CN116648472A

CN116648472A - 生物活性的合成共聚物、生物活性的大分子及其相关方法

Info

Publication number: CN116648472A
Application number: CN202080108258.7A
Authority: CN
Inventors: 张珮丽; 郭佳怡; 张祐瑱; 朴恩珠
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2023-08-25
Also published as: WO2022093106A1; EP4237464A4; JP2023554220A; US20230399457A1; EP4237464A1

Abstract

本公开提供了生物活性的合成共聚物，其具有包含一个或多个由通式(I)表示的重复单元和一个或多个由通式(II)表示的重复单元的聚(降冰片烯)主链。本公开还提供了生物活性的大分子、包含所述生物活性的合成共聚物的材料、制备所述生物活性的合成共聚物的方法和制备所述生物活性的大分子的方法。

Description

生物活性的合成共聚物、生物活性的大分子及其相关方法

技术领域

本公开广泛地涉及生物活性合成共聚物、生物活性大分子和包含所述生物活性合成共聚物的材料。本公开还涉及制备所述生物活性合成共聚物、所述生物活性大分子和所述材料的方法。

背景

多年来，对生物的生物学和生理学的更好了解导致人们认识到使用替代材料来提高或取代生物学系统中现有功能的潜力。

然而，确定一种同时满足机械和生物学要求以在生物学系统中或与生物学系统一起理想地发挥功能的合适材料经常具有挑战性。

这是因为具有所需生物学特性的生物活性分子(例如胶原、壳聚糖等)经常缺乏有用的生物医学应用所需的机械强度。例如，许多这样的生物活性分子是非常吸湿的并且在吸收水分后以凝胶形式存在，使得它们太弱而不能单独用于承重生物医学应用如可植入装置。

另一方面，具有优异机械特性的合成材料缺乏被适当地用于需要与生物学系统持续相互作用的应用所需的生物学属性。例如，许多这样的合成材料在插入人体时能够引起异物反应(FBR)。这会导致在植入部位周围引发炎症和其它类型的不良免疫反应。

将这些不同的材料组合，希望所得材料能够同时实现所需的生物学和机械性能，也是有挑战性的。这是因为生物活性分子如肽和糖经常与合成聚合物不相容，因为前者是亲水性的，而后者是疏水性的。

因此，将所述两种不同的材料物理共混在一起经常会导致所述两种互不相容的材料的相分离，使得所获得的整个材料无效。

它们的亲水性的固有差异同样使得从这些材料化学合成生物活性聚合物极其困难，尤其是当这些材料的分子量相对较高时。这是在尝试将这两种化学上不同类型的材料化学组合在一起时需要克服的各种复杂的化学障碍(例如潜在的高分子内反应性、不希望的副产物化学浸出等)之外的障碍。

鉴于上述情况，需要解决或至少改善上述问题。特别地，需要提供解决或至少改善上述问题的生物活性合成共聚物、生物活性大分子、包含所述生物活性合成共聚物的材料和相关方法。

概述

在一个方面，本公开提供了具有聚(降冰片烯)主链的生物活性的合成共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(I)表示的重复单元和一个或多个由通式(II)表示的重复单元：

其中

R¹是任选取代的烷基；

R²选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；

R³选自H，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；

L是亚杂烷基；

X包含选自下组的生物活性的结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；

Y¹包含合成聚合物或者其部分；并且

Z¹和Z²各自独立地选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

在一个实施方案中，通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相差不超过通式(II)的分子量的30％。

在一个实施方案中，L是具有20个碳原子至300个碳原子的亚杂烷基。

在一个实施方案中，L是聚乙二醇(PEG)。

在一个实施方案中，L是具有介于500和7,000之间的数均分子量的聚乙二醇(PEG)。

在一个实施方案中，R¹是C₁-C₄烷基，并且R²选自C₁-C₂₀烷基，C₂-C₂₀烯基，C₂-C₂₀炔基，C₁-C₂₀烷氧基，C₁-C₂₀烷氧基烷基，C₂-C₂₀烷基羰基或者C₃-C₂₀烷基羰基烷基。

在一个实施方案中，R¹是直链或支化的C₁-C₄烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基或者叔丁基，并且R²是直链或支化的C₁-C₂₀烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基或者癸基。

在一个实施方案中，Z¹和Z²都是CR^aR^b，其中R^a和R^b各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

在一个实施方案中，X包含选自下组的蛋白质、肽或者糖：肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原模拟物，胶原片段，硫酸肝素，葡糖胺基葡聚糖(GAG)和它们的衍生物。

在一个实施方案中，X选自下组：RGD，SRGDS，RGDS，A5G81(AGQWHRVSVRWGC)，SVVYGLR，(IRIK)₂，(IKKI)₃，肝素寡糖DP8，DP10，DP12，DP14，DP16，DGEA，(PHypG)_n型序列，(PGHyp)_n型序列，(HypGP)_n型序列，(HypPG)_n型序列，(GHypP)_n型序列，(GPHyp)_n型序列和透明质酸。

在一个实施方案中，X包含抗生素、抗微生物、抗菌结构部分、血液稀释剂或消炎剂。

在一个实施方案中，X包含选自下组的抗生素、抗微生物剂、抗菌剂、血液稀释剂或消炎剂：青霉素、阿莫西林、两性霉素、环丙沙星(CIF)、阿托伐他汀、阿司匹林、链霉素、核糖霉素和庆大霉素。

在一个实施方案中，Y¹由通式(III)表示：

其中

A选自单键，氧基，羰基，氧基羰基，羧基，任选取代的烷氧基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基，任选取代的烷基羰基烷基，任选取代的羧基烷基，任选取代的氧基羰基烷基，任选取代的烷基羧基烷基，或者任选取代的烷氧基羰基烷基；

B任选地作为选自1,2,3-三唑或琥珀酰亚胺的环存在；

R⁵选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；

Y²选自下组：聚丙烯(PP)，聚酯，聚乳酸(PLA)，聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)，聚(己内酯)(PCL)，聚苯乙烯(PS)，聚丙烯酸酯，聚(甲基)丙烯酸酯，聚酰胺(PA)，和其部分；并且

T是选自下组是末端基团：氢，卤素，羟基，氨基，酰基，巯基，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基，任选取代的烷基羰基烷基，任选取代的羧基烷基，任选取代的氧基羰基烷基，任选取代的烷基羧基烷基或者任选取代的烷氧基羰基烷基。

在一个实施方案中，Y¹选自以下通式(IIIa)，(IIIb)，(IIIc)，(IIId)，(IIIe)或者(IIIf)：

在一个方面，本公开提供了制备本文中公开的生物活性合成共聚物的方法，所述方法包括：

在催化剂存在下聚合一种或多种由通式(IV)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(V)表示的合成大分子，以获得所述生物活性的合成共聚物：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

Y¹包含合成聚合物或者其部分；并且

在一个实施方案中，所述催化剂包含钌配合物。

在一个实施方案中，所述方法包括开环易位聚合(ROMP)。

在一个方面，本公开提供了用于制备本文中公开的共聚物的、由通式(IV)表示的生物活性大分子：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

X包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；并且

Z¹选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

在一个方面，本公开提供了制备本文中公开的生物活性大分子的方法，所述方法包括：

(i)提供具有通式(VI)的二羧酸酐：

其中Z¹选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；

(ii)使所述具有通式(VI)的二羧酸酐与二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂反应以获得具有通式(VII)的胺：

其中

R¹是任选取代的烷基；

R³和R⁴各自独立地选自H，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基，其中R³和R⁴中至少一个是H；

L是亚杂烷基；并且

Z¹选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；

(iii)使所述具有通式(VII)的胺与含有酸的生物活性结构部分X-C(＝O)OH反应以获得所述生物活性大分子，其中X包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物。

在一个实施方案中，所述方法还包括在使所述具有通式(VII)的胺与X-C(＝O)OH反应的步骤之前纯化所述具有通式(VII)的胺，以除去杂质。

在一个实施方案中，所述纯化步骤包括双中和步骤.。

在一个实施方案中，所述双中和步骤包括用酸洗涤的第一步骤和用碱洗涤的第二步骤。

在一个方面，本公开提供了用于药物的材料，其包含本文中公开的共聚物。

在一个实施方案中，所述材料是选自下组的器械的一部分：伤口敷料，皮肤支架，骨支架，类器官支架，植入物，和医疗器械。

定义

本文中使用的术语“聚合物”是指包含重复单元并通过聚合过程产生的化合物。构成聚合物的单元通常衍生自单体和/或大分子单体。聚合物通常包含许多结构单元的重复。

本文中使用的术语“单体”或“大分子单体”是指化学实体，其可以共价连接至一个或多个这样的实体以形成聚合物。

本文中使用的术语“生物活性的”广义地指具有生物学效应、优选对活生物体、组织或细胞的期望的或积极的生物学效应的性质。

本文中使用的术语“生物相容的”广义地指与生物学系统或生物学系统的部分相容而基本上不或不显著引起不良生理反应如毒性反应、免疫反应、损伤等的性质。这样的生物学系统或部分包括血液、细胞、组织、器官等。

术语“键”是指化合物或分子中原子之间的连接。键可以是单键、双键或三键。

在下文的许多取代基的定义中，声明“该基团可以是末端基团或桥连基团”。这意图表示该术语的使用意图包括所述基团是末端基团/结构部分的情况以及所述基团是分子的两个其它部分之间的连接基团的情况。以具有1个碳原子的术语“烷基”为例，应当理解，当作为末端基团存在时，具有1个碳原子的术语“烷基”可以表示-CH₃，而当作为桥连基团存在时，具有1个碳原子的术语“烷基”可以表示-CH₂-等。

作为基团或基团的一部分的术语“烷基”是指具有1至20个碳原子、1至10碳原子、1至6个碳原子或者1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的直链或支化的脂肪族烃基。合适的直链和支化的烷基取代基的实例包括甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

作为基团或基团的一部分的术语“烯基”表示含有至少一个碳-碳双键并且可以是直链或支化的、在链中具有2至20个碳原子、2至10个碳原子、2至6个碳原子或者2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的脂肪族烃基。所述基团可以含有多个双键，并且每个双键的取向独立地是E或Z。示例性的烯基包括但不限于乙烯基(ethenyl)、乙烯基(vinyl)、烯丙基、1-甲基乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1,3-丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1,3-戊二烯基、2,4-戊二烯基、1,4-戊二烯基、3-甲基-2-丁烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1,3-己二烯基、1,4-己二烯基、2-甲基戊烯基、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯基、1-辛烯基、2-辛烯基、3-辛烯基、1-壬烯基、2-壬烯基、3-壬烯基、1-癸烯基、2-癸烯基、3-癸烯等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

作为基团或基团的一部分的术语“炔基”表示含有至少一个碳-碳三键并且可以是直链或支化的、在链中具有2至20个碳原子、2至10个碳原子、2至6个碳原子或者2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的脂肪族烃基。所述基团可以含有多个三键。示例性的炔基包括但不限于乙炔基、丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、3-甲基-1-丁炔基、4-戊炔基、1-己炔基、2-己炔基、5-己炔基、1-庚炔基、2-庚炔基、6-庚炔基、1-辛炔基、2-辛炔基、7-辛炔基、1-壬炔基、2-壬炔基、8-壬炔基、1-癸炔基、2-癸炔基、9-癸炔基等。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“亚杂烷基”是指一个或多个-CH₂-被选自O、NR、Si、P或S的杂原子替代的亚烷基，其中R是氢或本文中所定义的烷基。术语“亚杂烷基”可以是线性的、支化的或环状的，并且含有至多500个碳原子。

本文中使用的术语“烷氧基”是指直链或支化的烷氧基。实例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、叔丁氧基等。

本文中使用的术语“烷氧基烷基”意图广义地指含有-R-O-R'的基团，其中R和R'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“烷基羰基”意图广义地指含有-R-C(＝O)-的基团，其中R是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“烷基羰基烷基”意图广义地指含有-R-C(＝O)-R'的基团，其中R和R'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“羧基烷基”意图广义地指含有-C(＝O)-O-R的基团，其中R是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“氧羰基烷基”意图广义地指含有-O-C(＝O)-R的基团，其中R是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“烷基羧基烷基”意图广义地指含有-R-C(＝O)-O-R'的基团，其中R和R'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“烷氧基羰基烷基”意图广义地指含有-R-O-C(＝O)-R'的基团，其中R和R'是本文中所定义的烷基。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

本文中使用的术语“氧基”意图广义地指含有-O-的基团。

本文中使用的术语“羰基”意图广义地指含有-C(＝O)-的基团。

本文中使用的术语“氧羰基”意图广义地指含有-O-C(＝O)-的基团。

本文中使用的术语“羧基”意图广义地指含有-C(＝O)-O-R的基团，其中R是氢或有机基团。

术语“卤素”表示氯、氟、溴或碘。术语“卤代”表示氯代、氟代、溴代或碘代。

术语“胺基”等意图广义地指含有-NR₂的基团，其中R独立地是氢或有机基团。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

术语“酰胺基”等意图广义地指含有-C(＝O)NR₂的基团，其中R独立地为氢或有机基团。所述基团可以是末端基团或者桥连基团。

当用于描述化学结构或结构部分时，术语“任选取代的”是指其中其氢原子中的一个或多个任选地被化学结构部分或官能团例如醇、烷氧基、烷酰氧基、烷氧基羰基、烯基、烷基(例如甲基、乙基、丙基、叔丁基)、炔基、烷基羰氧基(-OC(O)烷基)、酰胺(-C(O)NH-烷基-或-烷基NHC(O)烷基)、胺(例如烷基氨基、芳基氨基、芳基烷基氨基)、芳基、芳氧基、偶氮、氨基甲酰基(-NHC(O)O-烷基-或-OC(O)NH-烷基)、甲酰氨基(例如CONH₂以及CONH-烷基、CONH-芳基和CONH-芳基烷基)、羧基、羧酸、氰基、酯、醚(例如甲氧基、乙氧基)、卤代、卤代烷基(例如-CCl₃，-CF₃，-C(CF₃)₃)、杂烷基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、腈、硝基、磷酸二酯、硫化物、磺酰氨基(例如SO₂NH₂)、砜、磺酰基(包括烷基磺酰基、芳基磺酰基和芳基烷基磺酰基)、亚砜、硫醇(例如巯基、硫醚)或脲(-NHCONH-烷基-)替代的化学结构或结构部分。

本文中使用的术语“微米”应广义地解释为包括约1微米至约1000微米的尺寸。

本文中使用的术语“纳米”应广义地解释为包括小于约1000nm、小于约500nm、小于约100nm或小于约50nm的尺寸。

除非另有说明，否则本说明书中使用的术语“偶联”或“连接”意图涵盖直接连接或通过一个或多个中间措施连接。

本文中当提及两个要素时使用的术语“与…相关的”是指所述两个要素之间的广泛关系。所述关系包括但不限于物理、化学或生物学关系。例如，当要素A与要素B相关时，要素A和B可以直接或间接地相互关联，或者要素A可以含有要素B，反之亦然。

本文中当提及两个要素时使用的术语“相邻”是指一个要素紧邻另一个要素，并且可以是但不限于相互接触的要素，或者可以进一步包括被置于其间的一个或多个另外的要素隔开的要素。

术语“和/或”例如“X和/或Y”被理解为是指“X和Y”或“X或Y”，并且应当理解为对两种含义或任一含义提供明确支持。

而且，在本文中的描述中，无论何时使用的措辞“基本上”应被理解为包括但不限于“完整地”或“完全地”等。另外，无论何时使用的诸如“包含”、“包括”之类的术语意图是非限制性的描述性语言，因为它们广泛地包括在这样的术语之后列举的要素/组分以及未明确列举的其它组分。例如，当使用“包含”时，对“一个”特征的提及也旨在提及了该特征中的“至少一个”。诸如“由…组成”之类的术语在适当的语境中可以被认为是诸如“包含”、“包括”之类的术语的子集。因此，在本文中公开的使用诸如“包含”、“包括”之类的术语的实施方案中，应当理解，这些实施方案为使用诸如“包含”、“包括”之类术语的相应实施方案提供了教导。此外，无论何时使用的诸如“约”、“大约”之类的术语通常表示合理的偏差，例如所公开的值的+/-5％的偏差，或者所公开的值的+/-4％的偏差，或者所公开的值的+/-3％的偏差，或者所公开的值的+/-2％的偏差，或者所公开的值的+/-1％的偏差。

而且，在本文中的描述中，某些值可以在一个范围内公开。显示范围端点的值旨在说明优选范围。每当描述范围时，该范围意图涵盖并教导所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。也就是说，范围的端点不应被解释为不灵活的限制。例如，1％至5％的范围的描述意在具体公开1％至2％、1％至3％、1％至4％、2％至3％等子范围以及在该范围内的各个值如1％、2％、3％、4％和5％。应当理解，在该范围内的各个数值还包括整数、分数和小数。而且，每当描述一个范围时，该范围还意图覆盖并教导从所显示的数值端点起至多2个附加小数位或有效数字(在适当的情况下)的值。例如，1％至5％的范围的描述意在明确公开1.00％至5.00％以及1.0％至5.0％的范围及跨越所述范围的所有它们的中间值(例如1.01％，1.02％…4.98％，4.99％，5.00％和1.1％，1.2％…4.8％，4.9％，5.0％等)。以上具体公开的意图适用于范围的任何深度/广度。

另外，当描述一些实施方案时，本公开可能已经公开了呈特定步骤顺序的方法和/或过程。然而，除非另有要求，否则应理解所述方法或过程不应限于所公开的特定步骤顺序。其它步骤顺序也是可能的。本文中公开的步骤的特定顺序不应被解释为不当的限制。除非另有要求，本文中公开的方法和/或过程不应限于按照所书写的顺序执行的步骤。步骤的顺序可以改变并且仍然在本公开的范围内。

而且，应当理解，虽然本公开提供了具有本文中所讨论的一个或多个特征/特性的实施方案，但是在其它替代实施方案中也可能放弃这些特征/特性中的一个或多个，并且本公开提供了对这样的放弃声明和这些相关替代实施方案的支持。

实施方案的描述

在下文中公开了生物活性合成共聚物、用于制备所述生物活性合成共聚物的生物活性大分子、包含所述生物活性合成共聚物的材料和相关方法的示例性的、非限制性的实施方案。

生物活性的合成共聚物

本公开提供了具有聚(降冰片烯)主链的生物活性合成共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(I)表示的重复单元和一个或多个由通式(II)表示的重复单元：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

Y¹包含合成聚合物或者其部分；并且

在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(I)表示的重复单元和/或结构部分X具有生物活性、生物相容性和/或可生物降解性。在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(II)表示的重复单元和/或结构部分Y¹具有好的机械强度/硬度。在各种实施方案中，所述由通式(II)表示的重复单元和/或结构部分Y¹具有比所述由通式(I)表示的重复单元和/或结构部分X高的机械强度。有利地，由通式(I)和(II)表示的重复单元在所述生物活性合成共聚物中的存在赋予所述共聚物生物活性和机械强度，导致机械强度高的生物活性共聚物。在各种实施方案中，所述共聚物还可以是生物相容的和/或可生物降解的。因此，在各种实施方案中，所述共聚物能够被归类为生物材料。有利地，由于合成和生物活性的侧链的存在，所述生物活性合成共聚物还可以具有比常规生物分子如肽、蛋白质、糖或葡糖胺基葡聚糖高的热稳定性。甚至更有利地，所述生物活性合成共聚物的热稳定性允许所述共聚物的实施方案适合于在高温下加工或甚至苛刻的材料加工，例如>200℃的熔体挤出，使得所述共聚物在应用如生物医疗器械中的使用是理想的/有吸引力的。在各种实施方案中，所述合成聚合物基本上或完全没有生物活性，或至少比所述生物活性结构部分的生物活性低。

在各种实施方案中，L是将所述生物活性结构部分X连接至聚(降冰片烯)主链的聚合物连接基团。有利地，L被设计为可根据生物活性结构部分X的大小和Y¹中存在的合成聚合物的大小进行调整和/或定制。所述聚合物连接基团L的分子量和/或长度可以定制以适合所述生物活性结构部分X的分子量和/或长度以及为Y¹选择的合成聚合物，取决于所述共聚物的预期应用。例如，在皮肤支架中，较短的合成聚合物(例如PCL或PLA)侧链是优选的以实现快速的降解，而在骨支架中选择较长的合成聚合物(例如PCL或PLA)侧链以在体内实现较慢的降解。不受理论束缚，据信骨组织预期比皮肤组织生长慢，因此骨支架需要在体内在更长时间内保持完整以使骨组织再生，并且骨支架不能太快降解。例如，对于敷料中的应用，或者特别地对于需要热稳定性和/或机械强度性能的不可生物降解的非织造纤维，低分子量的合成聚合物是优选的，因为它们在常用溶剂中的溶解度差。在各种实施方案中，具有低分子量的合成聚合物包含分子量不超过约5,000的合成聚合物，例如当合成聚合物高度不溶时，例如聚酰胺(PA)。在其它实施方案中，分子量不超过约10,000的合成聚合物可以被使用/是可接受的，例如当合成聚合物轻微不溶解时。

在各种实施方案中，选择所述聚合物连接基团L的分子量和/或长度，使得由通式(I)表示的重复单元的总分子大小与由通式(II)表示的重复单元的分子大小相似/相当。例如，如果选择分子量为4,000的PCL作为Y¹的合成聚合物选择，并且选择分子量为约400至约500的肽作为生物活性结构部分X的选择，则L可以被设计为包含约3,400的分子量。应当理解，在各种实施方案中，调整的是L的长度以使通式(I)的分子量与通式(II)的分子量匹配。

