KR20170107430A

KR20170107430A - 잘 정의된 분해성 폴리 (프로필렌 푸마르산염) 중합체 및 이의 합성을 위한 확장 가능한 방법

Info

Publication number: KR20170107430A
Application number: KR1020177016834A
Authority: KR
Inventors: 매튜 베커; 호와드 딘; 얀얀 루오
Original assignee: 더 유니버시티 오브 아크론; 더 오하이오 스테이트 유니버시티
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-09-25
Also published as: JP6826990B2; EP3221379A1; BR112017010057B1; CA2967949A1; WO2016081587A1; WO2016081587A9; JP2018500450A; KR102527453B1; US10465044B2; IL252288A0; CA2967949C; AU2015349988B2; US20170355815A1; AU2015349988A1; BR112017010057A2; CN107207714A; CN107207714B

Abstract

본 발명은 3D 인쇄 및 다른 중합체 장치 제조 양식(fabrication modalities)에 적합하고 상업적으로 합리적인 양으로 저렴하게 제조될 수 있는 저분자량 PPF 중합체(및 관련 방법)를 제공한다. 이러한 신규한 저분자량 PPF 중합체는 낮은 분자 질량 분포(

) 및 다양한 잠재적 용도, 특히 의료 장치의 3D 인쇄용 수지의 성분으로서 유용하다. 낮은

PPF를 생산하는 능력은 PPF의 안정적인 GMP 생산을 위한 새로운 기회를 창출한다. 합성의 저비용 합성 및 확장성, 잘 정의된 질량 및 점도 PPF의 혼합, 용제 또는 열에 대한 의존성 감소로 (a) 3D 인쇄 가능한 수지의 혼합 또는 (b) 3D 인쇄 중 유동성을 제공한다. 이러한 PPF 폴리머는 비독성, 분해성 및 재흡수성이 있으며 살아있는 유기체 내에 이식된 조직 비계 및 의료 장치에 사용될 수 있다.

Description

잘 정의된 분해성 폴리 (프로필렌 푸마르산염) 중합체 및 이의 합성을 위한 확장 가능한 방법{WELL-DEFINED DEGRADABLE POLY(PROPYLENE FUMARATE) POLYMERS AND SCALABLE METHODS FOR THE SYNTHESIS}

2014 년 11 월 18 일 출원된 "재흡수성 재료의 합성 및 기능화를 위한 제품 및 방법, 및 의료 장치로서의 용도(Products and Methods for Synthesis and Functionalization of Resorbable Materials, and use thereof as a Medical Device)" 라는 명칭의 미국 가출원 제 62/081219 호 및 2015 년 3 월 27 일자로 출원된 "잘 정의된 분해성 폴리 (프로필렌 푸마르산염) 중합체 및 이의 합성을 위한 확장 가능한 방법(Well-Defined Degradable Poly(Propylene Fumarate) Polymers and Scalable Methods for the Synthesis Thereof)"이라는 명칭의 미국 가출원 특허 출원 일련 번호 62/139,196 호, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.

본 출원의 주제는 애크런 대학교(University of Akron)와 오하이오 주립 대학 (Ohio State University) 간의 공동 연구 협약에 따라 개발되었다.

본 발명의 하나 이상의 실시예는 신규한 폴리(프로필렌 푸마르산염, propylene fumarate) 중합체 및 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법에 관한 것이다.

특정 실시예에서, 본 발명은 잘 정의된 생분해성 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체 및 이를 제조하고 기능화하기 위한 확장 가능한 방법에 관한 것이다.

특정 실시예에서, 본 발명은 다양한 재생 의학 용도에 사용하기 위한 잘 정의된 생분해성 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체에 관한 것이다.

3차원 (three-dimensional, 3D) 인쇄(printing)로도 알려진 첨가제 제조는 외과 의사가 병원체, 선천성 기형, 노화, 구강, 악안면(maxillofacial) 및/또는 정형 외과 및 암의 결함에서의 복잡한 재건 노력을 다루는 방법에 혁명을 일으킬 가능성을 가지며, 3D 인쇄를 위해 가능한 많은 생물 의학 응용 적용(applications) 중 몇 가지를 지정한다. 수많은 3D 인쇄 방법이 보고되었지만, 특히 광 교차 결합 기반 인쇄 방법(photocrosslinking-based printing methods)은 의료 이미징(medical imaging)으로 시각화된 결함에 맞게 고안된 고형 경화 중합체 비계(solid-cured polymer scaffolds)의 신뢰할 수 있는 고충실도 렌더링(high-fidelity rendering)의 가능성을 보여준다. 디지털 라이트 프린팅(DLP, Digital Light Printing) 기술을 통한 이미지 투사의 진보는 매우 미세한 (<50 ㎛) 형상과 결합된 복잡한 기하학적 디자인을 가진 조직공학 비계의 3D 인쇄를 가능하게 했다.

