括电信号递送装置。
实施方式37是实施方式36的引线，其中，电信号递送装置是具有至少一个电极的可植入引线。
实施方式38是实施方式35的引线，其中，递送装置包括药物递送装置。
实施方式39是实施方式38的引线，其中，药物递送装置包括导管。
实施方式40是实施方式35至39中任一项的引线，其中，聚合物材料是聚合物绝缘材料。
实施方式41是一种制备如实施方式1至25中任一项所述的改性聚异丁烯基聚合物的方法，所述改性聚异丁烯基聚合物含有含苯氧基聚异丁烯残基，其中，所述方法包括：在有效形成含有含苯氧基聚异丁烯残基的改性聚异丁烯基聚合物的条件下使反应物混合，所述反应物包括：二异氰酸酯、任选的增链剂、含苯氧基聚异丁烯二醇、二胺或它们的组合以及任选的其它含软链段的二醇、二胺或它们的组合。
实施例
本公开的目的和优点通过本文提供的实施例进行进一步说明。在这些实施例中所述的特定材料及其量以及其它条件和细节仅是示例性的，而非旨在于进行限制。在仔细阅读本公开的全部内容之后，本领域普通技术人员将能够使用除了实施例中具体描述的材料和条件之外的材料和条件。
材料
直接使用4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)(MDI，奥德里奇公司(Aldrich)，98％)，1,4-丁二醇(BDO，奥德里奇公司，99％)，甲苯(无水，奥德里奇公司，99.8％)，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc，使用无水，无水，奥德里奇公司，99.8％)和1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP，无水，奥德里奇公司，99.5％)。
含苯氧基PIB二醇可以基于先前在美国专利号8,344,073(Storey等人)中所述的方法制备。含苯氧基PIB二醇随后在实施例1中转化为聚氨酯。
表征方法
在Bruker Avance III HD光谱仪(400MHz)上进行了核磁共振(NMR)实验。将样品溶解在THF-d8中以进行1H或13C NMR。
聚合物的分子量通过尺寸排阻色谱(SEC)系统确定，该系统由Agilent 1260注射系统、Wyatt OPTILAB T-Rex折射检测器和Wyatt DAWN Heleos II多角度激光散射检测器组成。THF是洗脱液。SEC在40℃下运行。数据由Astra 7处理。
衰减全反射(ATR)傅里叶变换红外光谱(FTIR)实验是在环境条件下，以4cm-1分辨率使用32次扫描，在带有Ge晶体的Bruker Tensor 27上进行。
反应方案
含苯氧基聚异丁烯二醇和相应的聚异丁烯聚氨酯
Figure BDA0002698870210000191
实施例1
由含苯氧基聚异丁烯制备聚氨酯
使用预聚物方法合成具有含苯氧基PIB作为软链段、并且MDI/BDO作为硬链段的聚氨酯(PU)。软链段与硬链段的比率为70:30。例如，在N2气氛下，将含有甲苯(40mL，无水)和含苯氧基PIB二醇(1.65g，0.3mmol)的溶液缓慢加入经预热的烧瓶(90℃)中，该烧瓶中包括搅拌棒和MDI(4.2g，16.8mmol)。在所有PIB二醇与MDI反应后，将含有DMAc(40mL，无水)和BDO(1.1g，12.2mmol)的溶液缓慢加入烧瓶中。然后，聚合在100℃下进行20小时。PIB-PU产物(17.0g，产率：95.5％)从甲醇中析出，然后在真空烘箱中在50℃下干燥。NMR和FTIR证实产物为聚氨酯。SEC显示出Mn为31kg·mol-1并且Mw为52kg·mol-1。
在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对本领域普通技术人员而言，本发明的各种修改和变更将变得显而易见。应该理解的是，本发明并不意图由本文所阐述的说明性实施方式和实施例进行过度限制，并且这些实施例和实施方式仅通过示例的方式提供，而本发明的范围仅由所附权利要求书来限制。

Claims (13)

1.一种改性聚异丁烯基聚合物，其包含氨基甲酸酯基团、脲基团或氨基甲酸酯-脲基团、硬链段和软链段，其中，软链段包括含苯氧基的聚异丁烯残基，并且硬链段包括二异氰酸酯残基和任选的增链剂残基。
2.如权利要求1所述的改性聚异丁烯基聚合物，其包含氨基甲酸酯基团。
3.如权利要求1或2所述的改性聚异丁烯基聚合物，其中，硬链段包含增链剂残基。
4.如权利要求1、2或3所述的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段包括含苯氧基的聚异丁烯残基。
5.如权利要求1、2、3、或4所述的改性聚异丁烯基聚合物，其中，软链段与硬链段的重量比范围为90:10至10:90。
6.如所述权利要求中任一项所述的改性聚异丁烯基聚合物，其还包含其它软链段残基。
7.如权利要求6所述的改性聚异丁烯基聚合物，其中，含苯氧基的聚异丁烯残基与其它软链段残基的重量比范围为99:1至1:99。
8.如上述权利要求中任一项所述的改性聚异丁烯基聚合物，通过具有多角度激光光散射检测的凝胶渗透色谱进行测定，其重均分子量为10,000道尔顿至2,000,000道尔顿。
9.一种包含聚合物区域的医疗装置，所述聚合物区域含有如上述权利要求中任一项所述的改性聚异丁烯基聚合物。
10.如权利要求9所述的医疗装置，其包括可植入电引线、可植入电脉冲发生器或可植入机械装置。
11.如权利要求10所述的医疗装置，其包括可植入电引线。
12.如权利要求9所述的医疗装置，其中，聚合物区域还包含治疗剂。
13.一种制备如权利要求1至8中任一项所述的改性聚异丁烯基聚合物的方法，所述改性聚异丁烯基聚合物含有含苯氧基的聚异丁烯残基，所述方法包括：在有效形成含有含苯氧基的聚异丁烯残基的改性聚异丁烯基聚合物的条件下使反应物混合，所述反应物包括二异氰酸酯，任选的增链剂，含苯氧基的聚异丁烯二醇、二胺或它们的组合以及任选的其它含软链段的二醇、二胺或它们的组合。
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