在各种实施方案中，通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相当/基本相似。在各种实施方案中，通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相差不超过通式(II)的分子量的30％，反之亦然。例如，通式(I)的分子量可以比通式(II)的分子量多最多约30％或者比通式(II)的分子量少最多30％，反之亦然。通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相差可以不超过通式(II)的分子量的约30％、不超过通式(II)的分子量的约25％、不超过通式(II)的分子量的约20％、不超过通式(II)的分子量的约15％、不超过通式(II)的分子量的约10％、不超过通式(II)的分子量的约5％、不超过通式(II)的分子量的约4％、不超过通式(II)的分子量的约3％、不超过通式(II)的分子量的约2％，或不超过通式(II)的分子量的约1％，反之亦然。在各种实施方案中，通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相差不超过通式(II)的分子量的约20％，反之亦然。例如，通式(I)的分子量可以比通式(II)的分子量多最多约20％或少最多20％，反之亦然。有利地，由于所述带有生物活性结构部分的重复单元具有与所述带有合成聚合物的重复单元相似的分子大小/分子量/分子长度，因此延长了所述生物活性结构部分X的长度，从而使X是“可见的”，可用于结合细胞或接近其目标生理部位以获得所需的生物活性，即不埋在合成聚合物的海洋/基质中。

在各种实施方案中，通式(I)的分子量为约15,000、约14,000、约13,000或者至少约12,000。在各种实施方案中，通式(I)的分子量为约100-约15,000，约200-约14,000，约300-约13,000，约400-约12,000，约500-约11,000，约1,000-约10,000，约1,500-约9,500，约2,000-约9,000，约2,500-约8,500，约3,000-约8,000，约3,500-约7,500，约4,000-约7,000，约4,500-约6,500，约5,000-约6,000或者约5,500。在各种实施方案中，当X包含含有多于10个氨基酸的较长肽且L的分子量为约6,000时，则通式(I)的分子量大于约7,000。

在各种实施方案中，通式(II)的分子量为约100-约15,000，约200-约14,000，约300-约13,000，约400-约12,000，约500-约11,000，约1,000-约10,000，约1,500-约9,500，约2,000-约9,000，约2,500-约8,500，约3,000-约8,000，约3,500-约7,500，约4,000-约7,000，约4,500-约6,500，约5,000-约6,000或者约5,500。

在各种实施方案中，通式(I)和通式(II)的总分子量保持在约300,000，不超过约300,000，不超过约200,000，不超过约100,000，不超过约90,000，不超过约80,000，不超过约70,000，不超过约60,000，不超过约50,000，不超过约45,000，不超过约40,000，不超过约35,000，不超过约30,000，不超过约25,000，不超过约20,000，或者不超过约15,000，以促进共聚。

在各种实施方案中，L是亲水的。由于L是可调节的，因此可以根据需要调节由通式(I)表示的重复单元的亲水性以及所述生物活性合成共聚物的整体亲水性。有利地，L的存在增加由通式(I)表示的重复单元的亲水性以及所述生物活性合成共聚物的总体亲水性。甚至更有利地，L的存在增加所述生物活性合成共聚物的亲水性，因此软化疏水性的合成聚合物链，使得加工后所述共聚物劲度降低。本领域技术人员将理解，生物活性结构部分和合成聚合物通常是相互不相容的，因为各个生物活性结构部分通常是亲水的，而合成聚合物通常是疏水的。有利地，由通式(I)表示的重复单元中的L还用于延长连接在L末端的生物活性结构部分X的链长度。

在各种实施方案中，L是无定形的。有利地，L的存在增加了所述生物活性合成共聚物的无定形性和/或降低了所述生物活性合成共聚物的结晶度，使得所述共聚物可用于制作更软或更低劲度的塑料，例如聚苯乙烯基材料。

在各种实施方案中，L是亚杂烷基，其具有至少20个碳原子，至少30个碳原子，至少40个碳原子，至少50个碳原子，至少60个碳原子，至少70个碳原子，至少80个碳原子，至少90个碳原子，至少100个碳原子，至少150个碳原子，至少200个碳原子，至少250个碳原子，或者至少300个碳原子。在各种实施方案中，L是C₂₀-C₃₀₀亚杂烷基或者具有20个碳原子-300个碳原子的亚杂烷基。

在各种实施方案中，L具有介于约500和约7,000之间的数均分子量。L可以具有约600，约700，约800，约900，约1,000，约1,500，约2,000，约2,500，约3,000，约3,500，约4,000，约4,500，约5,000，约5,500，约6,000，约6,500或者约7,000的数均分子量。在各种实施方案中，当X包含小的生物活性结构部分时，L的分子量可以被调节至约7,000，使得通式(I)和通式(II)的总分子量保持在不超过约10,000。在各种实施方案中，L的数均分子量为约1,000至约6,000。

在各种实施方案中，L中的杂原子是O。在各种实施方案中，L是聚亚烷基二醇。在各种实施方案中，L是聚(C₂-C₄亚烷基二醇)。L可以选自下组：聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚(1,4-丁二醇)(PTMG)、聚丁二醇(PBG)等。有利地，聚亚烷基二醇如PEG的使用可以增加大分子单体和所得共聚物的亲水性。在各种实施方案中，聚亚烷基二醇如PEG被用作整个聚合物中的间隔基团、连接物或连接基团，而不是被用作末端基团。

在各种实施方案中，L是具有至少约10个重复单元，至少约15个重复单元，至少约20个重复单元，至少约21个重复单元，至少约22个重复单元，至少约23个重复单元，至少约24个重复单元，至少约25个重复单元，至少约30个重复单元，至少约40个重复单元，至少约50个重复单元，至少约60个重复单元，至少约70个重复单元，至少约80个重复单元，至少约90个重复单元，至少约100个重复单元，至少约150个重复单元，至少约200个重复单元，或者至少约250个重复单元的聚亚烷基二醇。在各种实施方案中，L包含约10个单体/重复单元-约250个单体/重复单元。与使用短PEG链的常规聚合物不同，本文中公开的生物活性合成共聚物的实施方案在L处结合有至少21个重复单元的长聚亚烷基二醇链。

在各种实施方案中，L选自下组：PEG₅₀₀，PEG₆₀₀，PEG₇₀₀，PEG₈₀₀，PEG₉₀₀，PEG₁₀₀₀，PEG₁₁₀₀，PEG₁₂₀₀，PEG₁₃₀₀，PEG₁₄₀₀，PEG₁₅₀₀，PEG₂₀₀₀，PEG₂₅₀₀，PEG₃₀₀₀，PEG₃₅₀₀，PEG₄₀₀₀，PEG₄₅₀₀，PEG₅₀₀₀，PEG₅₅₀₀，PEG₆₀₀₀，PEG₆₆₀₀和它们的混合物。

在各种实施方案中，X按以下排列通过羧酸官能团与聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链偶联：-R¹-L-NR³-C(＝O)-X。有利地，通过经羧酸官能团连接X，X中的胺端基被释放以递送其生物活性，因此确保X的生物利用度。应当理解，由于胺基赋予生物活性，耗尽用于聚合物结合的生物活性结构部分中的胺基可能是不希望的。

在各种实施方案中，X通过肽/酰胺键即-NR³-C(＝O)-偶联到所述聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链。有利地，本文中公开的生物活性合成共聚物比含有酯键的常规聚合物强得多和/或稳定得多。不受理论束缚，据信酰胺键比酯键强，因为酯键更易于水解，这可能将生物活性结构部分释放到血流中，导致生物活性结构部分的过早代谢。

在各种实施方案中，烷基、烯基、炔基、烷氧基烷基、烷基羰基和烷基羰基烷基中的一个或多个H原子任选地被羟基、羟烷基、卤素、卤代烷基、氰基、氰基烷基和硝基取代。

在各种实施方案中，R¹选自C₁-C₂₀烷基。所述C₁-C₂₀烷基取代基可以是直链或支化的取代基，选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。R¹可以是直链或支化的C₁-C₄烷基取代基。在各种实施方案中，R¹的长度与L中的重复单元的长度相同。例如，如果L是聚(丁二醇)，则R¹是丁基。在另一个实例中，如果L是聚乙二醇，则R¹是乙基。应当理解，在各种实施方案中，R¹被仔细设计以匹配L。

在各种实施方案中，R³选自H，C₁-C₂₀烷基，C₂-C₂₀烯基或者C₂-C₂₀炔基。

在各种实施方案中，Z¹和Z²各自独立地选自CH₂，O，NH，SiR^aR^b，PR^a或者S。所述聚(降冰片烯)主链可以选自下组：聚(降冰片烯-酰亚胺)，聚(降冰片烯-二羧酰亚胺)，聚(降冰片烯)主链是聚(5-降冰片烯-2,3-二羧酰亚胺)，聚(7-氧杂降冰片烯)，聚(氧杂降冰片烯-酰亚胺)，聚(氧杂降冰片烯-二羧酰亚胺)等。在各种实施方案中，Z¹和Z²各自独立地选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，C₁-C₂₀烷基，C₁-C₂₀烯基和C₁-C₂₀炔基。在各种实施方案中，Z¹是CH₂。在各种实施方案中，Z²是CH₂。

在各种实施方案中，X包含选自蛋白质、肽、糖、治疗/药物分子和它们的衍生物的生物活性结构部分。在各种实施方案中，蛋白质、肽、糖或者治疗/药物分子以及它们的衍生物包括被或已经任选地被修饰以含有一个羧酸端基的蛋白质、肽、糖或者治疗/药物分子。在一些实施方案中，所述生物活性结构部分仅含有一个羧酸末端基团。

在各种实施方案中，所述生物活性结构部分包含一元羧酸。有利地，具有一元羧酸末端基团的生物活性结构部分的使用避免了不希望的交联的可能性，否则如果存在多于一个羧酸则可能发生这种不希望的交联。因此，在各种实施方案中，所述生物活性结构部分X基本上没有一个以上的羧酸末端基团，例如二元羧酸或三元羧酸。

在各种实施方案中，X包含蛋白质或者肽。X可以是肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原模拟物或者胶原片段。在各种实施方案中，X包含在任何序列中的2-50个氨基酸残基、2-40个氨基酸残基或者2-20个氨基酸残基。在各种实施方案中，X包含在任何序列中的50个氨基酸残基、40个氨基酸残基、30个氨基酸残基、25个氨基酸残基、20个氨基酸残基、15个氨基酸残基、10个氨基酸残基、9个氨基酸残基、8个氨基酸残基、7个氨基酸残基、6个氨基酸残基、5个氨基酸残基、4个氨基酸残基或者3个氨基酸残基。所述氨基酸残基可以选自下组：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸，赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。在各种实施方案中，X是包含3-20个天然氨基酸的肽序列。X可以是选自下组的整合素结合肽：精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)，SRGDS和RGDS；层粘连蛋白衍生的肽A5G81(AGQWHRVSVRWGC)；骨桥蛋白衍生的肽SVVYGLR；和选自(IRIK)₂或者(IKKI)₃的细胞穿透肽/抗微生物肽。在各种实施方案中，X是包含在任何序列或排列中的3-20个甘氨酸(G)、脯氨酸(P)和羟脯氨酸(Hyp)单元的胶原序列。X可以是具有(PHypG)_n型序列，(PGHyp)_n型序列，(HypGP)_n型序列，(HypPG)_n型序列，(GHypP)_n型序列，(GPHyp)_n型序列的胶原片段或者胶原模拟物DGEA。

在各种实施方案中，X包含糖。在各种实施方案中，X包含单糖、二糖、寡糖或多糖。在各种实施方案中，X包含2-50个糖单元、2-40个糖单元、2-20个糖单元或者10-14个糖单元。在各种实施方案中，X包含50个糖单元、40个糖单元、30个糖单元、25个糖单元、20个糖单元、15个糖单元、14个糖单元、13个糖单元、12个糖单元、11个糖单元、10个糖单元、9个糖单元、8个糖单元、7个糖单元、6个糖单元、5个糖单元、4个糖单元、3个糖单元或者2个糖单元。X可以是硫酸肝素(HS)或者葡糖胺基葡聚糖(GAGs)。在各种实施方案中，X是选自下组的硫酸肝素/寡糖：DP8，DP10，DP12，DP14和DP16。在各种实施方案中，X是透明质酸，它是最简单形式的葡糖胺基葡聚糖(GAG)。

在各种实施方案中，X经由其羟基化学偶联至通式(I)的其余部分。例如，当X是糖/糖类时，可以在糖的羟基上进行氧化和/或还原胺化反应以将X连接至通式(I)。糖类上的-CH₂OH可以被氧化为-C(＝O)H，其随后使用L上的-NH₂末端进行还原胺化以产生肽键。

在各种实施方案中，X包含糖/糖类，其含有或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。可以对所述糖/糖类进行通过一种或多种化学反应如氧化的修饰以产生羧酸基团。在各种实施方案中，对最初存在于所述糖/糖类中的羟基进行修饰。在各种实施方案中，所述糖/糖类上的-CH₂OH被完全氧化为-C(＝O)OH，其随后与L上的-NH₂末端反应以产生将所述糖/糖类与通式(I)的其余部分连接的肽键：X-C(＝O)-NH-L-。然而，应当理解，如果所述糖/糖类中天然存在羧酸，则可能不要求/不需要对所述糖/糖类进行修饰。

在各种实施方案中，X包含治疗/药物分子。在各种实施方案中，X包含抗生素、抗微生物剂、抗菌剂、血液稀释剂或者消炎剂。X可以是青霉素、阿莫西林、两性霉素、环丙沙星(CIF)、阿托伐他汀、阿司匹林或选自链霉素、核糖霉素或庆大霉素的基于氨基糖苷的分子。应当理解，X可以是任何含有羧酸基团的治疗或药物分子。

在各种实施方案中，X经由其选自-COOH，-CH₂OH，-CH₂NH₂和＝CHNH₂的化学结构部分之一化学偶联至通式(I)的其余部分。例如，药物分子上的-CH₂NH₂或者＝CHNH₂可以先与小的二元羧酸偶联，然后与L上的-NH₂末端反应以产生将药物分子连接到通式(I)的其余部分的肽键：X-C(＝O)-NH-L-。

在各种实施方案中，X包含治疗/药物分子，其含有或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。可以对治疗/药物分子进行通过一种或多种化学反应如氧化的修饰以产生羧酸基团。在各种实施方案中，对最初存在于治疗/药物分子中的羟基进行修饰。例如，在各种实施方案中，当X是核糖霉素或庆大霉素时，药物分子上的-CH₂OH被完全氧化成-C(＝O)OH，其随后与L上的-NH₂末端反应以产生将所述药物分子与通式(I)的其余部分连接的肽键：X-C(＝O)-NH-L-。然而，应当理解，如果羧酸已经存在于治疗/药物分子，则可能不要求/不需要对所述治疗/药物分子进行修饰。

在各种实施方案中，所述生物活性结构部分被修饰或已经被修饰以含有一个羧酸末端基团。例如，如果糖或者治疗/药物分子中不存在羧酸末端基团，则可以修饰所述糖或者治疗/药物分子以在所述糖或者治疗/药物分子末端之一添加羧酸。所述修饰可以包括将糖中的羟基转化为羧酸的氧化反应。

在各种实施方案中，由通式(I)表示的重复单元的量为约1摩尔％-约100摩尔％，约2摩尔％-约99摩尔％，约3摩尔％-约98摩尔％，约4摩尔％-约97摩尔％，约5摩尔％-约96摩尔％，约10摩尔％-约95摩尔％，约15摩尔％-约90摩尔％，约20摩尔％-约85摩尔％，约25摩尔％-约80摩尔％，约30摩尔％-约75摩尔％，约35摩尔％-约70摩尔％，约40摩尔％-约65摩尔％，约45摩尔％-约60摩尔％，或者约50摩尔％-约55摩尔％，相对于所述共聚物计。在各种实施方案中，由通式(I)表示的重复单元的量为约1摩尔％-约10摩尔％，相对于所述共聚物计。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分的量为所述生物活性合成共聚物的约2摩尔％，约3摩尔％，约4摩尔％，约5摩尔％，约6摩尔％，约7摩尔％，约8摩尔％，约9摩尔％或者约10摩尔％。

在各种实施方案中，R²选自C₁-C₂₀烷基，C₂-C₂₀烯基，C₂-C₂₀炔基，C₁-C₂₀烷氧基烷基，C₂-C₂₀烷基羰基或者C₃-C₂₀烷基羰基烷基。所述C₁-C₂₀烷基取代基可以是直链或支化的取代基，选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。

在各种实施方案中，Y¹由通式(III)表示：

其中

B任选地作为选自1,2,3-三唑或琥珀酰亚胺的环存在；

Y²选自下组：聚丙烯(PP)，聚酯，聚乳酸(PLA)，聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)，聚(己内酯)(PCL)，聚苯乙烯(PS)，聚丙烯酸酯，聚(甲基)丙烯酸酯，聚酰胺(PA)和其部分；并且

T是选自下组的末端基团：氢，卤素，羟基，氨基，酰基，巯基，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基，任选取代的烷基羰基烷基，任选取代的羧基烷基，任选取代的氧基羰基烷基，任选取代的烷基羧基烷基和任选取代的烷氧基羰基烷基。

在各种实施方案中，Y²是聚丙烯酸酯，其包含一种或多种选自下组的单体：丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸正丙酯，丙烯酸异丙酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸异丁酯，丙烯酸叔丁酯，丙烯酸己酯，丙烯酸环己酯，丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸苄酯和丙烯酸苯酯。Y²可以是聚(丙烯酸甲酯)，聚(丙烯酸乙酯)，聚(丙烯酸丁酯)或者聚(丙烯酸2-乙基己酯)。在各种实施方案中，Y²是聚(甲基)丙烯酸酯，其包含一种或多种选自下组的单体：甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸正丙酯，甲基丙烯酸异丙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸己酯，甲基丙烯酸环己酯，甲基丙烯酸2-乙基己酯，甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸苯酯。Y²可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，聚(甲基丙烯酸乙酯)和聚(甲基丙烯酸丁酯)或者聚(丙烯酸2-乙基己酯)。

在各种实施方案中，A选自单键，氧基，羰基或者氧基羰基烷基。A可以是单键，O，C(＝O)和O-C(＝O)-R，其中R是任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基。在各种实施方案中，R是直链或支化的烷基取代基，选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基，癸基等。在各种实施方案中，A选自单键，O，C(＝O)或者O-C(＝O)-C₁-C₆烷基。

在各种实施方案中，B不存在。在各种实施方案中，B作为选自1,2,3-三唑或琥珀酰亚胺的环存在。有利地，1,2,3-三唑由于所使用的化学而适合与本系统连接。例如，叠氮化物-炔烃点击化学形成1,2,3-三唑，它将降冰片烯二羧酰亚胺连接到合成聚合物Y²。有利地，琥珀酰亚胺由于所使用的化学而适合与本系统连接。例如，马来酸酐在乙烯基封端的聚烯烃上加成形成琥珀酸酐，然后与在降冰片烯二羧酰亚胺上产生(通过1,6-己二胺(HMDA)或类似的二胺)的胺末端反应形成琥珀酰亚胺，其将降冰片烯二羧酰亚胺连接到合成聚合物Y²。

在各种实施方案中，R⁵选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基。R⁵可以是单键或者选自下组的直链或支化的烯基取代基：乙烯基(ethenyl)、乙烯基(vinyl)、烯丙基、1-甲基乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1,3-丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1,3-戊二烯基、2,4-戊二烯基、1,4-戊二烯基、3-甲基-2-丁烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1,3-己二烯基、1,4-己二烯基、2-甲基戊烯基、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯基、1-辛烯基、2-辛烯基、3-辛烯基、1-壬烯基、2-壬烯基、3-壬烯基、1-癸烯基、2-癸烯基、3-癸烯等。在各种实施方案中，R⁵选自单键或者C₂-C₆烯基。

在各种实施方案中，Y²选自下组：聚丙烯(PP)，聚酯，聚乳酸(PLA)，聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)，聚(己内酯)(PCL)，聚苯乙烯(PS)，聚丙烯酸酯，聚(甲基)丙烯酸酯，聚酰胺(PA)，和其部分。在各种实施方案中，Y²包含以下性能中的一种或多种：可生物吸收性；惰性；长保质期；机械强度；抗冲击性；热稳定性；弹性；弹性恢复；平滑性；可生物降解性；轻质；低毒性或无毒性。

在各种实施方案中，Y²基本上不含聚亚烷基二醇如聚乙二醇。

在各种实施方案中，T是选自下组的末端基团：氢，卤素，羟基，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷基羧基烷基和任选取代的烷氧基羰基烷基。T可以是H，OH，选自Cl、F、Br、I的卤素，C₁-C₆烷基，C₁-C₆烷基-C(＝O)-O-C₁-C₆烷基或者C₁-C₆烷基-O-C(＝O)-C₁-C₆烷基。

在各种实施方案中，Y¹选自以下通式(IIIa)，(IIIb)，(IIIc)，(IIId)，(IIIe)或者(IIIf)，其中n≥1；和m≥1：

在各种实施方案中，通式(II)的总分子量保持不超过约15,000或不超过约10,000。应当理解，当通式(I)和(II)的总分子量太高时，共聚可能变得效率低。在各种实施方案中，当生物活性合成共聚物被用于需要快速生物降解的应用时，通式(II)的分子量通过调节n和/或m的值保持较低。

在各种实施方案中，R²-Y¹选自以下：

或者

其中n≥1；和m≥1。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物中由通式(I)表示的重复单元的数目与由通式(II)表示的重复单元的数目之比为约1：1-约1：100，约1：2-约1：99，约1：3-约1：98，约1：4-约1：97，约1：5-约1：96，约1：6-约1：95，约1：7-约1：90，约1：8-约1：85，约1：9-约1：80，约1：10-约1：75，约1：15-约1：70，约1：20-约1：65，约1：25-约1：60，约1：30-约1：55，约1：35-约1：50，或者约1：40-约1：45。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物中由通式(I)表示的重复单元的数目与由通式(II)表示的重复单元的数目之比为约1：10，约1：15，约1：20，约1：25，约1：30，约1：35，约1：40，约1：45或者约1：50。

在各种实施方案中，所述共聚物中由通式(I)表示的重复单元的数目为约10-约1,000。在各种实施方案中，所述共聚物中由通式(II)表示的重复单元的数目为约10-约1,000。在各种实施方案中，对于骨支架构造，PLA侧链包含约50至约60个丙交酯单元。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物具有约1,000-约300,000、2,000-约250,000、约3,000-约200,000、约4,000-约150,000、约5,000-约100,000、约10,000-约90,000、约20,000-约80,000、约30,000-约70,000、约40,000-约60,000或者约50,000的数均分子量(M_n)。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物具有约1.0-约10.0的多分散指数(PDI)。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物的PDI为约1.0，约1.5，约2.0，约2.5，约3.0，约3.5，约4.0，约4.5，约5.0，约5.5，约6.0，约6.5，约7.0，约7.5，约8.0，约8.5，约9.0，约9.5或者约10.0。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物具有约1.0-约3.0，约1.05-约2.95，约1.1-约2.9，约1.2-约2.8，约1.4-约2.6，约1.6-约2.4，约1.8-约2.2或者约2.0的多分散指数(PDI)。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物的PDI不超过1.50。

在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(I)表示的重复单元和所述一个或多个由通式(II)表示的重复单元被设计成通过至少共价相互作用连接至聚(降冰片烯)主链。在各种实施方案中，每个由通式(I)表示的重复单元共价键合到所述聚(降冰片烯)主链，和/或每个由通式(II)表示的重复单元共价键合到所述聚(降冰片烯)主链。有利地，由于生物活性结构部分(在通式(I)中)与生物活性合成聚合物共价键合，所以生物活性被定位。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分如生物分子不会从所述聚合物中浸出，因此防止由生物分子进入循环系统和/或到达身体系统的非预期部分引起的不希望的/不需要的副作用。因此，所述生物活性合成共聚物的实施方案克服了作为药物施用的常规生物分子所面临的问题，这些生物分子可能在实现治疗效果之前过早代谢。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分如药物分子不会渗出到如果处置管理不当会逃逸到环境中的介质中。

应当理解，其它相互作用如范德华相互作用也可以存在于所述共聚物中。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物包含刷状、洗瓶刷、嵌段、梳状或接枝共聚物结构。在各种实施方案中，重复单元可以随机分布/排列在所述聚合物内。

在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(I)表示的重复单元包含两种或更多种不同类型的生物活性结构部分X。在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(I)表示的重复单元包含2，3，4，5，6，7或者8种不同类型的生物活性结构部分X。例如，在生物活性合成共聚物中，可存在包含肽作为X的由通式(I)表示的重复单元和包含糖作为X的由通式(I)表示的重复单元。有利地，在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物赋予两种或更多种不同类型的生物活性。

在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(II)表示的重复单元包含两种或更多种不同类型的合成聚合物Y²。在各种实施方案中，所述一个或多个由通式(II)表示的重复单元包含2，3，4，5，6，7或者8种不同类型的合成聚合物Y²。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物是无规聚合物或嵌段共聚物。在一些实施方案中，所述嵌段聚合物是二嵌段或三嵌段聚合物。例如，所述共聚物可以具有两个或三个不同的聚合物嵌段或由两个或三个不同的聚合物嵌段组成。在一些实施方案中，所述多嵌段共聚物包含多于三个聚合物嵌段。所述嵌段可以随机分布/排列在所述聚合物内。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物选自以下中的一种：包含在通式(I)中的(GPHyp)₃和在通式(II)中的PCL的PCL-(GPHyp)₃共聚物；包含在通式(I)中的DGEA和在通式(II)中的PA的PA-DGEA共聚物；包含在通式(I)中的环丙沙星和在通式(II)中的PS的PS-环丙沙星共聚物；包含在通式(I)中的RGD和在通式(II)中的PLA的PLA-RGD共聚物；包含在通式(I)中的(GPHyp)₃和在通式(II)中的PLGA的PLGA-(GPHyp)₃共聚物；和包含在通式(I)中的(GPHyp)₃和在通式(II)中的PMMA的PMMA-(GPHyp)₃共聚物。

有利地，本文中公开的生物活性合成共聚物是高度可定制的。根据所述生物活性合成共聚物的预期应用，可以选择具有所需生物学活性的X和具有所需物理属性的Y²，以最终获得具有由通式(I)和(II)表示的所需重复单元的生物活性合成共聚物。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物与基础聚合物共混以供进一步使用。在各种实施方案中，所述基础聚合物与通式(II)中使用的合成聚合物Y²相似或类型相同。在各种实施方案中，医用级聚合物被用作基础材料，而低分子量合成聚合物被用于生物活性合成共聚物的合成侧链。有利地，所述生物活性合成聚合物的实施方案允许生物分子被共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料中，而没有相分离。

方法

本公开提供了制备生物活性合成共聚物的方法，该方法包括：聚合一种或多种由通式(IV)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(V)表示的合成大分子以获得所述生物活性合成共聚物：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

Y¹包含合成聚合物；并且

有利地，在各种实施方案中，本文中公开的制备生物活性合成共聚物的方法也是用于设计生物活性合成共聚物的模块化方法。

本公开还提供了设计生物活性合成共聚物的模块化方法，该方法包括：基于所需的生物学活性从第一模块中选择一种或多种大分子，所述第一模块由具有已知生物学活性的、由通式(IV)表示的含有降冰片烯二羧酰亚胺的生物活性大分子的库组成；基于所需的物理属性从第二模块中选择一种或多种大分子，所述第二模块由具有已知物理属性的、由通式(V)表示的含有降冰片烯二羧酰亚胺的合成大分子的库组成；和使所述选自第一模块的一种或多种大分子与所述选自第二模块的一种或多种大分子聚合以获得生物活性合成共聚物，

有利地，本文中公开的方法允许快速定制和快速开发/构建具有所需生物活性和物理性能的生物活性合成共聚物。

在各种实施方案中，所述聚合反应包括一个或多个烯烃易位链增长聚合步骤。所述烯烃易位链增长聚合可以是开环易位聚合(ROMP)。在各种实施方案中，ROMP反应发生在大分子单体的反应性结构部分，例如烯烃/烯/C＝C结构部分。ROMP可以包括多种不同的方法，包括“臂优先”ROMP、“刷优先”ROMP、“接枝到”ROMP、“接枝自”ROMP、“嫁接”ROMP或者它们的组合。有利地，ROMP允许快速开发/构建具有所需生物活性的明确的合成聚合物。在各种实施方案中，根据目标应用，可以选择合适的合成聚合物和具有目标生物活性的生物分子，并使用ROMP将它们共聚在一起。

在各种实施方案中，聚合反应在聚合引发剂/催化剂/促进剂的存在下进行。在各种实施方案中，所述聚合引发剂/催化剂/促进剂包含金属配合物。所述金属配合物可以是钌(Ru)、钼(Mo)或钨(W)配合物。在各种实施方案中，ROMP在钌配合物存在下进行。有利地，与其它过渡金属(例如W和Mo)相比，Ru在极性官能团存在下更稳定，从而使Ru成为用于涉及选自蛋白质、肽、糖、治疗/药物分子及其衍生物的生物活性结构部分的ROMP反应的合适烯烃易位催化剂。在各种实施方案中，Ru是空气稳定的(即在空气中稳定)和热稳定的(即在高温下稳定)，同时可大规模商业获得，允许ROMP在升高的温度下进行。所述钌配合物可以包含选自第一代Grubbs催化剂、第二代Grubbs催化剂、Hoveyda-Grubbs催化剂、第三代Grubbs催化剂或它们的衍生物的Grubbs催化剂。

在各种实施方案中，R¹，R²，R³，L，X，Y¹，Z¹和Z²含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。

在各种实施方案中，所述聚合反应包括a)将一种或多种由通式(IV)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(V)表示的合成大分子混合以获得溶液；b)将所述催化剂添加到得自a)的溶液中；和c)沉淀生物活性的合成共聚物。

在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)在约20℃至约100℃范围内的温度下进行或执行。进行步骤a)和步骤b)的温度可以独立地选自约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约50℃、约60℃、约70℃、约80℃、约90℃或约100℃的温度。

在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)被进行或执行约30分钟至约3天范围内的时间。进行步骤a)和步骤b)的时间可以独立地选自约30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时、20小时、1天、2天或者3天的时间。

在各种实施方案中，步骤a)和/或步骤b)在有机溶剂存在下进行。所述有机溶剂可以是质子溶剂、非质子溶剂或它们的组合。在各种实施方案中，用于步骤a)和步骤b)的有机溶剂独立地选自下组：四氢呋喃(THF)、苯、甲苯、乙腈(ACN)、二氯甲烷(DCM)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、甲乙酮(MEK)、甲酸、乙酸等及它们的组合。在各种实施方案中，质子溶剂如甲酸和/或乙酸尤其可以用于基于PA的材料(例如当Y¹包含式IIIf时)。在各种实施方案中，步骤a)和b)使用的有机溶剂相同。应当理解，所使用的溶剂的类型取决于所使用的反应物的类型，并且不限于上述那些。

在各种实施方案中，步骤c)在有机溶剂的混合物中进行。所述有机溶剂的混合物可以含有一种或多种非质子有机溶剂和一种或多种质子有机溶剂。在各种实施方案中，用于步骤c)的有机溶剂的混合物选自下组：四氢呋喃(THF)、苯、甲苯、乙腈(ACN)、二氯甲烷(DCM)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、甲乙酮(MEK)、乙基乙烯基醚、甲醇、乙醇、丁醇等及它们的组合。应当理解，所使用的溶剂的类型取决于所使用的反应物的类型，并且不限于上述那些。

有利地，通过在上述精心设计/控制的条件下进行聚合，本文中公开的方法的实施方案已经成功地克服了各个组分(例如L、X、Y组分)的宽泛变化和/或相反的性能以构建本文中公开的生物活性合成共聚物。

本公开还提供了制备生物活性均聚物的方法，所述方法包括：聚合一种或多种由通式(IV)表示的生物活性大分子以获得所述生物活性均聚物：

其中R¹是任选取代的烷基；R³选自H，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基；L是亚杂烷基；X包含选自下组的生物活性结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；并且Z¹选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

本公开还提供了制备合成均聚物的方法，所述方法包括：聚合一种或多种由通式(V)表示的合成大分子以获得所述合成均聚物：

其中R²选自单键，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基或者任选取代的烷基羰基烷基；Y¹包含合成聚合物；并且Z²选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

生物活性大分子

本公开还提供了用于制备本文中公开的共聚物的、由通式(IV)表示的生物活性大分子：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

X包含选自下组的生物活性的结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子或者它们的衍生物；并且

在各种实施方案中，R¹，R³，L，X和Z¹含有一个或多个类似于上述那些的特征和/或共享一种或多种类似于上述那些的性能。

在各种实施方案中，所述生物活性大分子经历自聚合或共聚合。在其各种实施方案中，所述生物活性大分子也表现为生物活性大分子单体。

在各种实施方案中，X通过羧酸官能团按以下排列偶联到所述降冰片烯二羧酰亚胺：-R¹-L-NR³-C(＝O)-X。有利地，通过经羧酸官能团连接X，X中的胺端基被释放以递送其生物活性，因此确保X的生物利用度。应当理解，由于胺基赋予生物活性，耗尽用于聚合物结合的生物活性结构部分中的胺基可能是不希望的。

在各种实施方案中，X通过肽/酰胺键即-NR³-C(＝O)-偶联到所述降冰片烯二羧酰亚胺。有利地，本文中公开的生物活性大分子比含有酯键的常规大分子强得多和/或稳定得多。不受理论束缚，据信酰胺键比酯键强，因为酯键更易于水解，这可能将生物活性结构部分释放到血流中，导致生物活性结构部分的过早代谢。

本公开还提供了制备本文中公开的生物活性大分子的方法，该方法包括：

(i)提供具有通式(VI)的二羧酸酐：

(ii)使所述具有通式(VI)的二羧酸酐与二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂反应以获得具有通式(VI)的胺：

其中R¹是任选取代的烷基；R³和R⁴各自独立地选自H，任选取代的烷基，任选取代的烯基或者任选取代的炔基，其中R³和R⁴中至少一个是H；L是亚杂烷基；Z¹选自CR^aR^b，O，NR^c，SiR^aR^b，PR^a或者S，其中R^a、R^b和R^c各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基；和

在各种实施方案中，R³和R⁴各自独立地选自H，C₁-C₂₀烷基，C₂-C₂₀烯基或者C₂-C₂₀炔基，其中R³和R⁴中至少一个是H。

在各种实施方案中，步骤(ii)包括使用二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂来将X偶联到降冰片烯二羧酸酐。使用的二胺可以是市售的二胺。有利地，该方法是直接的反应，不需要在商业上无法获得并且合成具有挑战性的聚(乙二醇)氨基羧酸。因此，在各种实施方案中，所述方法不需要繁琐的多步骤和/或低收率的合成程序。在各种实施方案中，所述二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂被以略微过量的量使用以确保所述具有通式(VII)的胺不会在两端与降冰片烯二羧酰亚胺连接，否则会使所述二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂变成连接剂而不是末端基团。

在各种实施方案中，所述二胺是亚杂烷基二胺，其中L是亚杂烷基。在各种实施方案中，L是C₂₀-C₃₀₀亚杂烷基或者具有20个碳原子-300个碳原子的亚杂烷基。在各种实施方案中，L具有介于约500和约7,000之间的数均分子量。在各种实施方案中，L中的杂原子是O。在各种实施方案中，L是聚亚烷基二醇。在各种实施方案中，所述二胺是聚(乙二醇)二胺，其中L是聚(乙二醇)。在各种实施方案中，L选自下组：PEG₅₀₀，PEG₆₀₀，PEG₇₀₀，PEG₈₀₀，PEG₉₀₀，PEG₁₀₀₀，PEG₁₁₀₀，PEG₁₂₀₀，PEG₁₃₀₀，PEG₁₄₀₀，PEG₁₅₀₀，PEG₂₀₀₀，PEG₂₅₀₀，PEG₃₀₀₀，PEG₃₅₀₀，PEG₄₀₀₀，PEG₄₅₀₀，PEG_5000，PEG₆₀₀₀和它们的混合物。

在各种实施方案中，所述方法还包括在步骤(iii)之前纯化所述具有通式(VII)的胺以分离产物和/或去除杂质。在各种实施方案中，所述纯化步骤包括用酸或碱中的至少一种洗涤。所述纯化步骤可以包括用酸或碱中的至少一种洗涤至少一次、至少两次、至少三次、至少四次、至少五次、至少六次、至少七次或至少八次，以中和所述具有通式(VII)的胺。在各种实施方案中，所述纯化步骤包括双重中和步骤。在一个实施方案中，所述双重中和包括用酸洗涤的第一步以除去未反应的二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂以及用碱洗涤的第二步以中和所述具有通式(VII)的胺。应当理解，由于二胺R⁴R³N-L-R¹-NH₂是碱性的，向所述二胺中添加酸将中和所述二胺以从具有通式(VII)的胺中除去。还应当理解，尽管用酸洗涤的第一步可以在胺末端质子化所述具有通式(VII)的胺，但是随后用碱或过量碱洗涤的第二步将所述质子化形式转化回其游离胺形式。用于第一中和步骤的酸可以选自HCl、HNO₃、H₂SO₄和H₃PO₄。用于第二中和步骤的碱可以选自NaOH、KOH、NH₄OH和Ca(OH)₂。在各种实施方案中，第二中和步骤包括用碱洗涤至少一次、至少两次、至少三次或至少四次，以充分萃取所述具有通式(VII)的胺以获得最大化收率。在一个实施方案中，所述第二中和包括用碱洗涤两次。不受理论束缚，据信最多30％的质子化形式的通式(VII)的胺在萃取过程中可能存在于水相中。因此在各种实施方案中，用碱洗涤的步骤包括用碱洗涤水相一次和用碱洗涤有机相一次，以从水相和有机相中完全萃取所述具有通式(VII)的胺。有利地，通过在偶联后使用双重中和步骤以获得游离胺末端，所述方法消除了对任何额外步骤例如保护/脱保护步骤的需要。本领域技术人员将理解，二胺、特别是聚(乙二醇)二胺的使用极具挑战性并且为了与降冰片烯二羧酸酐偶联通常需要保护一个胺末端。事实上，在各种实施方案中，聚亚烷基二醇如PEG被用作整个聚合物中的间隔基团、连接剂或连接基团，而不是用作末端基团。因此，考虑保护PEG二胺的一个胺末端以将其与降冰片烯二羧酸酐偶联似乎是凭直觉得到的。然后可以除去所述保护基以暴露胺末端以用于进一步反应。然而，这将给所述反应增加额外的步骤，并且因此可能不是理想的。本公开的实施方案已经通过在偶联后进行双重中和步骤以获得游离胺末端以进一步偶联到肽而在合成和纯化步骤中设法克服了这个问题。

包含生物活性合成共聚物的材料

本公开还提供了用于医药的、包含本文中公开的共聚物的材料。在各种实施方案中，所述材料是选自下组的器械的一部分或用在选自下组的器械上：伤口敷料、皮肤支架、骨支架、类器官支架、植入物、医疗器械。例如，所述材料可以是包含本文中公开的生物活性合成共聚物的组织再生用支架。所述材料可以是适合于通过胶原的刺激增加医疗器械中使用的聚酰胺的生物相容性的材料。所述材料可以是适用于组织和血清处理装置的抗菌聚苯乙烯材料。所述材料可以是适用于刺激组织再生的聚丙交酯支架。所述材料可以是适用于刺激软骨组织再生的聚(乳酸-乙醇酸)共聚物支架。所述材料还可以是用于医疗植入物的聚(甲基丙烯酸甲酯)材料。

在各种实施方案中，所述材料通过静电纺丝、熔体挤出、热熔体挤出、注射成型、熔丝制造、熔融沉积建模、增材制造、熔喷等加工/打印/三维打印。

在各种实施方案中，当在人体或动物体上/体内使用时，所述材料或者生物活性合成共聚物与生物学系统或生物学系统的部分相容，而基本上没有或者没有显著引发不良生理反应如毒性反应/响应、免疫反应/响应、损伤等。在各种实施方案中，所述聚合物基本上不含引起不良生理反应的材料。

本公开还提供了加速/刺激/促进细胞生长或组织再生如骨组织或皮肤组织再生或伤口愈合的方法，该方法包括将本文中公开的生物活性共聚物或材料施用/施加至人体或动物体。

本公开还提供了本文中公开的生物活性合成共聚物或材料在制造用于加速/刺激/促进细胞生长或组织再生或伤口愈合如骨组织或皮肤组织再生的药物中的用途。

本公开还提供了本文中公开的生物活性合成共聚物或材料用于生物膜根除的用途。

在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物基本上不含干细胞和/或生长因子。在各种实施方案中，所述生物活性合成共聚物是非生物污染的。

在各种实施方案中，所述生物活性结构部分直接化学连接到所述共聚物。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分未被包封在聚合物基质中。

在各种实施方案中，所述生物活性结构部分(例如肽)不通过氨基丁酸间隔物连接至降冰片烯二羧酰亚胺。

在各种实施方案中，所述生物活性结构部分包含具有特定序列的结构明确的胶原。在各种实施方案中，所述生物活性结构部分基本上不含动物来源的胶原，其具有宽的分子量分布和/或不明确的结构和/或已知在人体中引发负面免疫反应。

在各种实施方案中，聚乙二醇本身不用作单体。例如，在各种实施方案中，乙二醇单元不作为端基存在于所述共聚物/大分子中。

本文中公开的生物活性合成聚合物和/或方法的实施方案不涉及任何在活化方法如光活化中从所述共聚物释放生物活性分子如药物分子。生物活性合成聚合物的实施方案基本上没有光可裂解的基团。

附图简要说明

图1是根据本文中公开的各种实施方案的生物活性合成聚合物的示意图100。

图2显示了纯RGD肽(“RGD(纯)”)、NBPEG₃₄₀₀RGD大分子单体(“NB-PEG3400RGD”)、NBPCL大分子单体(“NB-PCL”)和PCL-RGD ROMP共聚物(“PCL_PEG3400_RGD”)的热重分析(TGA)图。

图3是显示根据本文中公开的各种实施方案制备的基于PCL-肽的材料的生物相容性的图，相对于对照。所述结果是从人成纤维细胞(Hs27)在基于PCL-肽的材料上进行72小时的细胞活力测试获得的，其中3种肽(SRGDS、(GPHyp)₃和DGEA)的大分子单体已与PCL的大分子单体共聚。比较例是商业敷料Allevyn(即基于聚氨酯的敷料)和Acticoat(基于银纳米颗粒的敷料)。

图4是显示72小时后基于PCL-肽的材料的BMP-2诱导的ALP活性的图，商业PCL用作对照。

图5显示了NBPEG₃₄₀₀(GPHyp)₃大分子单体(“NB-PEG-GPHP”)、PA6ROMP聚合物(“PA6-homopoly”)和PA6-(GPHyp)₃ROMP共聚物(“PA6-GPHP”)的热重分析(TGA)图。

图6是显示使用发光细胞活力分析(CellTier-Glo)从在基于聚酰胺6(PA6)的电纺片材上培养的人成纤维细胞(Hs27)的细胞活力测试获得的细胞增殖结果的图。PA-胶原材料是PA6-(PHypG)₃、PA6-(GPHyp)₃和PA6-DGEA，其中(PHypG)₃和(GPHyp)₃都是胶原片段，DGEA是一种胶原模拟物。使用的对照是带有PA6侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)和具有PA6和mPEG₅₀₀₀侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。PA6-homopoly是指带有PA6侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)；PA6-mPEG是指具有PA6和mPEG₅₀₀₀侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)；PA6-PHPG是指PA6-(PHypG)₃共聚物；并且PA6-GPHP是指PA6-(GPHyp)₃共聚物。

图7是显示使用发光细胞活力分析(CellTiter-Glo)从在基于聚(丙交酯)(PLA)的电纺片材上培养的人成纤维细胞(Hs27)的细胞活力测试获得的细胞增殖结果的图。生物活性合成共聚物是PLA-RGD，商业基础聚合物PLA(“PLA bulk”)用作对照。

图8是显示使用发光细胞活力分析(CellTiter-Glo)从在基于聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)的电纺片材上培养的人成纤维细胞(Hs27)的细胞活力测试获得的生物相容性结果的图。生物活性合成共聚物是PLGA-RGD。使用的对照是商业基础聚合物PLGA(PLGA-Bulk)、具有PLGA侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)和具有PLGA和mPEG₅₀₀₀侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。PLGA-homo是指具有PLGA侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)；PLGA-mPEG是指具有PLGA和mPEG₅₀₀₀侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。

图9是显示使用发光细胞活力分析(CellTiter-Glo)从在基于聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的电纺片材上培养的人成纤维细胞(Hs27)的细胞活力测试获得的生物相容性结果的图。生物活性合成共聚物是PMMA-(GPHyp)₃(“PMMA-GPHP”)。使用的对照是商业基础聚合物PMMA(PMMA-bulk)、具有PMMA侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)和具有PMMA和mPEG₅₀₀₀侧链的(降冰片烯二羧酰亚胺)。PMMA-homo是指具有PMMA侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)；并且PMMA-mPEG是指具有PMMA和mPEG₅₀₀₀侧链的聚(降冰片烯二羧酰亚胺)。

实施例

从以下实施例、表格以及如果适用的话结合附图，本公开的示例性实施方案对于本领域技术人员来说将是更好理解的和容易地显而易见的。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行与结构和化学变化有关的其它修改。示例性实施方案不一定相互排斥，因为一些示例性实施方案可以与一个或多个实施方案组合以形成新的示例性实施方案。所述示例性实施方案不应被解释为限制本公开的范围。

实施例1：构建生物活性合成聚合物的模块化方法

已经开发了用于构建含有肽、糖或药物分子的生物活性大分子单体的通用策略。简单的两步合成允许快速建立各种链长度的生物活性大分子单体的广泛库，从而允许快速开发具有目标应用所要求的所需生物活性的合成聚合物。使用该库使得通过将生物活性大分子单体与具有所需物理性能的合成聚合物的大分子单体匹配来构建适应各种应用的所需聚合物的模块化方法成为可能。因此可以实现快速的聚合物定制。

开发了如方案1中所示的用于设计/构建所需生物活性材料的模块化积木系统。一旦确定了目标医疗应用，就可以使用“即插即用”方法(方案1)来创建所需的生物活性合成材料，该材料不仅具有治疗效果，而且具有必要的机械性能以便于储存和操作。

方案1.构建具有适应目标应用的所需性能的生物活性聚合物的模块化方法实例

通过使用所述模块化方法，产生在单体末端由生物活性分子组成的大分子单体，并且其能够与其它合成聚合物共聚以产生具有目标生物活性的生物活性合成聚合物。使用根据本文中公开的各种实施方案开发的策略，通过将生物活性分子转换为带有羧酸基团的任何肽或糖，所需的聚合物是高度可定制的。一旦确定了目标应用，这允许快速合成生物活性聚合物。所产生的生物活性聚合物可以具有从皮肤细胞再生、骨细胞再生、抗微生物活性、软骨组织再生、伤口愈合、胶原生成、抗炎到胆甾醇合成抑制(用于例如使用阿托伐他汀作为药物)的性能，并且可以根据需要被制成具有机械强度或可生物降解性。因此，所述模块化合成使得应用与聚合物性能的匹配简单得多和有效得多。

实施例2：制备生物活性合成共聚物的方法

根据本文中公开的各种实施方案制备生物活性合成共聚物的方法包括分别产生生物活性分子和合成聚合物的大分子单体，并使用开环易位聚合(ROMP)技术将这些原本互不相容的分子连接在一起。其结果是一种刷状聚合物，其同时带有生物活性分子和用于提高材料的整体机械强度的合成聚合物(方案2)。通过分别创建大分子单体，本发明人能够建立供临床医生或医疗技术公司选择的、具有不同性能的大分子单体库，并且可以容易和快速地构建具有适应目标应用的所需治疗效果的材料。通过分别创建大分子单体，本发明人还能够建立用于在生物医学实验室中快速测试功效的大分子单体和最终共聚物的库。这些大分子单体(MM)的不同组合还可以产生明确的、含有不同生物活性分子的刷状共聚物库，用于在实验室中快速筛选生物活性。

在以下实施例中，已经产生了含有合成聚合物侧臂和拴在聚乙二醇(PEG)结构部分上的生物活性分子的刷状聚合物。合成聚合物可以包括聚(己内酯)(PCL)、聚酯如聚(乳酸)(PLA)和聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))和聚酰胺(PA)。生物活性分子可以包括选自20种天然氨基酸的3-20个氨基酸残基的任意组合的肽序列、糖如葡糖胺基葡聚糖或含有羧酸末端的药物分子如某些抗生素的生物分子。生物分子还可以包括任何序列中的、3-20个氨基酸残基的胶原模拟肽，例如DGEA、(Gly-Pro-Hyp)₃和(Pro-Hyp-Gly)₃。根据应用，可以选择合适的合成聚合物和具有感兴趣的生物活性的生物分子，使用本文中公开的刷状聚合物技术通过开环易位聚合使它们共聚在一起。

所得聚合物显示出所涉及的生物分子的生物活性，同时具有好得多的物理和机械性能以实现良好的材料操作和加工性能。例如，观察到PA-胶原共聚物和PLA-RGD共聚物的细胞活力或细胞增殖均优于对照。

所述聚合物随后可以与类似于侧臂上聚合物的聚合物共混，以产生用于生物医疗器械如导管、伤口敷料、组织支架、整形外科植入物、假肢、软骨关节植入物等的生物活性材料。

根据本文中公开的各种实施方案制备生物活性合成聚合物的合成路线在方案2中图解说明。

(例如PP、PCL、PLA、PLGA、PS、PMMA、PA)的基团

方案2.通过ROMP合成刷状聚合物以产生生物活性合成聚合物

在以下实施例中，选择了六种类型的合成聚合物作为刷状聚合物上的合成聚合物侧链。要选择的确切聚合物取决于要制造的生物医疗器械的性质，例如所述器件材料是否需要诸如生物降解性、柔韧性、抗冲击性之类的性能。

实施例3：生物活性大分子单体和合成方法

已经开发了用于根据本文中公开的各种实施方案合成生物活性大分子单体的通用策略。各种链长度的聚乙二醇二胺(例如M_W＝1,000-6,000)与顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐反应以生成大分子单体主体，即含有降冰片烯二羧酰亚胺和聚乙二醇的大分子单体(NBPEG)主体(方案3.1)。一旦产生了NBPEG，各种肽、糖或药物分子然后与这些NBPEG链反应以产生具有所需治疗性能的生物活性大分子单体。

在具有所述大分子单体主体的情况下，任何肽、糖或药物分子(R)均可使用，利用生物活性分子上的羧酸末端通过缩合反应在NBPEG上的胺基与糖或者肽的羧酸末端间形成肽/酰胺键(方案3.2)。药物分子的实例包括抗生素，例如阿莫西林或环丙沙星。在各种实施方案中，R是抗微生物肽的共聚物(IRIK)₂或者(IKKI)₃；肝素寡糖DP10、DP12、DP14；COL或RGD，其中COL可以是DGEA、(GPHyp)_n或者(PHypG)_n。在各种实施方案中，R是糖、具有CO₂H基团的药物分子或由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列。在各种实施方案中，R是DP12、DP14、COL或RGD，其中COL可以是DGEA或者(GPHyp)_n。如果糖不具有羧酸基团，则可能需要对所述糖进行改性以包括一个羧酸基团。或者，也可以在所述糖的羟基或羰基上进行胺取代反应或还原胺化反应。

方案3.1.使用各种链长度的PEG二胺合成NBPEG大分子单体主体(其中toluene＝甲苯，reflux＝回流)

方案3.2.生物活性大分子单体的合成(R可以是DP12、DP14、COL或RGD，其中COL可以是DGEA，含有甘氨酸(G)、脯氨酸(P)、羟脯氨酸(Hyp)的任何顺序的任何肽序列(最多n＝6)例如(GPHyp)_n、(HypGP)_n或者(PHypG)_n。R也可以是糖或具有CO₂H基团的药物分子或由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列)。

实施例4：合成大分子单体和合成方法

方案4.1-4.5显示了PCL、PLA、PLGA、PS、PMMA和PA的合成大分子单体。

PLA、PLGA、PCL是使用带有末端羟基的降冰片烯二羧酰亚胺连接剂上的开环聚合反应生成的。简单地说，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐与3-氨基-1-丙醇反应生成引发剂分子。然后该引发剂与ε-己内酯(或用于PLA形成的D,L-丙交酯；用于PLGA形成的D,L-丙交酯和乙交酯)在Sn(Oct)₂催化剂存在下反应，以在所述降冰片烯二羧酰亚胺连接剂即N-[3-羟基丙基]-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NPH)上形成PCL链，得到PCL大分子单体(NB-PCL)(方案4.1)(或NB-PLA大分子单体)。

方案4.1.PCL大分子单体的合成

PLA大分子单体是使用开环聚合合成的。顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐首先与3-氨基-1-丙醇反应以提供引发剂分子。然后在Sn(Oct)₂催化剂存在下该醇引发剂与D,L-丙交酯一起搅拌以提供NB-PLA大分子单体(方案4.2)。

方案4.2.PLA大分子单体的合成(其中toluene＝甲苯，reflux＝回流，D,L-lactide＝D,L-丙交酯)

聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)大分子单体通过顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺氨基丙醇引发剂分子在两个步骤中合成(方案4.3)。

方案4.3.聚(乳酸-乙醇酸)共聚物聚(PLGA)大分子单体合成(toluene＝甲苯，reflux＝回流，D,L-lactide＝D,L-丙交酯，Glycolide＝乙交酯)

PS是通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备的，其中在聚合反应后在聚合物链末端形成叠氮化物末端，使得所述降冰片烯二羧酰亚胺连接剂可以“点击”到所述聚合物上以产生PS(NB-PS)大分子单体(方案4.4a-4.4c)。

PMMA(NB-PMMA)大分子单体是使用原子转移自由基聚合(ATRP)制备的。N-(羟基丙基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NPH)首先与2-溴异丁酰溴反应以提供降冰片烯基官能化的ATRP引发剂。然后通过使用CuBr/TMEDA催化体系从降冰片烯基官能化的ATRP引发剂直接生长聚合物来合成NB-PMMA大分子单体(方案4.4d)。

聚酰胺(PA)大分子单体可以通过在回流条件下使用H₂O和H₃PO₃作为催化剂的ε-己内酰胺在N-(羧基戊基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NCP)上的开环聚合来产生(方案4.5)。NCP用作ε-己内酰胺ROP的引发剂。

方案4.5.通过降冰片烯二羧酰亚胺连接剂和ε-己内酰胺合成的PA大分子单体

实施例5：开环易位聚合催化剂

采用所述生物活性大分子单体和合成聚合物(PCL、PLA、PLGA、PS、PMMA或PA)大分子单体，使用Grubbs型催化剂1或2通过ROMP制备最终的生物活性共聚物(方案5)。

方案5.用于ROMP反应的Grubbs型催化剂的实例

实施例6：生物活性合成共聚物实施例

图1显示了根据本文中公开的各种实施方案设计的生物活性合成共聚物100。生物活性合成共聚物100包含聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链102、合成聚合物的侧臂104a、104b和104c以及拴在PEG链108a、108b和108c上的生物活性分子106a、106b和106c的侧臂。如所述示意图中显示的，所述侧臂连接到聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链102。106a、106b和106c可以是相同或不同类型的生物活性结构部分。

合成聚合物的实例包括聚(己内酯)(PCL)，聚酯如聚乳酸(PLA)和聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)，聚苯乙烯(PS)，聚丙烯酸酯，聚(甲基)丙烯酸酯如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，和聚酰胺(PA)。生物活性分子的实例包括选自由20种天然氨基酸形成的3-20个氨基酸残基的肽序列、任何序列中的3-20个氨基酸残基的胶原模拟肽如DGEA、(Gly-Pro-Hyp)₃和(Pro-Hyp-Gly)₃、糖如葡糖胺基葡聚糖或含有羧酸末端的药物分子如某些抗生素的生物分子。

根据目标应用，生物活性大分子单体可以与不同类型的合成聚合物相匹配，以产生具有不同物理性能的材料。

一个实例是包含RGD的生物活性大分子单体。RGD是能够结合整合素以进行细胞附着、迁移和增殖的肽序列。因此，产生了RGD的大分子单体(方案6)。

方案6.带有RGD的大分子单体

所述RGD大分子单体可以与可生物降解的大分子单体配对以产生皮肤支架，在患者自己的皮肤接管后这种支架会在人体内降解。该大分子单体还可以与带有硫酸肝素的大分子单体和带有聚己内酯的大分子单体共聚，以生成可用作生物可吸收骨支架的、允许骨组织再生的三嵌段共聚物。这种构建聚合物的模块化方法允许将不同的生物活性大分子单体与合成大分子单体相匹配，以根据患者的需要快速产生机械强度高的治疗材料。治疗剂(生物活性大分子单体)的剂量也可以通过调节聚合过程中大分子单体的比例来调整以适应患者的需要。

RGD可以通过其酸末端用任何肽序列替换，或者用具有羧酸官能团的任何糖或任何药物分子如阿莫西林或环丙沙星替换。

例如，葡糖胺基葡聚糖(GAG)如5至10个二糖单元的硫酸肝素(HS)链可以被用作生物活性结构部分。不受理论束缚，据信HS链对骨形态发生蛋白(BMP)、特别是BMP-2是活性的，其能够将成肌细胞转分化为成骨细胞。不受理论束缚，据信具有六个二糖单元的HS片段DP12对BMP-2具有最高的结合亲和力。与DP12复合的BMP-2的体外实验显示细胞中更大的成骨分化，而使用大鼠模型的体内实验表明相对于聚己内酯(PCL)管中的胶原海绵对照，DP12提高了骨组织再生。因此，创建了具有DP12大分子单体的PCL共聚物，然后可以将其添加到基础聚合物PCL中并制成全骨植入物。通过在将所述聚合物混合到基础聚合物PCL中之前将DP12化学连接到PCL本身，本公开有利地显示可以将GAG局限在所述植入物上以防止不希望的副作用，例如除植入部位外身体任何其它位置的骨组织再生。除了用作骨支架外，DP14-PCL/PCL共混物还可以被用于创建皮肤支架，因为还已知GAG可提高角质形成细胞再生。

除了GAG之外，还可以使用对皮肤和骨组织再生有用的肽，例如整合素结合剂或胶原片段。细胞外肽如RGD能够充当整合素结合剂以促进细胞附着、迁移和增殖。

除了RGD肽外，还可以用胶原片段和模拟物创建材料。骨骼是一种矿化的胶原组织，其在整个生命周期中会自我重塑以适应机械应力和维持骨骼组织的完整性。目前的骨支架通常由胶原海绵制成，偶尔会用一些磷酸钙陶瓷如磷酸三钙或羟基磷灰石矿化。胶原的生物相容性及其与骨组织的相似性使其成为理想的骨骼支架材料。不受理论束缚，据信在PCL支架中使用胶原片段或胶原模拟物(COL)有助于提高整个基于PCL的支架材料的生物相容性和仿生性能。可以使用的一些可能的胶原模拟物包括DGEA和带有不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段。不受理论束缚，据信DGEA支持间充质干细胞粘附和分化成成骨细胞。而且，不受理论束缚，据信胶原也可以成为极好的皮肤支架材料，因为细胞外基质(ECM)主要是胶原质材料。研究的其它ECM肽包括层粘连蛋白衍生肽A5G81，据报道它可以促进大鼠的伤口愈合。

除了组织再生生物分子，细胞穿透肽如(IRIK)₂和(IKKI)₃也可以被用作生物活性结构部分，用于结合到非生物污染材料中。生物污染是生物医疗器械如导管、肠道支架和甚至伤口敷料中的一个严重问题。靶向生物膜形成细菌如铜绿假单胞菌的能力且同时对人体无毒使这样的肽成为生物医疗器械材料的有吸引力的候选者。

药物分子如抗生素也可以被结合到刷状聚合物中。在理论上，任何具有羧酸末端的药物分子都允许产生这些生物活性合成聚合物。一些成功聚合的药物分子包括阿莫西林和环丙沙星。已经产生了也用于抗菌设备的刷状聚合物。

总之，已经开发了一种通用策略来产生生物活性大分子单体，用于通过使用模块化方法进行聚合物设计和合成来快速构建生物活性合成聚合物。这样的治疗材料合成模块化方法允许治疗定制以满足每个患者的需求，因此更接近个人医疗的理想情况。

总之，已经通过ROMP技术开发了一系列在聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上带有合成聚合物如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(交酯)、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物、聚(ε-己内酯)和聚酰胺的、具有聚乙二醇化生物分子作为侧链的聚合物。还对这些聚合物中的一些的生物相容性、骨生长因子和皮肤细胞活力进行了测试以证明这些材料能够承受苛刻的材料加工温度而没有损失生物活性的能力。这里提出的通用策略形成了一种产生用作生物医疗器械用材料中的生物添加剂的生物活性合成聚合物的方法，其中所述生物添加剂可以与聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上的聚合物侧链类型相似的基础聚合物共混。所述合成聚合物侧链有助于使所述生物分子与所述基础合成聚合物更相容，允许它们被共混在一起而不会发生相分离。所述刷状聚合物的形成还允许生物分子具有比天然生物分子本身好的结构完整性，天然生物分子往往是极度吸湿的，导致它们作为材料时差的操作和低的可加工性。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应、PS(NB-PS)和PCL(NPH-PCL)大分子单体合成、生物活性大分子单体合成和催化剂2合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。产生N-(羟基丙基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NPH)、N-(羧基戊基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NCP)和N-(羟基癸基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NDH)的NBPEG与NB氨基醇缩合反应在大气条件下的通风橱中进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂(催化剂1)购自Sigma Aldrich，肽购自Biomatik Inc。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。DP12购自Iduron。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用MeOD作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHz NMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PCL大分子单体的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有AcquityAPC XT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters Aquity APC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。聚苯乙烯用作校准标准物。TGA/DSC使用TA Instruments SDT2960同步DSC-TGA测量。

(H₂IMes)(pyr)₂(Cl)₂RuCHPh(催化剂2)的合成

在带螺帽的20mL小瓶中，将吡啶(2mL)添加到催化剂1(0.5g，0.59mmol)中。将反应在室温下搅拌15分钟，在此期间观察到颜色从红色变为绿色。将己烷(16mL)添加到所述绿色溶液中，绿色固体开始沉淀。将所述绿色沉淀物真空过滤，用己烷(4x10mL)洗涤，并在真空下干燥，得到催化剂2，为绿色粉末。

N-(羟基丙基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NPH)的合成

向圆底烧瓶中加入顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(0.985g，6.0mmol)和3-氨基-1-丙醇(0.473g，6.3mmol)。向所述烧瓶中加入30mL甲苯，然后加入三乙胺(84μL，0.60mmol)。将迪安-斯达克分水器连接到所述烧瓶上，并将反应混合物加热回流(135℃)4小时。然后将反应混合物冷却并真空浓缩，得到淡黄色油状物。将该残余物用30mL二氯甲烷稀释并用0.2M HCl(20mL)和饱和氯化钠(20mL)洗涤。将有机层用Na₂SO₄干燥、真空浓缩并在真空烘箱中干燥过夜，得到1.22g白色固体。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ6.27(t，J＝2.0Hz，2H)，3.64(t，J＝6.4Hz，2H)，3.53(q，J＝6.1Hz，2H)，3.26(s，2H)，2.71(m，2H)，2.60(m，1H)，1.84-1.70(m，2H)，1.55(m，1H)，1.24(d，1H)。

通过ROP合成NPH-PCL大分子单体

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NPH-PCL大分子单体。例如，将ε-CL(0.5毫升，0.52摩尔)添加到含有溶解在甲苯(1毫升)中的NPH引发剂(0.05克，0.23毫摩尔)的20毫升闪烁瓶中。将Sn(Oct)₂(0.0037g，9.1μmol)添加到所述混合物中，并将所得溶液在110℃搅拌90分钟并沉淀到甲醇中。然后将甲醇溶液置于冰箱中过夜以产生白色沉淀物，将其过滤并用甲醇洗涤。然后将残余物在真空下干燥过夜。GPC分析(THF)：M_n＝5,613，PDI＝1.08，收率0.4478g。

制备浓度为91μmol/ml的Sn(Oct)₂标准溶液并用于ROP反应。

通过ROP合成NPH-PLA大分子单体

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NPH-PLA大分子单体。例如，向火焰干燥的25mL Schlenk管中加入NPH引发剂(110mg，0.50mmol)、D,L-丙交酯(864mg，6.0mmol)、Sn(Oct)₂(2mg)和搅拌棒。将所述管抽真空并用氮气回充四次，然后浸入130℃的油浴中。在2.5小时之后，将内容物冷却至室温，用二氯甲烷稀释，并在冷甲醇中沉淀两次。通过倾析上清液分离大分子单体，并将其真空干燥过夜。GPC分析(THF)：M_n＝2,471，PDI＝1.20，收率0.600g。¹H NMR(CDCl₃)：δ6.28(br t，2H)，5.27-5.08(m)，4.35(m，1H)，4.19-4.02(m，2H)，3.62-3.44(m，2H)，3.27(s，2H)，2.69(m,2H)，1.97-1.47(m)，1.19(d，1H)。

N-(羟基癸基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NDH)的合成

向圆底烧瓶中加入顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(0.95g，5.8mmol)和10-氨基-1-癸醇(1.0g，5.8mmol)。向所述烧瓶中添加20mL甲苯，然后添加三乙胺(80μL，0.58mmol)。在加热后获得均匀溶液。将迪安-斯达克分水器连接到所述烧瓶上，并将反应混合物加热回流(135℃)4小时。然后将反应混合物冷却并真空浓缩，得到灰白色固体。将该残余物溶解在20mL CH₂Cl₂中并用0.1N HCl(10mL)和饱和氯化钠(10mL)洗涤。将有机层用MgSO₄干燥并真空浓缩，得到1.96g无色粘稠油状物。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ1.20-1.28(m，13H)，1.49-1.56(m，5H)，2.65(d，J＝1.5Hz，2H)，3.26(t，J＝1.5Hz，2H)，3.44(t，J＝7.5Hz，2H)，3.62(t，J＝6.5Hz，2H)，6.27(t，J＝2.0Hz，2H)。

N-(戊炔酰基癸基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺的合成

向圆底烧瓶中加入N-(羟基癸基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NDH)(0.80g，2.5mmol)、N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)(0.58g，3.0mmol)和4-二甲基氨基吡啶(DMAP)(0.10g，0.82mmol)，然后加入10mL CH₂Cl₂。通过注射器添加戊炔酸(0.25g，2.5mmol)在5mL CH₂Cl₂中的溶液。将反应混合物在室温下搅拌过夜。将反应混合物用水(2x20mL)和饱和NaCl(20mL)洗涤并用MgSO₄干燥。蒸发溶剂，剩余残余物通过硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷，1:9v/v)纯化，得到0.88g无色油状产物(88％收率)。¹HNMR(500MHz，CDCl₃)：δ1.21-1.33(m，13H)，1.49-1.54(m，3H)，1.62(t，J＝7.5Hz，2H)，1.97(t，J＝2.5Hz，1H)，2.48-2.57(m，4H)，2.67(d，J＝1.5Hz，2H)，3.27(t，J＝1.5Hz，2H)，3.45(t，J＝7.5Hz，2H)，4.09(t，J＝7Hz，2H)，6.28(t，J＝2.0Hz，2H)。

通过ATRP-点击合成NB-PS大分子单体

使用ATRP点击反应制备具有不同聚合度(DP)的NB-PS大分子单体。例如，在手套箱中将CuBr(0.1435g，1mmol)称入20ml闪烁瓶中。添加苯乙烯(通过碱性Al₂O₃预过滤，11.5ml，100mmol)，随后添加2-溴丙酸甲酯(112μl，1mmol)和PMDETA(209μl，1mmol)。将所述混合物在80℃加热1小时，然后滴加到搅拌的MeOH(400ml)中，得到在深蓝色溶液中的白色沉淀物(ppt)。过滤所述ppt以获得蓝白色固体，将其重新溶解在最少量的CH₂Cl₂中，在MeOH中再沉淀并过滤。重复该再溶解、沉淀和过滤过程，直到获得PS-Br的纯白色固体物。然后将所述固体物在真空烘箱中干燥过夜。GPC分析(THF)：M_n＝2,523，PDI＝1.18。

在手套箱中将PS-Br(0.5mmol)和NaN₃(2.5mmol)添加到20ml闪烁瓶中，然后添加DMF(10ml)，并将所述混合物搅拌48小时以得到含溴化钠白色沉淀物的无色溶液。在通风橱中将所述混合物添加到含有搅拌的MeOH的烧杯中。过滤白色沉淀物，用MeOH洗涤并在真空烘箱中干燥，得到PS-N₃预聚物。

在20ml闪烁瓶中添加PS-N₃预聚物(0.1mmol)、N-(戊炔酰基癸基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(0.15mmol)和CuBr(0.01mmol)。添加THF(2ml)和PMDETA(0.01mmol)，并将所述混合物在50℃搅拌过夜。将MeOH添加到冷却的反应混合物中，得到白色ppt，将其过滤并用MeOH洗涤，然后在真空烘箱中干燥，得到NB-PS大分子单体。¹H NMR(CDCl₃)：7.10-6.46(m)，6.28(s，2H)，5.04-4.94(m，1H)，4.13-4.0(m，2H)，3.51-3.40(m，5H)，3.27(s，2H)，2.91-2.86(m，2H)，2.67-2.56(m，2H)，0.92(br s，3H)。

降冰片烯基官能化的ATRP引发剂的合成

向圆底烧瓶中加入N-(羟基丙基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NPH)(0.66g，3.0mmol)。向所述烧瓶中加入二氯甲烷(12mL)，随后加入三乙胺(0.63mL，4.5mmol)。将反应烧瓶浸入冰水浴中，并将2-溴异丁酰溴(0.55mL，4.5mmol)滴加到所述反应混合物中。添加完成后，将反应混合物在室温下搅拌过夜。将反应混合物用0.1M HCl(15mL)、饱和NaHCO₃溶液(15mL)和饱和氯化钠(2x15毫升)洗涤。将有机层用Na₂SO₄干燥并真空浓缩。将残余物通过硅胶色谱法(二氯甲烷)纯化，得到淡黄色固体产物(0.80g，72％)。¹HNMR(500MHz，CDCl₃)：δ6.28(t，J＝1.8Hz，2H)，4.17(t，J＝6.5Hz，2H)，3.61(t，J＝7.1Hz，2H)，3.28(s，2H)，2.69(d，J＝1.8Hz，2H)，1.99-1.96(m，8H)，1.52(m，1H)，1.21(d，J＝9.9Hz，1H)。

通过ATRP合成NB-PMMA大分子单体

使用ATRP制备具有不同聚合度(DP)的NB-PMMA大分子单体。例如，在25mL Schlenk管中加入降冰片烯基官能化的ATRP引发剂(53mg，0.143mmol)、MMA(1.06mL，10.0mmol)、苯甲醚(1.0mL)和TMEDA(0.011mL，0.072mmol)。通过三个冷冻-泵-解冻循环将溶液脱气。在最后一个循环中，将所述Schlenk管充满氮气，并将CuBr(10.3mg，0.072mmol)快速添加到冷冻的反应混合物中。将所述Schlenk管密封、抽真空并用氮气回充3次。将所述Schlenk管解冻至室温，并且聚合在70℃油浴中进行3小时。将所述混合物通过中性氧化铝过滤、沉淀到MeOH中并过滤。然后将固体物在真空烘箱中干燥过夜。GPC分析(THF)：M_n＝5,158，PDI＝1.13。¹H NMR(CDCl₃)：δ6.30(s，2H)，4.17(m，2H)，3.76(m)，3.65-3.59(m)，3.28(s，2H)，2.72(s，2H)，2.00-1.69(m)，1.07-0.75(m)。

N-(羧基戊基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NCP)的合成

将顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(4.0g，24.3mmol)和6-氨基己酸(3.3g，25.3mmol)称入圆底烧瓶中。向所述固体混合物中加入甲苯(50mL)和Et₃N(410μL，2.92mmol)。将所述烧瓶与迪安-斯达克分水器连接并加热回流4小时。然后允许所述混合物冷却至室温、用CH₂Cl₂(50mL)稀释并用1M HCl水溶液(2×20mL)洗涤。将有机层用饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，用Na₂SO₄干燥，过滤，减压浓缩，得到NCP，为淡黄色固体。¹H NMR(500MHz，CD₃OD，25℃)：δ6.26(t，2H，J＝2.0Hz)，3.44(m，2H)，3.25(m，2H)，2.66(d，2H，J＝1.0Hz)，2.32(t，2H，J＝7.2Hz)，1.63(m，2H)，1.55(m，2H)，1.46-1.51(m，1H)，1.33(m，2H)，1.19(d，1H)。

通过ROP合成NCP-PA6大分子单体

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NCP-PA6大分子单体。例如，将ε-己内酰胺(2.56g，12mmol)称入含有NCP引发剂(0.2g，0.6mmol)并带有氮气入口的50ml圆底烧瓶(rbf)中。将含有H₃PO₃(0.081g)的去离子水(5ml)添加到所述混合物中，并将所得混合物在170℃加热30分钟并在240℃保持4小时。通过蒸馏除去水，并将反应在真空下在240℃再加热2小时。米黄色固体从MeOH中沉淀出来，将其用MeOH反复洗涤。在真空烘箱中干燥过夜后获得NCP-PA6。¹H NMR[500MHz，DCO₂D/CD₂Cl₂(1：4)]：δ6.42(br，PA6)，6.28(s，2H，NCP)，3.42(s，6H，NCP)，3.14-3.12(m，PA6)，2.67(s，2H，NCP)，2.14-2.12(m，PA6)，1.56-1.53(m，PA6)，1.46-1.44(m，PA6)，1.29-1.25(m，PA6)。

NBPEG大分子单体主体(H₂N-PEG-NH₂为1,000、3,400和6,000)的合成

将PEG二胺(1g)和顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(1当量)添加到100ml圆底烧瓶中，然后添加甲苯(50ml)。添加三乙胺(1当量)，并将所述混合物在回流下搅拌过夜，同时用连接的迪安-斯达克分水器除去水。将所得溶液蒸发至干，添加二氯甲烷(40ml)，随后添加0.1M HCl(40ml)。萃取有机层并用0.1M NaOH(50ml)洗涤。将0.1M NaOH(50ml)加入到来自所述酸洗的含水部分中，随后添加CH₂Cl₂(30ml)。萃取并合并有机层，用饱和NaCl洗涤，然后用Na₂SO₄干燥。将所述材料蒸发至干，对于PEG二胺1,000得到浅橙色油状物NBPEG，对于PEG二胺3,400和6,000得到米黄色固体NBPEG。¹H NMR(MeOD)：δ＝6.36(t，2H，NB)，3.67(s，PEG)，3.21(s，2H，NB)，2.74(s，2H，NB)，1.92(s，2H)。

作为PEG1,000、3,400和6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀RGD合成

在手套箱中，在4ml小瓶中，将RGD(在用OMe保护的天冬氨酸上具有1个羧酸末端)(0.0937g，0.26mmol)溶解在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μL，0.52mmol)并搅拌所述混合物(A)。在40℃，将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)溶解在在20ml小瓶中的MeOH(12.5ml)中，然后添加来自(A)的所述RGD溶液，得到溶液(B)。然后将溶液B添加到在40毫升小瓶中的NBPEG₁₀₀₀(0.25g，0.218mmol)中，并在室温下搅拌过夜。然后将所得混合物蒸发至干并将油状物加入乙醚(50ml)中。将所述乙醚溶液在冰箱中冷却48小时并倾析。向残余物中加入MeOH(5ml)以得到具有白色ppt的橙色溶液。使所述混合物通过注射器过滤器，并将澄清的滤液蒸发至干，得到RGDPEGNB的橙色油状物，收率为95％。¹H NMR(MeOD)：δ＝7.74(dd)，7.35-7.42(m)，6.32(t)，4.39(s)，4.20(s)，3.63(br s)，3.60(d)，3.17(t)，2.70(d)。MALDI-MS：661.3([M-NB]+2H⁺)。

作为PEG 1,000、3,400和6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀DGEA合成

在手套箱中，将DGEA(在E和A上具有羧酸，用OMe保护)(0.109g，0.26mmol)溶解在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μL，0.52mmol)并搅拌所述混合物作为溶液A。在40℃，将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)溶解在MeOH(12.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEGNH₂(0.25g，0.218mmol)中，并在室温下搅拌24h。然后将所得到的浅黄色混合物通过溶剂蒸发来浓缩，得到黄色油状混合物。将所述混合物分散到Et₂O中，并将溶液置于冰箱中48小时。取出Et₂O层，向残余物中加入MeOH，得到黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到黄色油状产物NB-PEG-DGEA(0.28g，收率73％)。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD，25℃)：δ7.80(d，1H)，7.71(d，1H)，7.44-7.38(m，2H)，6.33(s，2H)，4.40(s，2H)，4.22(s，1H)，3.95(s，1H)，3.68(m，6H)，3.64(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.82(s，2H)，2.72(s，2H)，2.47(m，2H)，2.14(m，1H)，1.96(m，1H)，1.48-1.41(dd，2H)。

作为不同序列和链长度(n最高为6)的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸的胶原片段和PEG1,000、3,400和6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀(GPHyp)₃合成

在手套箱中，将(GPHyp)₃(0.213g，0.26mmol)溶解在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μl，0.52mmol)并搅拌混合物(溶液A)。将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)在40℃溶解在MeOH(12.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEGNH₂(0.25g，0.218mmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得到的浅黄色混合物，得到米黄色混合物。将所述混合物分散到Et₂O中并冷冻48小时。取出Et₂O层，向残余物中加入MeOH，得到米黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到米黄色油状产物NB-PEG-(GPHyp)₃(0.22g，收率50％)。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD，25℃)：δ6.33(s，2H)，4.73-4.44(br，4H)，3.65(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.72(s，2H)，2.39-1.80(br，8H)，1.44-1.37(dd，2H)。

NBPEG₃₄₀₀DP12的合成

在8ml闪烁瓶中，将DP12(0.0211g，8.5μmol)溶解在MeOH(1.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(3μl，17μmol)并搅拌混合物(溶液A)。将HOBT(0.0032g，8.5μmol)和HBTU(0.0012g，8.5μmol)在40℃溶解在MeOH(2.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEG₃₄₀₀NH₂(0.025g，7.05μmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得到的浅黄色混合物，得到米黄色混合物。将所述混合物分散到Et₂O中，并将所述混合物置于冰箱中84小时。倾析出Et₂O，向残余物中加入MeOH，得到浅黄色溶液。过滤溶液并随后蒸发溶剂后得到橙色油状物。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD，25℃)：δ7.81(dd，4H)，7.44-7.52(m)，6.36(t，2H)，4.28(br，4H)，3.67(s，304H)，3.21(s，2H)，2.77(s，2H)，1.48-1.32(m，10H)。

作为PCL-肽型共聚物代表性制备的NPH-PCL大分子单体和NBPEG₃₄₀₀RGD大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₃₄₀₀RGD大分子单体(0.2当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PCL(0.05g)。添加THF(导致0.021M的NPH-PCL浓度)并在室温下搅拌所述混合物直到得到透明溶液。将催化剂1或2在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)添加到该溶液中，并将反应在30℃搅拌2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到白色ppt。将混合物离心并倾析母液。将残余物重新悬浮于甲醇中，离心后再次倾析母液，以洗涤残余物。进行所述MeOH洗涤3次，然后将最终残余物在真空烘箱中干燥过夜。

对于PCL-RGD共聚物，GPC分析(THF)：M_n＝140,000，PDI＝1.21。

作为PLA-肽型共聚物代表性制备的NPH-PLA大分子单体和NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PLA(0.05g)。添加THF(导致0.05M的NPH-PCL浓度)并在室温下搅拌所述混合物直到得到透明溶液。将催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)添加到该溶液中，并将反应搅拌1小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到粘性固体物。倾析去母液，并将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥。对于PLA-RGD共聚物，GPC分析(THF)：M_n＝76,681，PDI＝1.44。

作为PS-肽型共聚物代表性制备的NB-PS大分子单体和NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体(0.1当量)称入4ml玻璃小瓶中，然后添加NB-PS(0.05g)。添加THF(0.6ml)并在25℃搅拌所述混合物直到得到透明溶液。将催化剂1或者2在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)添加到该溶液中，并将反应搅拌1小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到白色沉淀物。过滤所述混合物，并将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥。对于PS-RGD共聚物，GPC分析(THF)：M_n＝33,484，PDI＝1.41。

作为PMMA-肽型共聚物代表性制备的NB-PMMA大分子单体和NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NB-PMMA(0.05g)。添加THF(导致0.05M的NB-PMMA浓度)并在室温下搅拌所述混合物直到得到透明溶液。将催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)添加到该溶液中，并将反应搅拌1小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到白色沉淀物。将残余物重新悬浮于甲醇中，离心后再次倾析母液，以洗涤残余物。进行所述MeOH洗涤3次，然后将最终残余物在真空烘箱中干燥过夜。对于PMMA-RGD共聚物，GPC分析(THF)：M_n＝68,512，PDI＝1.72。

作为PA-肽型共聚物代表性制备的NCP-PA6大分子单体和NBPEG₃₄₀₀DGEA大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₃₄₀₀DGEA大分子单体(0.2当量)称入4ml玻璃小瓶，然后添加NCP-PA6(0.12g)。添加CH₃CO₂H(导致0.021M的NCP-PA6浓度)，并将所述混合物在80℃搅拌直到得到透明溶液。将催化剂2(1.25mol％，0.05M的CH₂Cl₂溶液)添加到所述溶液，并将反应在80℃搅拌24小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH。将所述混合物在冰箱中放置1天，得到米黄色ppt。将所述悬浮液离心并倾析母液。将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥，得到米黄色固体产物。¹H NMR[500MHz，DCO₂D/CD₂Cl₂(1：4)]：δ6.42(br，PA6)，3.60(s，PEG)，3.19-3.13(m，PA6)，2.15-2.12(m，PA6)，1.62-1.56(m，PA6)，1.48-1.42(m，PA6)，1.29-1.23(m，PA6)。

实施例7：生物活性合成共聚物实施例-作为用于人皮肤和骨组织再生的生物添加剂的聚(ε-己内酯)生物分子共聚物

已经合成并表征了一系列具有各种聚乙二醇化生物分子如胶原模拟物(COL)、整合素结合肽和葡糖胺基葡聚糖(GAG)的聚(ε-己内酯)(PCL)共聚物。这样的共聚物可用于在人体中产生用于骨骼或皮肤再生的组织再生支架。

PCL是本实施例中选择的合成聚合物，因为它能够在人体内生物降解而不会像聚乳酸(PLA)那样引起局部酸度，并且该材料是生物相容的。对于骨支架材料来说将生物分子如肝素寡糖DP12结合到PCL中是希望的，这使得骨组织能够再生，而材料本身最终会在体内生物降解。

然而，DP12的问题是它是极度吸湿的，并且在植入前将其涂在PCL管上并不理想，因为在使用前无法控制涂层的均匀性。而且，由于GAG是高度水溶性的，它在植入后很容易渗入体内并且不会保留在需要骨组织再生的位置处的植入物本身上以用于BMP结合。因此，在此实施例中，创建了具有DP12大分子单体的PCL共聚物，其然后可以被添加到基础聚合物PCL中并制成全骨植入物。通过在将聚合物混合到基础聚合物PCL中之前将DP12化学连接到PCL本身，本公开有利地显示可以将GAG定位在植入物上以防止不希望的副作用，例如除了植入部位外身体任何其它位置的骨组织再生。

除GAG外，肽例如整合素结合物或胶原片段也可用于骨组织再生。事实上，这些仿生分子(GAG、整合素结合物、胶原片段)不仅可用于骨组织再生，还可用于皮肤组织再生。因此，根据本文中公开的各种实施方案合成的聚合物不仅用作骨支架，它们还可以用于皮肤支架以允许具有大面积伤口的患者例如烧伤患者的皮肤组织再生。

细胞外肽如RGD能够充当整合素结合物以促进细胞附着、迁移和增殖。RGD序列主要存在于天然胶原中，但经常无法用于整合素结合，直到所述胶原变性。因此，从胶原中分离出RGD序列并将其直接应用于组织再生产品将是有用的。RGD可有利地用于皮肤和骨组织再生产品，因为它能够通过其整合素结合能力诱导细胞生长和血管生成。然而，与许多生物分子一样，它是极度吸湿的。事实上，它比DP12更吸湿，暴露于潮湿空气5-10分钟将会使其立即从结晶固体变成液体。如果不将RGD锚定到合成聚合物上以增加其易操作性，则很难将所述肽应用于修复部位，尤其是在骨缺损处。

骨骼是一种矿化的胶原质组织，其在整个生命周期中会自我重塑以适应机械应力和维持骨骼组织的完整性。目前的骨支架通常由胶原海绵制成，偶尔会用一些磷酸钙陶瓷如磷酸三钙或羟基磷灰石矿化。胶原的生物相容性及其与骨组织的相似性使其成为理想的骨骼支架材料。在此实施例中，胶原片段或胶原模拟物(COL)也用于PCL支架，以提高整个基于PCL的支架材料的生物相容性和仿生性能。一些胶原模拟物如DGEA和带有不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段已被用作生物活性结构部分(参见方案7)。不受理论束缚，据信DGEA支持间充质干细胞粘附和分化成成骨细胞。除了是良好的骨支架材料外，胶原还可以构成出色的皮肤支架材料，因为细胞外基质(ECM)主要是胶原质材料。因此，所述PCL-COL聚合物也可以用作PCL支架基质的生物添加剂，用于皮肤支架应用。

热稳定性

已经测量并比较了生物大分子单体NBPEGRGD和所述NBPCL-PEGRGDROMP聚合物的热稳定性。纯RGD在181℃表现出热降解，而大分子单体NBPEG₃₄₀₀RGD在220℃(RGD损失)和398℃(PEG损失)表现出两相质量损失。然而，在与NBPCL大分子单体共聚后，整个生物活性合成聚合物仅在393℃显示1个显著质量损失，表明在所述合成聚合物上RGD结构部分的稳定性的整体改善。事实上，通过在整个生物活性合成聚合物产品中包括NBPEG₃₄₀₀RGD大分子单体，也提高了NBPCL大分子单体的热稳定性(图2)。

生物相容性

使用PCL作为合成聚合物和一系列不同性能的肽即胶原片段(GPHyp)₃：GPHP、胶原模拟物DGEA、整合素结合肽SRGDS和RGD作为生物活性大分子单体，生产了一些共聚物。随后将所述共聚物与医用级PCL共混并3D打印成片材，然后针对医院中最常用的市售伤口敷料Allevyn测试细胞活力和生物相容性。

如图3中所显示的，在使用人皮肤成纤维细胞(Hs27)进行72小时的测试持续时间后，根据本文中公开的各种实施方案设计的所有材料都显示出比商业敷料好的细胞活力。

对材料进行碱性磷酸酶(ALP)检测以检查成骨细胞活性，以确定所述材料与BMP-2的相容性(这是骨组织生长所必需的骨生长因子)，与纯PCL(常用的骨支架材料)相比。碱性磷酸酶(ALP)是最广泛认可的成骨细胞活性生化标志物。BMP-2的骨诱导性可以使用多能成肌细胞C2C12细胞系在体外测量。与PCL相比，PCL-RGD显示出出色的ALP活性。在纯PCL中共混20％时，PCL-RGD在孵育72小时后显示出高4倍的活性。PCL-(GPHyp)也显示出优于PCL的活性(图4)。ALP检测显示了PCL-肽材料如RGD和GPHyp促进细胞成骨活性的能力，与BMP-2和纯PCL的对照相比。

总之，已经开发了一系列带有生物可吸收PCL侧链和生物活性分子例如硫酸肝素DP12、胶原模拟物或片段和整合素黏合剂如RGD的聚合物。这些共聚物提高骨骼和皮肤组织的再生，并可用作组织再生支架材料的有用生物活性成分。创建支架材料的一个通用策略是将此类生物活性成分与类似性质的基础材料即医用级PCL本身共混。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应、PCL大分子单体(NPH-PCL)合成和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。NBPEG和NPH合成在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂购自Sigma Aldrich，肽购自Biomatik Inc。PEG二胺购自AlfaAesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。肝素寡糖DP12购自Iduron。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用MeOD作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHz NMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PCL大分子单体的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有AcquityAPC XT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters Aquity APC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。

NBPEG和NBPEGRGD的合成如实施例6中所述。

对于BMP-2结合研究，使用100％乙醇对支架进行灭菌，然后在转移到24孔板之前用无菌水冲洗。将BMP-2(50ng在100μL PBS中)直接添加到每个支架的顶部，并在室温下孵育20分钟。单独将BMP-2直接添加到空的孔中。将细胞以2x10⁴个细胞/cm²的密度接种在1mL5％FCS培养基中，直接接种到支架上和周围的孔中。在进行ALP测定之前，将细胞孵育72小时(37℃，5％CO₂)。

通过ROP合成NPH-PCL大分子单体

制备浓度为91μmol/ml的Sn(Oct)₂标准溶液并用于ROP反应。

作为PEG 1,000、3,400和6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀DGEA合成

¹H NMR(500MHz，CD₃OD,)：δ7.80(d，1H)，7.71(d，1H)，7.44-7.38(m，2H)，6.33(s，2H)，4.40(s，2H)，4.22(s，1H)，3.95(s，1H)，3.68(m，6H)，3.64(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.82(s，2H)，2.72(s，2H)，2.47(m，2H)，2.14(m，1H)，1.96(m，1H)，1.48-1.41(dd，2H)。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD)：δ6.33(s，2H)，4.73-4.44(br，4H)，3.65(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.72(s，2H)，2.39-1.80(br，8H)，1.44-1.37(dd，2H)。

NBPEG₃₄₀₀DP12的合成

在8ml闪烁瓶中，将DP12(0.0302g，8.5μmol)溶解在MeOH(1.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(3μl，17μmol)并搅拌混合物(溶液A)。将HOBT(0.0032g，8.5μmol)和HBTU(0.0012g，8.5μmol)在40℃溶解在MeOH(2.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEG₃₄₀₀NH₂(0.025g，7.05μmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得到的浅黄色混合物，得到米黄色混合物。将所述混合物分散到Et₂O中，并将所述混合物置于冰箱中84小时。倾析出Et₂O，向残余物中加入MeOH，得到浅黄色溶液。过滤溶液并随后蒸发溶剂后得到橙色油状物。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD)：δ7.81(dd，4H)，7.44-7.52(m)，6.36(t，2H)，4.28(br，4H)，3.67(s，304H)，3.21(s，2H)，2.77(s，2H)，1.48-1.32(m，10H)。

对于PCL-RGD共聚物，GPC分析(THF)：M_n＝140,000，PDI＝1.21。

作为PCL均聚物的代表性制备的NPH-PCL大分子单体ROMP的典型程序

将NPH-PCL大分子单体(0.63g)称入10ml闪烁瓶中，然后添加THF(导致0.021M的NPH-PCL浓度)并将所述混合物在27℃搅拌直至获得透明溶液。将催化剂1或2在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)添加到该溶液中，并将反应在27℃搅拌2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(5ml)，将所述混合物置于冰箱中1天，得到白色ppt。将所述混合物过滤并用MeOH反复洗涤，然后将最终产物在真空烘箱中干燥过夜。

¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ4.07-4.04(m，PCL)，2.32-2.29(m，PCL)，1.65-1.62(m，PCL)，1.37-1.31(m，PCL)。GPC分析(THF)：M_n＝225,000，PDI＝1.09。TGA：315.7℃

作为PCL-mPEG型共聚物代表性制备的NPH-PCL大分子单体和NB-mPEG₅₀₀₀大分子单体的ROMP典型程序

将NB-mPEG₅₀₀₀大分子单体(0.1当量)称入10ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PCL(0.5g)。添加THF(导致0.021M的NPH-PCL浓度)，并将所述混合物在45℃搅拌直至获得透明溶液。将催化剂1或2在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)添加到该溶液中，并将反应在45℃搅拌2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(5ml)，将所述混合物置于冰箱中1天，得到白色ppt。将所述混合物过滤并用MeOH反复洗涤，然后将最终产物在真空烘箱中干燥过夜。

¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ4.07-4.04(m，PCL)，3.64(s，PEG)，2.32-2.28(m，PCL)，1.65-1.62(m，PCL)，1.38-1.32(m，PCL)。GPC分析(THF)：M_n＝171,000，PDI＝1.21。TGA：316.4℃

实施例8：生物活性合成共聚物实施例-用作生物医疗器械中的生物添加剂的聚酰胺-肽刷状聚合物

已使用开环易位聚合合成并表征了一系列含有各种聚乙二醇化生物分子如胶原模拟物和整合素结合肽的聚酰胺(PA)共聚物。所述刷状聚合物可以与类似于悬垂臂上聚合物的聚合物共混以产生用于生物医疗器械如导管、整形手术植入物、假肢部件、软骨关节植入物等的生物活性材料。

本实施例报告了使用聚酰胺(PA)和胶原模拟物的另一种类型的生物活性刷状聚合物，其可用于基于聚酰胺的生物医疗器械。

聚酰胺(PA)是在此实施例中选择的合成聚合物。聚酰胺(PA)如PA6、PA12、PA6,6是丝滑的热塑性塑料，已用于重要的生物医学应用如管、手术导板、假体、缝合线和韧带、肌腱修复等。据信，与其它材料相比，PA具有最低的微生物污染。PA型聚合物可以与多种添加剂混合以实现许多不同的性能变化，从而允许使用多种材料加工方法如熔体挤出、3D打印和注塑成型制造器件。然而，聚酰胺链是在高温减压的苛刻条件下聚合的。这种聚合物还不溶于大多数溶剂，增加了这种材料制备的难度。

已经使用开环易位聚合(ROMP)技术产生了具有胶原片段和模拟物的基于PA的材料。胶原的生物相容性及其与人体组织的相似性使其成为用于生物医疗器械的理想材料。然而，与许多生物分子一样，它是极度吸湿的。如果不将胶原片段或模拟物固定在合成聚合物上以增加其易操作性，则几乎不可能制造出用于植入人体的植入物或生物医疗器械。虽然交联的胶原经常用于伤口护理产品，但它们也是非常吸湿的，在吸收水分后会以凝胶形式存在，这使得它们太弱而不能单独用作植入器件。而且，全长人胶原需要复杂的合成，并且经常显示差的缓冲溶液中溶解度。短的胶原模拟肽序列或片段(其包括一小部分长度的关键肽序列)已被用于引起与其全长胶原对应物类似的生物学响应。胶原模拟物如DGEA(Asp-Gly-Glu-Ala)和带有不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段被结合到合成聚合物中。DGEA能够促进细胞粘附、扩散和成骨分化，这将有利于在皮肤和软骨骨再生中的应用。

另一方面，聚酰胺是FDA批准用于生物医疗器械的聚合物，但仍会在宿主体内引发炎症反应，因为它毕竟是一种外来材料。异物反应(FBR)可能由聚酰胺引起，导致植入部位周围发炎。不受理论束缚，据信在聚酰胺聚合物材料中使用胶原片段或胶原模拟物(COL)可以帮助提高整体聚酰胺基植入物或器件的生物相容性和仿生性能。所使用的一些可能的胶原模拟物包括DGEA和带有任何顺序的、不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段。事实上，胶原片段是极好的皮肤和骨骼再生材料，因为细胞外基质(ECM)和骨骼主要是胶原质材料。特别地，骨是矿化的胶原，并且软骨关节主要是胶原纤维、葡糖胺基葡聚糖和蛋白多糖。因此，在关节植入物中使用胶原改性的聚酰胺可能特别有助于通过刺激植入部位的胶原再生来帮助关节愈合。这种确切的性能还使其适用于需要软骨的整形手术植入物，例如鼻整形术植入物。

使用生物大分子单体和合成PA大分子单体，使用Grubbs型催化剂通过ROMP制备了最终的生物活性聚合物(方案8)。

方案8.获得含有PA6聚合物侧链和DGEA(一种胶原模拟物)的生物活性聚合物的开环易位聚合(ROMP)，其中[Ru]是指Grubbs催化剂，solvent＝溶剂。

在合成、金属催化剂去除和表征后，生物活性聚合物与根据应用选择的医用级PA共混，并通过熔丝制造(fff)或熔融沉积建模(FDM)型3D打印、熔体挤出、熔喷或静电纺丝来加工成相关形状并进行生物相容性测试。通常在材料加工之前进行对合成共聚物的TGA-DSC分析以确定材料的热性能如T_g和降解温度。

热稳定性

已经测量并比较了生物大分子单体NB-PEG-(GPHyp)和PA6 ROMP聚合物的热稳定性(图5)。可以看到，所述共聚物PA6-(GPHyp)仅在450℃以上降解。这样的高热稳定性允许在根据本文中公开的各种实施方案设计的、用于植入物制造的材料上进行诸如FFF或FDM型3D打印的各种材料加工方法。

生物相容性

使用人成纤维细胞Hs27对3种PA-胶原材料PA6-(GPHyp)₃、PA6-(PHypG)₃和PA6-DGEA进行了生物相容性测试，其中(GPHyp)₃和(PHypG)₃是胶原片段，并且DGEA是胶原模拟物。将所述生物活性聚合物与医用级PA12共混，电纺成纤维片，用70％ EtOH灭菌，干燥并与人皮肤成纤维细胞(Hs27)一起孵育72小时，然后使用Celltitre-Glo测定法检查细胞活力。从细胞活力数据(图6)可以看出，根据本文中公开的各种实施方案设计的材料不仅能够保持比没有胶原、PA6-均聚物和PA6-mPEG₅₀₀₀的对照物好的细胞活力，它们甚至显示增加量的活细胞，表明甚至在72小时的细胞生长。尽管在共聚物中只有2％(GPHyp)₃(与PA12以1:9的比例混合)(0.2％(GPHyp)₃在聚合物配方中)。事实上，所述材料与纯医用级PA12相比显著改善了细胞活力，表明了生物活性聚合物在改善用于生物医疗器械制造的商业医用级聚合物的生物相容性方面的重要性。所述测试一式三份地进行。正在进行不同的混合比例和更多的细胞分析测试，以重申所述材料的这种细胞再生能力。尽管如此，如可以看到的，初步结果令人鼓舞。

总之，已经通过ROMP技术开发了在聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上具有聚酰胺6和聚乙二醇化生物分子作为侧链的一系列刷状聚合物。本文中提出的通用策略形成了用于产生用作生物医疗器械用材料中的生物添加剂的生物活性合成聚合物的方法，其中所述生物添加剂可以与所述聚(降冰片烯二羧酰亚胺)主链上的聚合物侧链类型相似的基础聚合物共混。在本例中，所述基础聚合物是聚酰胺。所述合成PA6侧链有助于使生物分子与基础聚合物PA12更相容，从而允许它们被共混在一起而不会发生相分离。所述刷状聚合物的形成还允许所述生物分子具有比天然生物分子本身好的结构完整性，天然生物分子往往是极度吸湿的，导致它们作为材料时差的操作性和低的可加工性。初步的细胞活力测试表明，PA6-胶原材料的细胞活力比不含生物分子的PA6聚合物有所提高，而且PA6-胶原材料的细胞活力比纯医用级PA12的提高幅度更大。相对于纯PA12，PA-胶原材料观察到极好的人皮肤成纤维细胞生长。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。PA6大分子单体合成在工作台上在正的N₂气流下进行。获得NBPEG和N-(羧基戊基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NCP)的反应在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。所有使用的溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs催化剂购自Sigma Aldrich，肽购自Biomatik Inc。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN和2,2,2-三氟乙醇购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。用于共混的医用级PA12购自Arkema。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用CD₃OD作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHz NMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。DCO₂D/CD₂Cl₂(1：4)用作聚酰胺肽大分子单体的溶剂。

NBPEG大分子单体主体(H₂N-PEG-NH₂为1,000、3,400和6,000)的合成

将PEG二胺(1g)和顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(1当量)添加到100ml圆底烧瓶中，然后添加甲苯(50ml)。添加三乙胺(1当量)，并将所述混合物在回流下搅拌过夜，同时用连接的迪安-斯达克分水器除去水。将所得溶液蒸发至干，添加二氯甲烷(40ml)，随后添加0.1M HCl(40ml)。萃取有机层并用0.1M NaOH(50ml)洗涤。将0.1M NaOH(50ml)加入到来自所述酸洗的含水部分中，随后添加CH₂Cl₂(30ml)。萃取并合并有机层，用饱和NaCl洗涤，然后用Na₂SO₄干燥。将所述材料蒸发至干，对于PEG二胺1,000得到浅橙色油状物NBPEG，对于PEG二胺3,400和6,000得到米黄色固体NBPEG。¹H NMR(500MHz，MeOD)：δ6.36(t，2H，NB)，3.67(s，PEG)，3.21(s，2H，NB)，2.74(s，2H，NB)，1.92(s，2H)。

作为PEG 1,000-6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀DGEA合成

在手套箱中，将DGEA(在E和A上具有羧酸，用OMe保护)(0.109g，0.26mmol)溶解在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μL，0.52mmol)，并搅拌所述混合物作为溶液A。在40℃，将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)溶解在MeOH(12.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEGNH₂(0.25g，0.218mmol)中，并在室温下搅拌24h。然后将所得到的浅黄色混合物通过溶剂蒸发来浓缩，得到黄色油状混合物。将所述混合物分散到Et₂O中，并将所述混合物置于冰箱中48小时。取出Et₂O层，向残余物中加入MeOH，得到黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到黄色油状产物NB-PEG-DGEA(0.28g，收率73％)。¹H NMR(500MHz，CD₃OD)：δ7.80(d，1H)，7.71(d，1H)，7.44-7.38(m，2H)，6.33(s，2H)，4.40(s，2H)，4.22(s，1H)，3.95(s，1H)，3.68(m，6H)，3.64(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.82(s，2H)，2.72(s，2H)，2.47(m，2H)，2.14(m，1H)，1.96(m，1H)，1.48-1.41(dd，2H)。

作为不同序列和链长度(n最高为6)的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸的胶原片段以及PEG 1000-6,000的代表性制备的NBPEG₁₀₀₀(GPHyp)_n(n＝3)合成

在手套箱中，将(GPHyp)₃(0.213g，0.26mmol)溶解在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μl，0.52mmol)并搅拌混合物(溶液A)。将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)在40℃溶解在MeOH(12.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEGNH₂(0.25g，0.218mmol)中并在室温下搅拌24小时。然后通过溶剂蒸发浓缩所得到的浅黄色混合物，得到米黄色混合物。将所述混合物分散到Et₂O中并置于冰箱中48小时。取出Et₂O层，向残余物中加入MeOH，得到米黄色悬浮液。过滤和蒸发溶剂后得到米黄色油状产物NB-PEG-(GPHyp)₃(0.22g，收率50％)。¹H NMR(500MHz，CD₃OD)：δ6.33(s，2H)，4.73-4.44(br，4H)，3.65(m，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.72(s，2H)，2.39-1.80(br，8H)，1.44-1.37(dd，2H)。

N-(羧基戊基)-顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺(NCP)的合成

将顺式-5-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐(4.0g，24.3mmol)和6-氨基己酸(3.3g，25.3mmol)称入圆底烧瓶中。向所述固体混合物中加入甲苯(50mL)和Et₃N(410μL，2.92mmol)。将所述烧瓶与迪安-斯达克分水器连接并加热回流4小时。然后允许所述混合物冷却至室温、用CH₂Cl₂(50mL)稀释并用1M HCl水溶液(2×20mL)洗涤。将有机层用饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，用Na₂SO₄干燥，过滤，减压浓缩，得到NCP，为淡黄色固体。¹H NMR(500MHz，CD₃OD，25℃)δ6.26(t，2H，J＝2.0Hz)，3.44(m，2H)，3.25(m，2H)，2.66(d，2H，J＝1.0Hz)，2.32(t，2H，J＝7.2Hz)，1.63(m，2H)，1.55(m，2H)，1.46-1.51(m，1H)，1.33(m，2H)，1.19(d，1H)。

通过ROP合成NCP-PA6大分子单体

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NCP-PA6大分子单体。例如，在正的氮气压力下将ε-己内酰胺(2.56g，12mmol)称入含有NCP引发剂(0.2g，0.6mmol)的50ml圆底烧瓶中。将含有H₃PO₃(0.081g)的去离子水(5ml)添加到所述混合物中，并将所得混合物在170℃加热30分钟并在240℃保持4小时。通过蒸馏除去水，并将反应在真空下在240℃再加热2小时。米黄色固体从MeOH中沉淀出来，过滤，将残余物用MeOH反复洗涤，在真空烘箱中干燥过夜后获得NCP-PA6。¹H NMR[500MHz，DCO₂D/CD₂Cl₂(1：4)]：δ6.42(br，PA6)，6.28(s，2H，NCP)，3.42(s，2H，NCP)，3.14-3.12(m，PA6)，2.67(s，2H，NCP)，2.14-2.12(m，PA6)，1.56-1.53(m，PA6)，1.46-1.44(m，PA6)，1.29-1.25(m，PA 6)。

将NBPEG₃₄₀₀DGEA大分子单体(0.2当量)称入4ml玻璃小瓶，然后添加NCP-PA6(0.12g)。添加CH₃CO₂H(导致0.021M的NCP-PA6浓度)，并将所述混合物在80℃搅拌直到得到透明溶液。将催化剂2在CH₂Cl₂中的溶液(1.25mol％，0.05M)添加到所述溶液，并将所述混合物在80℃搅拌24小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH。将所述混合物在冰箱中放置1天，得到米黄色ppt。将所述悬浮液离心并倾析母液。将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥，得到PA6-DGEA共聚物的米黄色固体产物。¹H NMR[DCO₂D/CD₂Cl₂(1：4)，500MHz，25℃]：δ6.42(br，PA6)，3.60(s，PEG)，3.19-3.13(m，PA6)，2.15-2.12(m，PA6)，1.62-1.56(m，PA6)，1.48-1.42(m，PA6)，1.29-1.23(m，PA6)。

实施例9：生物活性合成共聚物实施例-用于组织和血清处理装置的含抗生素的聚苯乙烯

制备含有聚乙二醇化抗生素和聚苯乙烯的刷状聚合物以用作医用聚苯乙烯中的抗微生物添加剂，从而制造含有非浸出性抗生素的组织处理装置如组织培养板和血清管。这样的装置通常由医用级聚苯乙烯制成，并且通常将抗生素添加到所述组织或血清所在的介质中或涂覆在所述装置上(这往往是一种成本更高的方法)。

本实施例报告了用于组织和血清处理装置如组织培养板和血清样品管的含抗生素的聚苯乙烯的开发。

聚苯乙烯(PS)是本实施例中选择的合成聚合物，因为它成本低，并且易于通过常用灭菌技术如环氧乙烷、紫外线和伽马辐射进行灭菌。特别地，与其它常见的医疗器械聚合物相比PS对于伽马射线和电子束辐照非常稳定，这使其成为对于组织处理设备来说非常受欢迎的材料，因为这两种灭菌技术是使用前最有效的灭菌方法。而且，所述聚合物的高透明度使其可用于组织和血清处理器件，从而能够从器件外部目视检查内容物。

在本策略中，抗生素被拴在带有降冰片烯-外-二羧酰亚胺(NB)结构部分的聚乙二醇(PEG)链上以产生生物大分子单体，然后是与带有降冰片烯-外-二羧酰亚胺的聚苯乙烯合成大分子单体的ROMP，以产生最终的含有抗生素的聚苯乙烯生物添加剂。然后可以将这种生物添加剂混合到基础医用级聚苯乙烯中以用于器件制造。

在青霉素类抗生素中，作用机制在β-内酰胺环中，其中所述环与转肽酶结合，防止细菌在其细胞壁中形成交联。细菌细胞中细胞壁的形成需要肽聚糖中的交联。通过抑制细胞壁的产生，细菌细胞迅速死亡。因此，青霉素的β-内酰胺环应该暴露在细菌细胞中以获得抗菌作用。选择青霉素以通过其羧酸末端进行连接，该末端距离所述β-内酰胺环相当远，因此可以到达细菌细胞。当细菌细胞与含有青霉素的聚苯乙烯接触时，所述细胞与青霉素结合，其细胞壁由于这种接触而破裂，从而杀死细菌细胞。

环丙沙星(CIF)是一种基于氟喹诺酮的广谱抗生素，对革兰氏阴性菌如绿脓杆菌特别有效。氟喹诺酮环与DNA促旋酶(一种必需的细菌酶)结合，防止细菌细胞复制。通过经其羧基末端连接CIF并暴露其在刷状聚合物侧臂中的氟喹诺酮环(方案3.2)，当细胞与聚合物表面接触时CIF结合位点可用于细菌细胞结合，从而杀死样品容器中存在的细菌细胞。

氨基糖苷是广谱抗生素，在临床环境中通常用作抗感染药物。这样的抗生素具有杀菌作用，并含有带有多个羟基和氨基官能团的亲水性糖单元。基于氨基糖苷的抗生素包括链霉素、核糖霉素和庆大霉素。这些抗生素可以通过抗生素分子上的-CH₂OH基团(链霉素)、-CH₂NH₂基团(核糖霉素)或者-CH(CH₃)NH₂基团(庆大霉素)连接到NBPEG结构部分上，留下分子上的结合位点暴露于细菌细胞结合。这样的抗生素与细菌核糖体亚基结合，阻止它们合成生长所需的必需蛋白质。除青霉素之外带有这些抗生素的聚合物可用于组织培养装置，因为它们是细胞培养基标准抗生素配方的一部分。一旦合成了带有抗生素的大分子单体，就可以使用ROMP技术将它们与含聚苯乙烯的大分子单体共聚，以产生所需的、由降冰片烯二羧酰亚胺主链保持在一起的聚苯乙烯和抗生素的刷状聚合物(方案9)。这种含有抗生素的聚苯乙烯刷状聚合物随后被用作生物添加剂，用于与基础医用级聚苯乙烯共混以用于医疗器械制造。

方案9.获得含有聚苯乙烯和环丙沙星(CIF)的生物活性合成聚合物的环易位聚合(ROMP)，其中[Ru]是指Grubbs催化剂。

总之，开发了抗生素键合的聚苯乙烯共聚物，以用于制造含有抗生素的聚苯乙烯组织处理器件，其中所述抗生素与聚苯乙烯共价键合并且不会从所述材料中浸出。这是通过对降冰片烯二羧酰亚胺连接剂上的聚乙二醇化抗生素和降冰片烯二羧酰亚胺连接剂上的聚苯乙烯使用开环聚合易位技术实现的。结果是带有侧挂的聚乙二醇化抗生素和聚苯乙烯的刷状聚合物，其中抗生素分子上的活性基团暴露于细菌细胞结合，具有杀菌作用。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。NBPEG和NBPS合成在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂购自Sigma Aldrich，肽购自Biomatik Inc。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或SigmaAldrich(6,000)。阿莫西林、环丙沙星、核糖霉素、HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用MeOD作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHz NMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PS大分子单体的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有Acquity APCXT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters Aquity APC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。

NBPEG和NB-PS的合成如实施例6中所述。

作为PEG1,000-6,000代表性制备的NBPEG₁₀₀₀CIF的合成

在手套箱中，在4ml小瓶中，将环丙沙星(0.0866g，0.26mmol)悬浮在MeOH(2.5ml)中。添加ⁱPr₂EtN(91μL，0.52mmol)并搅拌所述混合物(A)。在40℃，将HOBT(0.0353g，0.26mmol)和HBTU(0.0992g，0.26mmol)溶解在在20ml小瓶中的MeOH(12.5ml)中，然后添加来自(A)的所述CIF溶液，得到悬浮液(B)。然后将悬浮液B添加到在40毫升小瓶中的NBPEG₁₀₀₀(0.25g，0.218mmol)中，并将所述混合物在室温下搅拌过夜，得到带有白色悬浮物的淡黄色溶液。然后将所述混合物蒸发至干，并将油状物加入乙醚(50ml)中。将乙醚溶液在冰箱中冷却48小时并倾析，得到白色粘性残余物。向所述残余物中加入MeOH(3ml)，并将所述混合物加入到在锥形瓶中的乙醚中，将其再次置于冰箱中48小时以在烧瓶底部产生黄色油状物。倾析去乙醚并添加MeOH(3ml)，得到具有白色沉淀物的黄色溶液。使所述混合物通过注射器过滤器，并将澄清的滤液蒸发至干，得到NBPEGCIF的黄色油状物。¹H NMR(500MHz，MeOD)：δ＝7.76(ddd，2H)，7.44-7.37(m)，6.36(t，2H)，3.67(br s，82H)，3.21(t，2H)，2.75(d，2H)，2.73(s，5H)，1.25(d，1H)。

使用NBPEGCIF作为实例通过ROMP代表性合成PS-抗生素聚合物

将NBPEG₁₀₀₀CIF大分子单体(0.1当量)称入4ml玻璃小瓶，然后添加NB-PS(0.050g，0.030mmol)。添加THF(给出0.05M的NB-PS浓度)，并且在室温下搅拌所述混合物直到得到透明溶液。向所述溶液中添加催化剂2(参见实施例5)在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)，并且在室温下搅拌所述混合物2小时，然后通过添加乙基乙烯基醚终止反应。将聚合物溶液在甲醇中沉淀。将聚合物混合物离心并倾析上清液。残余物用MeOH反复洗涤，然后真空干燥，得到白色粉末状聚合物。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ6.99-7.15(m，3H，Ph)，6.4-6.8(m，2H，Ph)，3.60(s，4H，PEG)，1.93(五重峰，1H，PS)，1.42(t，2H，PS)。GPC分析(THF)：M_n＝30,056，PDI＝1.36。

实施例10：生物活性合成共聚物实施例-作为人皮肤和骨组织再生用生物添加剂的聚丙交酯-生物分子共聚物

通过开环易位聚合(ROMP)合成了一系列刷状共聚物，其含有聚丙交酯(PLA)侧链和包括整合素结合肽、胶原模拟物或者片段(COL)和葡糖胺基葡聚糖(GAG)的聚乙二醇化生物分子。这些共聚物可用作人体皮肤或骨组织再生用支架材料中的生物添加剂。

本实施例中使用的生物分子包括肝素寡糖(HS)DP12、DP14，整合素结合肽如RGD，具有不同序列和长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸(G、P、Hyp)重复单元的胶原片段，以及胶原模拟物DGEA。

聚丙交酯(PLA)是本实施例中选择的合成聚合物，因为它在生理条件下降解形成无毒的乳酸(乳酸也存在于人体中，即生物可吸收的聚合物)。由于其生物相容性和良好的加工性能，PLA及其共聚物经常被用于医疗植入物和组织工程。然后在我们的方法中通过共聚将能够促进皮肤或骨组织再生的生物活性分子结合到最终聚合物中。

在几种细胞外基质蛋白中发现的整合素结合肽如RGD(Arg-Gly-Asp)已被确定为细胞识别和细胞粘附的重要模体。已证明将RGD固定到支架上可增强细胞附着、迁移和增殖。RGD还能够促进成骨分化和矿化，从而诱导骨再生。由于RGD的吸湿性，其本身难以操作和给药。因此，通过将所述肽共价连接到合成PLA聚合物上，将增加其稳定性和易操作性。这些含有RGD的聚合物随后可以与基础材料共混，以产生用于皮肤或骨骼再生的支架。

除了RGD肽外，还合成了含有胶原模拟物或片段的聚合物。胶原是细胞外基质中最丰富的蛋白质，已广泛用于生物材料中以增加生物相容性并促进组织再生。然而，全长人胶原需要复杂的合成，并且经常显示差的缓冲溶液中溶解度。短的胶原模拟肽序列或片段(其包括一小部分长度的关键肽序列)已被用于引起与其全长胶原对应物类似的生物学响应。胶原模拟物如DGEA(Asp-Gly-Glu-Ala)和带有不同长度的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段被结合到合成聚合物中。不受理论束缚，据信DGEA促进细胞粘附、扩散和成骨分化，这将有利于在皮肤和骨再生中的应用。

硫酸肝素(HS)是一种GAG，其具有已被硫酸根基团高度改性的重复二糖单元。不受理论束缚，据信5至10个二糖单元的HS链对骨形态发生蛋白(BMP)的结合最活跃。不受理论束缚，据信HS直接调节BMP-2介导的成肌细胞向成骨细胞的分化。特别地，据信具有六个二糖单元的HS片段(DP12)对BMP-2具有最高的结合亲和力。与DP12复合的BMP-2的体外研究证实了细胞中提高的成骨分化，而使用大鼠模型的体内实验揭示，相对于聚己内酯(PCL)管中的胶原海绵对照，使用DP12改善了骨组织再生。HS与血管生成因子相互作用并诱导血管化。血管化在组织支架中至关重要，以在整个工程化组织中输送氧气和营养物质。此外，HS能够与刺激上皮修复和促进伤口愈合的生长因子相互作用。结合了HS分子如DP12或DP14的PLA对于支架材料中的应用来说是希望的，以允许皮肤或骨组织再生。然而，HS分子是高度吸湿的，不能简单地涂在聚合物上。HS的高水溶性也意味着它可能会渗入体内且不会留在需要组织再生的所需部位。在本方法中，将含有HS分子的大分子单体与PLA大分子单体共聚以制备生物活性共聚物，该生物活性共聚物将与基础聚合物PLA共混用于皮肤支架或骨植入物制造。这将确保HS分子定位于植入部位且不会在身体的其它部位产生不希望的影响。

最终的刷状共聚物通过ROMP(方案10)使用Grubbs型催化剂通过PLA大分子单体与生物活性大分子单体的共聚制备。

PLA-RGD共聚物

方案10.获得包含聚丙交酯和RGD的生物活性共聚物的开环易位聚合(ROMP)，其中[Ru]是指Grubbs催化剂，solvent＝溶剂。

生物相容性

为了证实所述聚合物的生物相容性，在体外在人成纤维细胞上测试了所述材料。将所述生物活性合成聚合物(PLA-RGD)与作为基础材料的商业PLA共混并电纺成薄片。商业基础聚合物PLA(PLA本体)被用作本研究的对照。然后在人成纤维细胞Hs27上测试所述片材，并且所有测试的材料在72小时后显示出良好的生物相容性，具有高的细胞活力(图7)。根据初步数据，观察到根据本文中公开的各种实施方案设计的生物活性合成聚合物的>100％的细胞存活率，表明了相对于细胞死亡(<100％)的细胞增殖(细胞生长)。这证实了所述材料对人成纤维细胞的低毒性。而且，与基础聚合物PLA相比，含有生物活性聚合物的PLA显示出细胞活力的改善，表明它们能够提高纯PLA本身的生物相容性。所述生物活性合成聚合物中生物分子浓度和共混比的优化正在进行中，以获得这种材料的最佳组织再生结果。

总之，合成了一系列具有可生物降解的PLA侧链和生物活性分子如整合素结合肽、胶原模拟物或片段(COL)和硫酸肝素(HS)的刷状共聚物。这些生物活性聚合物可以与基础材料如医用级PLA共混以制造用于皮肤或骨骼再生的支架材料。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。PLA大分子单体(NPH-PLA)合成在氮气气氛下使用标准Schlenk线技术进行。NBPEG和NPH合成在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂购自SigmaAldrich，肽购自Biomatik Inc。催化剂2((H₂IMes)(pyr)₂(Cl)₂RuCHPh)根据实施例6中提供的程序合成。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。肝素寡糖DP12和DP14购自Iduron。

使用MeOD或者D₂O作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHzNMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PLA大分子单体和ROMP聚合物的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有Acquity APC XT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters AquityAPC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。

NBPEG、NBPEGRGD、NBPEG(DGEA)、NBPEG(GPHyp)₃和NBPEGDP12的合成如实施例6中所述。

通过ROP合成NPH-PLA大分子单体

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NPH-PLA大分子单体。例如，向25mL Schlenk管中加入NPH引发剂(110mg，0.50mmol)、D,L-丙交酯(864mg，6.0mmol)、Sn(Oct)₂(2mg)和搅拌棒。将所述管抽真空并用氮气回充四次，然后浸入130℃的油浴中。在2.5小时之后，将内容物冷却至室温，用二氯甲烷稀释，并在冷甲醇中沉淀两次。倾析母液，并将残余物用甲醇洗涤，然后在真空烘箱中干燥。

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)：δ6.28(br t，2H)，5.27-5.08(m，PLA)，4.35(m，1H)，4.19-4.02(m，2H)，3.62-3.44(m，2H)，3.27(s，2H)，2.69(m，2H)，1.97-1.47(m，PLA)，1.19(d，1H)。

GPC分析(THF)：M_n＝2,471，PDI＝1.20，收率0.600g。

NBPEG₃₄₀₀DP14的合成

在8ml闪烁瓶中，将DP14(0.0285g，8.4μmol)溶解在MeOH/DMF(0.5ml/1.0ml)中。添加ⁱPr₂EtN(2.9μl，16.8μmol)并搅拌所述混合物(溶液A)。在40℃，将HOBt(0.0011g，8.4μmol)和HBTU(0.0032g，8.4μmol)溶解在MeOH(2.5ml)中，然后添加所述溶液A，得到悬浮液B。然后将悬浮液B添加到NBPEG₃₄₀₀NH₂(0.025g，7.03μmol)中并在室温下搅拌24小时。将所得到的浅黄色混合物离心以除去不溶性杂质。通过蒸发溶剂来浓缩上清液，然后沉淀到冷Et₂O中，将所述混合物置于冰箱中24小时。过滤后得到橙色粉末状产物(43.5mg，收率90％)。

¹H NMR(500MHz，D₂O)：6.36(t，2H)，4.30(br，4H)，3.70(s，340H)，2.85(s，2H)，2.71(s，2H)，1.40-1.32(m，10H)。

将NBPEG₁₀₀₀RGD大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PLA(0.05g)。添加THF(导致0.05M的NPH-PLA浓度)并在室温下搅拌所述混合物直到得到透明溶液。将催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)添加到该溶液中，并将反应搅拌1小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到粘性固体物。倾析去母液，并将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥。对于PLA-RGD共聚物，¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ5.27-5.08(m，PLA)，3.60(s，PEG)，1.97-1.47(m，PLA)。GPC分析(THF)：M_n＝76,700，PDI＝1.44。

作为PLA-COL型共聚物代表性制备的NPH-PLA大分子单体和NBPEG₁₀₀₀(GPHyp)₃大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₁₀₀₀(GPHyp)₃大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PLA(0.05g)。添加THF(导致0.05M的NPH-PLA浓度)并在45℃搅拌所述混合物。将催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)添加到该溶液中，并将反应在45℃搅拌2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到粘性固体物。倾析去母液，并将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ5.27-5.08(m，PLA)，3.60(s，PEG)，1.97-1.47(m，PLA)。GPC分析(THF)：M_n＝97,262，PDI＝1.14。

作为PLA-HS型共聚物的代表性制备的NPH-PLA大分子单体和NBPEG₃₄₀₀DP14大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₃₄₀₀DP14大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶中，然后添加NPH-PLA(0.03g)。添加THF(导致0.02M的NPH-PLA浓度)并在45℃搅拌所述混合物。将催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)添加到该溶液中，并将反应在45℃搅拌2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，将混合物置于冰箱中1小时，得到粘性固体物。倾析去母液，并将残余物用甲醇反复洗涤，然后在真空烘箱中干燥。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ5.27-5.08(m，PLA)，3.60(s，PEG)，1.97-1.47(m，PLA)。

实施例11：生物活性合成共聚物实施例-用于软骨组织再生的PLGA-肽和PLGA-寡糖聚合物

通过开环易位聚合制备了一系列聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)肽和寡糖刷状聚合物。通过开环易位聚合反应，细胞外基质(ECM)肽如RGD、胶原片段和寡糖如肝素寡糖已被聚乙二醇化并连接到PLGA，其作为在聚(降冰片烯-外-2,3-二羧酰亚胺)主链上的侧链。所得刷状聚合物可以被用作基于PLGA的软骨组织再生材料的生物添加剂。对所述生物活性的PLGA的初步体外测试证实了出色的细胞活力，在72小时时具有一定程度的细胞增殖。

在本实施例中使用的生物分子包括ECM肽如RGD、胶原片段和胶原模拟物，已知它们可使软骨组织再生。在本实施例中选择的合成聚合物是PLGA，其是一种可生物吸收的聚合物，其性能介于PLA和聚乙醇酸(PGA)之间。所产生的整体聚合物被证明是热稳定的、生物活性的聚合物，具有可用于软骨植入物的骨诱导性。

使用根据本文中公开的各种实施方案的生物活性合成聚合物技术，产生了带有胶原的合成聚合物，其允许将胶原引入合成材料而不损失这些胶原片段的功能。而且，这些生物活性合成聚合物中的PLGA侧链有助于提高胶原的热稳定性，并允许将原本吸湿的胶原有效地共混到疏水性的基础聚合物PLGA中。整体PLGA材料不仅是生物活性的，而且是热稳定的和机械强的，适合于材料加工和用在半月板软骨植入物中。

PLGA被选为合成聚合物，因为它相对于其均聚物对应物PGA和PLA来说可以更好地控制聚合物结晶度、熔点和承载能力，其中PGA比PLA结晶度更高和熔点更高。然而，尽管PLGA具有明显的生物相容性，它是非骨诱导性的。因此，需要通过将PLGA与具有骨诱导性或骨传导性的生物活性大分子单体共聚来在PLGA上引入刺激物。这样，整体材料是一种可用于软骨植入物的机械强度高的、热稳定的骨诱导聚合物。PLGA还是可生物降解的，在所述材料在体内降解后允许患者自己的软骨接管所述合成材料。聚合物的副产品是乳酸和乙醇酸，两者对人体无毒。

为了提高材料的柔软性和其亲水性，将聚乙二醇(PEG)引入所述生物活性合成聚合物链中。同样的策略也用于调整材料的柔软度/硬度。通过调节生物活性合成聚合物中PEG与PLGA侧链的含量以及PLGA-COL生物活性合成聚合物与PLGA基础材料的比例，可以调节所述材料的整体硬度。这在关节软骨植入物中尤为重要。为了进一步提高关节软骨植入物的强度，可以使用/创建支架的增材制造(AM)中的晶格设计。通过使用AM的晶格设计可以大大提高材料强度，同时保留材料的孔隙率以提高支架中的骨整合，并减轻整个支架的重量。

除了ECM肽外，硫酸肝素模拟物如高度硫酸化的葡糖胺基葡聚糖也可以被用于提供关节软骨再生所需的必要刺激。葡糖胺基葡聚糖(GAG)是哺乳动物组织中普遍存在的异质多糖，而硫酸肝素(HS)是高度硫酸化的GAG，具有巨大的结构多样性，能够与过多的蛋白质相互作用以调节许多生理过程。与HS相互作用的蛋白质包括生长因子(GF)、趋化因子、酶抑制剂、细胞外基质蛋白和膜结合受体。HS增强负责细胞增殖和分化的关键GF，包括在骨骼生长中重要的骨形态发生蛋白BMP-2以及对血管形成重要的血管内皮生长因子(VEGF)和成纤维细胞生长因子(FGF)。通过将这样的寡糖引入PLGA，将BMP结合性能引入所述聚合物，并且所述材料可以被用于软骨植入物。通过先进化学合成的材料设计和增材制造的支架设计制造相结合，根据需要产生了不同类型的骨骼支架以用于不同部位的骨骼的再生。或者，所述支架也可以通过其它材料加工方法如熔体挤出、注射成型和静电纺丝制造。

使用生物大分子单体和合成大分子单体，通过ROMP使用Grubbs型催化剂制备了最终的生物活性合成聚合物(方案11)。

在对生物活性聚合物进行表征后，进行TG-DSC分析以确定聚合物的熔点和降解温度。还在材料加工之前进行ICP-MS，以确保来自钌催化剂的金属残留物已被减少到最低限度，低于ISO10993对生物医疗器械中金属催化剂做出的规定。一旦确定了这些参数，就可以将所述材料加工成用于体外测试的原型，以确定材料的生物相容性和细胞活力。

生物相容性

为了证实所述聚合物的生物相容性，在体外在人成纤维细胞上测试了所述材料。将所述生物活性合成聚合物(PLGA-RGD)与作为基础材料的商业PLGA共混并电纺成薄片。商业基础聚合物PLGA(PLGA本体)、PLGA ROMP均聚物(PLGA-homo)和PLGA-mPEG₅₀₀₀被用作本研究的对照。然后在人成纤维细胞Hs27上测试所述片材，并且所有测试的材料在72小时后显示出良好的生物相容性，具有高的细胞活力(图8)。从初步数据可以看到，根据本文中公开的各种实施方案设计的生物活性合成聚合物具有>100％的细胞存活率，表明了相对于细胞死亡(<100％)的细胞增殖(细胞生长)。这证实了所述材料对人成纤维细胞的低毒性。而且，与基础聚合物PLGA相比，所有含有生物活性聚合物的PLGA显示出细胞活力的改善，表明它们能够提高纯PLGA本身的生物相容性。所述生物活性合成聚合物中生物分子浓度和共混比的优化正在进行中，以获得这种材料的最佳组织再生结果。

总之，开发了一系列用于软骨组织再生的可生物降解的聚合物，所述聚合物具有PLGA的可生物降解合成聚合物侧链和细胞外基质肽或硫酸化葡糖胺基葡聚糖的生物活性侧链。所述材料可以通过各种各样的材料加工方法如熔体挤出、FFF或FDM型3D打印和静电纺丝进行加工。在不引入干细胞或生长因子的情况下，初步的体外试验已经证实了良好的细胞活力和增殖。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。PLGA大分子单体(NPH-PLGA)合成在氮气气氛下使用标准Schlenk线技术进行。NBPEG和NPH合成在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂购自SigmaAldrich，肽购自Biomatik Inc。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用MeOD作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHz NMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PLGA大分子单体的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有AcquityAPC XT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters Aquity APC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。

NBPEG和NBPEG(肽)的合成如实施例6中所述。

NPH(PLGA)大分子单体的合成

通过ROP制备具有不同聚合度(DP)的NPH-PLGA大分子单体。例如，向25mL Schlenk管中加入NPH引发剂(55毫克，0.25毫摩尔)、D,L-丙交酯(864毫克，6.0毫摩尔)、乙交酯(174毫克，1.5毫摩尔)、Sn(0ct)₂(2毫克)和搅拌棒。将所述管抽真空并用氮气回充四次，然后浸入125℃的油浴中。3小时后，将内容物冷却至室温，用二氯甲烷稀释，并沉淀到冷MeOH中。倾析母液，并将残余物用MeOH洗涤和然后在真空烘箱中干燥。

¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ6.28(br t，2H)，5.27-5.08(m，PLA)，4.85-4.65(m，PGA)，4.35(m，1H)，4.19-4.02(m，2H)，3.62-3.44(m，2H)，3.27(s，2H)，2.69(m，2H)，1.97-1.47(m，PLA)，1.19(d，1H)。GPC分析(THF)：M_n＝4,336，PDI-1.27。

¹H NMR(500MHz，CD₃OD)：δ6.33(s，2H)，4.73-4.44(br，4H)，3.65(s，84H)，3.57(m，4H)，3.18(s，2H)，2.72(s，2H)，2.39-1.80(br，8H)，1.44-1.37(dd，2H)。

使用NPH(PLGA)和NB-PEG₃₄₀₀(GPHyp)₃作为实例通过ROMP代表性合成PLGA-PEG₃₄₀₀(GPHyp)₃聚合物

将NBPEG₃₄₀₀(GPHyp)₃大分子单体(0.1当量)称入4ml玻璃小瓶，然后添加NPH(PLGA)(0.050，0.012mmol)。添加THF(给出0.05M的NPH(PLGA)浓度)，并且在40℃搅拌所述混合物直到得到透明溶液。向所述溶液中添加催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％，0.05M)，并且在40℃搅拌所述混合物2小时，然后通过添加乙基乙烯基醚终止反应。将聚合物溶液在甲醇中沉淀。将聚合物混合物离心并倾析上清液。残余物用MeOH反复洗涤，然后真空干燥。得到的聚合物是白色粉末。

¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ5.20(m，1H，PLA)，δ4.8(m，2H，PGA)，δ3.63(s，4H，PEG)，δ1.56(d，3H，PLA)。GPC分析(THF)：M_n＝65,166，PDI＝1.23。

实施例12：生物活性合成共聚物实施例-用作医疗植入物中的生物添加剂的PMMA-肽共聚物

通过开环易位聚合(ROMP)合成了一系列含有聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)侧链和拴在PEG结构部分上的生物分子的刷状共聚物。生物分子可以包括在任何序列中的、3-20个氨基酸残基的胶原片段或胶原模拟肽，例如DGEA、(Gly-Pro-Hyp)₃和(Pro-Hyp-Gly)₃。这些刷状聚合物可以与基础聚合物PMMA共混以产生用于生物医学植入物如骨水泥、骨植入物和颅面植入物的生物活性材料。

本实施例报告了用作基于PMMA的生物医学植入物中的生物活性聚合物的、含有PMMA侧链和拴在PEG结构部分上的胶原模拟物的刷状共聚物的简便合成。

PMMA是本实施例中选择的合成聚合物，因为它是生物相容的、不可降解的和轻质的热塑性塑料，具有良好的机械强度。它是第一种用于生物医学应用的合成聚合物，现已用于各种医疗植入物，例如人工晶状体、鼻整形术、牙科和整形外科。PMMA也是目前用于颅颌面重建的最广泛使用的异体植入材料。PMMA聚合物经常用不同量的添加剂或填料进行改性，以在最终材料中实现所需的性能。基于PMMA的植入材料可以使用传统的成型方法如注塑成型或挤出成型以及3D打印制造。随着3D打印技术的快速发展，PMMA越来越多地用于患者特定的生物医学应用，以制造定制的医疗植入结构。

在此实施例中，使用ROMP合成了具有胶原片段或模拟物的PMMA刷状共聚物。胶原是细胞外基质中最丰富的蛋白质，已广泛用于生物材料中以增加生物相容性并促进组织再生。然而，全长人胶原需要复杂的合成，并且经常显示差的缓冲溶液中溶解度。短的胶原模拟肽序列或片段(其包括一小部分长度的关键肽序列)可以被用于引起与其全长胶原对应物类似的生物学响应。然而，与许多生物分子一样，这些肽是极度吸湿的。如果不将胶原片段或模拟物固定在合成聚合物上以增加其易操作性，则制造用于插入人体的植入物具有挑战性。而且，PMMA医用植入物对人体而言是外来材料，并且能够触发宿主免疫反应，导致组织发炎。PMMA本身也不支持所述结构和与其接触的其它结构的骨整合。因此，不受理论束缚，据信通过在PMMA聚合物中引入胶原片段或胶原模拟物(COL)，将有助于增加材料的生物相容性和仿生性能。所使用的一些可能的胶原模拟物包括DGEA(Asp-Gly-Glu-Ala)和带有不同长度的、任何顺序的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸序列的胶原片段。不受理论束缚，据信DGEA促进细胞粘附、成骨分化和骨整合，这将有利于在骨或颅面植入物中的应用。

使用Grubbs型催化剂通过ROMP制备了最终的刷状共聚物(方案12)。

方案12.获得含有PMMA和(GPHyp)₃的生物活性共聚物的开环易位聚合(ROMP)，其中[Ru]是指Grubbs催化剂，solvent＝溶剂。

所述生物活性的PMMA聚合物可以与医用级PMMA共混，并通过挤出、3D打印或静电纺丝加工成相关形状和测试生物相容性。

生物相容性

为了证实所述聚合物的生物相容性，在体外在人成纤维细胞上测试了所述材料。将所述生物活性合成聚合物(PMMA-GPHyp)与作为基础材料的商业PMMA共混并电纺成薄片。商业基础聚合物PMMA(PMMA本体)、PMMA ROMP均聚物(PMMA-homo)和PMMA-mPEG₅₀₀₀被用作本研究的对照。然后在人成纤维细胞Hs27上测试所述片材，并且所有测试的材料在72小时后显示出良好的生物相容性，具有高的细胞活力(图9)。这证实了根据本文中公开的各种实施方案设计的材料对人成纤维细胞的低毒性。而且，与基础聚合物PMMA相比，含有生物活性聚合物的PMMA显示出细胞活力的改善，表明它们能够提高纯PMMA本身的生物相容性。所述生物活性合成聚合物中生物分子浓度和共混比的优化将被进行，以进一步改善所述材料的生物相容性。

总之，已经合成了一系列具有PMMA侧链和肽分子如胶原模拟物或片段(COL)的刷状共聚物。这些生物活性聚合物可以被用作生物添加剂以产生用于整形外科或颅骨成形术的植入材料。

实验程序

通用程序

开环易位聚合(ROMP)反应和生物活性大分子单体合成在氮气气氛下的真空气氛手套箱中进行。PMMA大分子单体(NB-PMMA)合成在氮气气氛下使用标准Schlenk技术进行。NBPEG和降冰片烯基官能化的ATRP引发剂合成在大气条件下的通风橱中按照实施例6中提供的程序进行。在手套箱中使用的所有溶剂都是无水的，并且按购买原样使用。Grubbs第二代催化剂购自Sigma Aldrich，肽购自Biomatik Inc。催化剂2根据实施例6中提供的程序合成。PEG二胺购自Alfa Aesar(1,000和3,400)或Sigma Aldrich(6,000)。HOBT、HBTU、ⁱPr₂EtN购自Sigma Aldrich，顺式-降冰片烯-外-2,3-二羧酸酐购自Alfa Aesar。所有购买的试剂均在没有进一步纯化的情况下使用。

使用MeOD或者D₂O作为所有基于生物分子的大分子单体的溶剂，在JEOL 500MHzNMR光谱仪上记录¹H NMR光谱。CDCl₃用作PMMA大分子单体和ROMP聚合物的溶剂。凝胶渗透色谱法在配有Acquity APC XT 45、XT 200和XT 450柱、Acquity RI检测器的Waters AquityAPC系统上进行。THF用于样品制备，并且在40℃下使用1.0ml/min的流速。

NBPEG、NBPEG(DGEA)和NBPEG(GPHyp)₃的合成如实施例6中所述。

通过ATRP合成NB-PMMA大分子单体

使用ATRP制备具有不同聚合度(DP)的NB-PMMA大分子单体。在25mL Schlenk管中加入降冰片烯基官能化的引发剂(53mg，0.143mmol)、MMA(1.06mL，10.0mmol)、苯甲醚(1.0mL)和TMEDA(0.011mL，0.072mmol)。通过三个冷冻-泵-解冻循环将溶液脱气。在最后一个循环中，将所述Schlenk管充满氮气，并将CuBr(10.3mg，0.072mmol)快速添加到冷冻的反应混合物中。将所述Schlenk管密封、抽真空并用氮气回充3次。将所述Schlenk管解冻至室温，并且聚合在70℃油浴中进行3小时。将所述混合物通过中性氧化铝过滤、沉淀到MeOH中并过滤。然后将白色粉末用甲醇洗涤，然后在真空烘箱中干燥过夜。¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：δ6.30(s，2H)，4.17(m，2H)，3.76(m)，3.65-3.59(m，PMMA)，3.28(s，2H)，2.72(s，2H)，2.00-1.69(m，PMMA)，1.07-0.75(m，PMMA)。GPC分析(THF)：M_n＝5,158，PDI＝1.13。

作为PMMA-肽型共聚物代表性制备(PEG的MW为1,000-6,000)的NB-PMMA大分子单体和NBPEG₃₄₀₀(GPHyp)₃大分子单体的ROMP的典型程序

将NBPEG₃₄₀₀(GPHyp)₃大分子单体(0.1当量)称入4ml闪烁瓶，然后添加NB-PMMA(0.05g)。添加THF(给出0.02M的NB-PMMA浓度)，并且在45℃搅拌所述混合物直到得到透明溶液。向所述溶液中添加催化剂2在THF中的溶液(1.25mol％)，并且在室温搅拌反应混合物2小时。向反应混合物中加入乙基乙烯基醚，然后加入MeOH(3ml)，并将所述混合物置于冰箱中1h，得到白色沉淀。倾析母液并用MeOH反复洗涤残余物，然后在真空烘箱中干燥。

¹H NMR(500MHz，CDCl₃)：3.65-3.59(m，PMMA和PEG)，2.00-1.69(m，PMMA)，1.07-0.75(m，PMMA)。GPC分析(THF)：M_n＝65,600，PDI＝1.37。

应用

本公开提供了一种用于快速生成生物活性大分子单体的新的模块化合成方法，用于构建具有所选合成聚合物的生物活性共聚物。生物活性大分子单体可以很容易地与另一种合成共聚物共聚以形成具有所需的物理和机械性能的生物活性聚合物。有利地，生物活性分子在与聚合物连接剂连接后具有增加的稳定性。本文中公开的策略的实施方案允许任何肽、糖或药物分子被用于聚合物合成而不损失生物活性。本文中公开的策略的实施方案还允许快速构建生物活性大分子单体库。可以使用具有羧酸基团的任何生物活性分子。总之，本公开提供了用于生物医学材料定制的高度灵活的策略。

本文中公开的方法的实施方案允许大分子单体与选择的合成聚合物配对以产生生物活性聚合物，该生物活性聚合物具有合成聚合物的机械和物理性能以及生物活性分子的生物学活性。

本文中公开的方法的实施方案是一种用于产生不同类型的生物活性聚合物的容易的策略，所述生物活性聚合物将生物活性分子化学键合而不是物理共混到合成聚合物中。

有利地，在本文中公开的聚合物上提供了非基于细胞或生长因子的生物活性。本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案既具有提高治疗效果如组织再生、生物膜根除等的生物活性，又像聚合物一样具有结构完整性和机械强度。本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案允许生物分子被共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料中，而没有相分离。本文中公开的方法的实施方案允许所述合成聚合物在用生物分子修饰后变得与人体组织生物相容。本文中公开的方法的实施方案允许使用范围广泛的生物分子来实现任何所需的治疗效果。本文中公开的方法的实施方案还允许使用范围广泛的合成聚合物来实现目标生物器件用材料所需的不同机械、物理性能。

本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案可以被用作生物医疗器械用生物添加剂，以为器械材料本身提供治疗效果。

本文中公开的方法的实施方案使用非基于细胞或生长因子的疗法，这允许器件或材料(例如支架)的较长保质期并防止不需要或不受控制的生物活性(例如组织再生)。

本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案可以被用作皮肤或骨支架用生物添加剂，以产生皮肤或骨组织再生所需的刺激。

本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案可以被用于骨支架，以使PCL更“像骨”并且因此更生物相容。研究表明，骨细胞不与PCL结合，并且只有在PCL上涂上胶原后才开始与PCL结合。

本公开还提供了生物活性聚酰胺-肽刷状聚合物，其具有用于提高生物相容性和伤口愈合的生物活性以及结构完整性和机械强度。所述聚酰胺-肽刷状聚合物的实施方案可以作为生物添加剂共混到类似于合成侧链的聚合物中，以制造用于医疗器械如导管、整形手术植入物、假肢、软骨关节植入物的材料。有利地，本文中公开的生物活性聚酰胺-肽刷状聚合物的实施方案可以在植入前通过热灭菌，并且是长寿命的。本文中公开的生物活性聚酰胺-肽刷状聚合物的实施方案允许通过3D打印定制产品，因为它是热稳定的。本文中公开的生物活性聚酰胺-肽刷状聚合物的实施方案改善了能够触发体内炎症反应的聚酰胺的生物相容性。

本公开还提供了生物活性的聚苯乙烯，其具有杀菌能力，同时仍像聚合物一样具有结构完整性和机械强度。在各种实施方案中，抗生素通过共价键连接在所述聚合物上，因此防止抗生素浸出到如果处置管理不当能够逃逸到环境中的介质中。在各种实施方案中，抗生素分子上的活性位点暴露在聚合物链上，以允许细菌细胞穿透或细菌RNA结合。本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案允许抗生素被共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料中，而没有相分离。所述抗生素-聚苯乙烯共聚物的实施方案可以被用作生物医疗器械用生物添加剂，以在不添加额外药物的情况下给所述器件提供杀菌效果。

本公开还提供了可用作软骨植入材料制造中的生物添加剂的生物活性聚(乳酸-乙醇酸)共聚物。例如，所述生物活性聚(乳酸-乙醇酸)共聚物可以是具有用于软骨再生的软骨细胞结合能力的非细胞生物可降解软骨支架。本文中公开的聚合物的实施方案结合了非细胞植入材料，因此提供了较低的监管处理和更快的上市途径。在各种实施方案中，生物活性是局部的，因为生物分子共价键合到合成聚合物并且不能浸出。因此，在各种实施方案中，防止了硫酸化糖的过早代谢或身体其它部位的非故意BMP结合。在各种实施方案中，结合在聚合物上的生物分子能够结合BMP，同时保持固定在支架上，而不是因不希望的副作用而浸出到身体的其它部位或过早代谢。可以使生物活性聚(乳酸-乙醇酸)共聚物的实施方案更像器件制造用基础材料中使用的聚合物，以允许将生物分子有效地共混到主要聚合物基质中。在各种实施方案中，所述生物活性的聚(乳酸-乙醇酸)共聚物不太可能发生相分离。有利地，在各种实施方案中，生物分子在与聚合物结合后表现出改进的热稳定性，从而允许材料加工。例如，所述聚合物可通过熔丝制造、熔融沉积建模和/或定制成支架进行3D打印。本文中公开的生物活性合成聚合物的实施方案允许将肽和寡糖共混到类似于共聚物的合成聚合物侧臂的合成聚合物基础材料中，而没有相分离。

本公开还提供了可以作为生物添加剂与基础聚合物PMMA共混的PMMA-肽刷状聚合物，以产生用于医疗器械如整形外科或颅骨植入物的材料。本文中公开的PMMA-肽刷状聚合物的实施方案允许通过3D打印实现植入物定制和术前制造，因此改善“贴合度”并减少手术时间。本文中公开的PMMA-肽刷状聚合物的实施方案还改善了PMMA的生物相容性并减少了体内炎症反应。在各种实施方案中，所述生物分子共价键合到合成聚合物并且不能浸出。

本领域技术人员将理解，在不脱离广泛描述的本公开的精神或范围的情况下可以对本文中公开的实施方案做出其它变化和/或修改。例如，在本文中的描述中，不同示例性实施方案的特征可以跨不同示例性实施方案混合、组合、互换、并入、采用、修改、包括等。因此，本公开的实施方案在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims

1.具有聚(降冰片烯)主链的生物活性的合成共聚物，所述聚(降冰片烯)主链包含一个或多个由通式(I)表示的重复单元和一个或多个由通式(II)表示的重复单元：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

Y¹包含合成聚合物或者其部分；并且

2.权利要求1所述的共聚物，其中通式(I)的分子量与通式(II)的分子量相差不超过通式(II)的分子量的30％。

3.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中L是具有20个碳原子-300个碳原子的亚杂烷基。

4.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中L是聚乙二醇(PEG)。

5.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中L是具有介于500和7,000之间的数均分子量的聚乙二醇(PEG)。

6.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中R¹是C₁-C₄烷基，并且R²选自C₁-C₂₀烷基，C₂-C₂₀烯基，C₂-C₂₀炔基，C₁-C₂₀烷氧基，C₁-C₂₀烷氧基烷基，C₂-C₂₀烷基羰基或者C₃-C₂₀烷基羰基烷基。

7.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中R¹是直链或支化的C₁-C₄烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基或者叔丁基，并且R²是直链或支化的C₁-C₂₀烷基取代基，独立地选自甲基，乙基，正丙基，2-丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，己基，戊基，1,2-二甲基丙基，1,1-二甲基丙基，戊基，异戊基，己基，4-甲基戊基，1-甲基戊基，2-甲基戊基，3-甲基戊基，2,2-二甲基丁基，3,3-二甲基丁基，1,2-二甲基丁基，1,3-二甲基丁基，1,2,2-三甲基丙基，1,1,2-三甲基丙基，2-乙基戊基，3-乙基戊基，庚基，1-甲基己基，2,2-二甲基戊基，3,3-二甲基戊基，4,4-二甲基戊基，1,2-二甲基戊基，1,3-二甲基戊基，1,4-二甲基戊基，1,2,3-三甲基丁基，1,1,2-三甲基丁基，1,1,3-三甲基丁基，5-甲基庚基，1-甲基庚基，辛基，壬基或者癸基。

8.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中Z¹和Z²都是CR^aR^b，其中R^a和R^b各自独立地选自下组：H，任选取代的烷基，任选取代的烯基和任选取代的炔基。

9.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中X包含选自下组的蛋白质、肽或者糖：肽序列，层粘连蛋白衍生的肽，整合素结合肽，细胞穿透肽，胶原模拟物，胶原片段，硫酸肝素，葡糖胺基葡聚糖(GAGs)和它们的衍生物。

10.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中X选自下组：RGD，SRGDS，RGDS，A5G81(AGQWHRVSVRWGC)，SVVYGLR，(IRIK)₂，(IKKI)₃，肝素寡糖DP8、DP10、DP12、DP14、DP16，DGEA，(PHypG)_n型序列，(PGHyp)_n型序列，(HypGP)_n型序列，(HypPG)_n型序列，(GHypP)_n型序列，(GPHyp)_n型序列和透明质酸。

11.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中X包含抗生素、抗微生物、抗菌结构部分、血液稀释剂或者消炎剂。

12.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中X包含选自下组的抗生素、抗微生物剂、抗菌剂、血液稀释剂或者消炎剂：青霉素、阿莫西林、两性霉素、环丙沙星(CIF)、阿托伐他汀、阿司匹林、链霉素、核糖霉素和庆大霉素。

13.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中Y¹由通式(III)表示：

其中

B任选地作为选自1,2,3-三唑或琥珀酰亚胺的环存在；

T是选自下组的末端基团：氢，卤素，羟基，氨基，酰基，巯基，任选取代的烷基，任选取代的烯基，任选取代的炔基，任选取代的烷氧基，任选取代的烷氧基烷基，任选取代的烷基羰基，任选取代的烷基羰基烷基，任选取代的羧基烷基，任选取代的氧基羰基烷基，任选取代的烷基羧基烷基或者任选取代的烷氧基羰基烷基。

14.前述权利要求中任一项所述的共聚物，其中Y¹选自以下通式(IIIa)，(IIIb)，(IIIc)，(IIId)，(IIIe)或者(IIIf)：

15.制备权利要求1-14中任一项所述的生物活性的合成共聚物的方法，该方法包括：

使一种或多种由通式(IV)表示的生物活性大分子与一种或多种由通式(V)表示的合成大分子在催化剂存在下聚合，以获得所述生物活性的合成共聚物：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

Y¹包含合成聚合物或者其部分；并

16.权利要求15所述的方法，其中所述催化剂包含钌配合物。

17.权利要求15-16中任一项所述的方法，其中所述方法包括开环易位聚合(ROMP)。

18.用于制备权利要求1-14中任一项所述的共聚物的、由通式(IV)表示的生物活性大分子：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；

X包含选自下组的生物活性的结构部分：蛋白质，肽，糖，治疗/药物分子和它们的衍生物；并且

19.制备权利要求18所述的生物活性大分子的方法，该方法包括：

(i)提供具有通式(VI)的二羧酸酐：

其中

R¹是任选取代的烷基；

L是亚杂烷基；并且

20.权利要求19所述的方法，其中所述方法还包括，在使所述具有通式(VII)的胺与X-C(＝O)OH反应的步骤之前，纯化所述具有通式(VII)的胺以除去杂质。

21.权利要求20所述的方法，其中所述纯化步骤包括双中和步骤。

22.权利要求21所述的方法，其中所述双中和步骤包括用酸洗涤的第一步骤和用碱洗涤的第二步骤。

23.用于医药的材料，其包含权利要求1-14中任一项所述的共聚物。

24.权利要求23所述的材料，其中所述材料是选自下组的器械的一部分：伤口敷料，皮肤支架，骨支架，类器官支架，植入物，和医疗器械。