이러한 가능성을 실현하기 위해, 광화학 교차 결합 기술을 포함하는 공지된 3D 프린팅 기술로 잘 작동하는, 비용 효율이 높고, 비독성이며, 생분해성인 중합체를 개발하려는 노력이 있어 왔다. 또한, 이 3D 인쇄 구조물을 인체에 이식하려는 아이디어가 있으므로, 사용된 중합체는 규제 검사를 통과해야 한다. 많은 비활성 광 교차 결합 수지가 있지만, 비독성, 이식성 및 재흡수성을 갖는 것은 거의 없다. 이 마지막 범주 중에서 가장 진보된 것은 폴리락트산(polylactides), 폴리(ε- 카프로락톤, ε-caprolactone) 및 폴리(프로필렌 푸마르산염) (PPF)이다. 재흡수 측면(resorption profiles)에 있어서, 폴리락트산은 때때로 국소화된 아시도시스(acidosis) 및 염증을 유발하는 빠른 벌크 분해를 갖는 것으로 밝혀졌다. 폴리(ε-카프로락톤)은 매우 천천히, 때로는 수년에 걸쳐 분해되어, 새로 형성된 조직(neotissues)의 필요한 리모델링(remodeling) 또는 혈관 형성을 제한하는 것으로 알려져 있다. 폴리 (프로필렌 푸마르산염(propylene fumarate), PPF)은 부분적으로 안전하고 제어 가능한 분해 및 제어된 약물 방출(drug release), 스텐트(stents), 혈관, 신경 이식(nerve grafts) 및 연골 조직 공학, 특히 뼈 조직 공학 등과 같은 것들에 유용할 것으로 예상되는 특성을 갖는 재료를 필요로 하기 때문에 개발되었다. 20년 이상 전에 단계 성장 중합 방법을 통해 발명된 이래, PPF는 골격 치료를 위한 비계 재료로서 많은 성공을 거두었다. 이후 보고들은 합성 방법 및 결과물에 대해 개발되어 왔다.

PPF와 같은 재흡수성 광 교차 결합 가능한 중합체의 이용 가능성을 제한하는 하나의 주요 인자는 GMP 등급 물질의 부족이며, 즉 이 물질은 큰 동물 모델 그리고 파일럿 인간 시험을 추진하는 것이 요구되는, FDA에 의해 시행된 우수제조관리기준(Good Manufacturing Practices) 요구 사항을 충족시키는 물질이다. PPF는 전통적으로 다양한 계단 성장 응축 반응(step-growth condensation reactions) 중 하나를 사용하여 합성된다. 현재까지 광범위한 3D 인쇄 적용 및 상용화에 필요한 규모로 잘 정의된 저분자량 올리고머를 신뢰성 있고 재현성 있게 합성하는 것은 불가능했었다. 특히, PPF를 합성하는 공지된 단계 성장 방법은 고 에너지 (열) 투입, 고진공, 긴 반응 시간을 필요로 하며, 제어되지 않는 분자 질량 분포, 공액 첨가 부반응(conjugate-addition side reactions) 및 불필요한 교차 결합 이 모든 것은 최종 산물의 기계적 성질 및 분해 속도에 크게 영향을 미친다. 또한, 이러한 방법은 느리고, 노동 집약적이며, 매우 비싸고, 결과적으로 상업적으로 실용적이지 못하다.

특히, 이러한 계단 성장 방법에 고유한 분자량 분포를 제어하는 것이 어렵다. 두 배치는 정확히 동일하지 않다. 이러한 중합체는 상대적으로 높은 분자량 분포 (

) (다분산지수(PDD, Polydispersity Index)로도 알려짐)를 가지며, 중합체의 색상 및 기계적/점도 특성은 배치(batch)마다 일관성이 없다. 이러한 배치마다의 변화는 재흡수 시간, 재흡수의 균일성(어떤 위치에서는 넥서스(nexus)로 작용하는 긴 사슬로 인해 다른 수지의 불규칙한 가교 결합을 방지하기 위해), 뿐만 아니라 3D 인쇄에서 용매, 광 개시제, 염료, 안료 또는 성분(예를 들어, 푸마르산디에틸(DEF), 생체 활성 분자)로써 사용되는 다른 수지들의 불균일한 교차 결합 합성(uneven cross linking incorporation)과 같은 생물학적 성능에 영향을 미치는 기계적 성질을 예측하는 데 심각한 어려움을 야기하는 것으로 밝혀졌다. 연구원들이 이러한 중합체의 3D 인쇄와 그 이후의 생물학적 성능을 신뢰할 수 있게 예측하지 못하여, 임플란트 및 기타 의료 장치에서 이러한 중합체를 사용하는 데 필요한 규제 승인을 얻는 것이 매우 어려워졌다. 실제로 PPF는 재생 의학(regenerative medicine) 및 성공적인 실험 결과에서의 사용에 대한 20 년 이상의 지속적인 연구에도 불구하고, FDA가 승인한 장치 또는 요법의 일부는 아니라고 여겨진다.

더욱 최근에, 고분자량, 좁은

(1.6 미만) 및 낮은 에테르 결합(ether linkage)(1 % 미만)을 갖는 PPF는 괜찮은(mild) 반응 조건을 갖는 사슬 성장 메카니즘(chain growth mechanism)을 사용하여 성공적으로 합성되었다. 이 방법에서는 말레산 무수물과 에폭시드가 45 에서 크롬 살렌(chromium salen)을 촉매로 하여 개환공중합(ring-opening copolymerization)을 통해 중합되고, 제조된 폴리(프로필렌 말레산염, propylene maleate)(PPM)이 실온에서 16 시간 동안 PPF를 산출하기 위해 디에틸아민(diethylamine)을 사용하여 이성화된다. 이러한 방식으로 합성된 PPF는 고체이고 MW가 4 kDa 이상이며, 분자량 분포가 1.6이고 99 % 전환율을 갖는 에테르 결합이 1 % 미만이다. 기존의 합성 방법과 비교하여 사슬 성장 메커니즘(chain growth mechanism)은 PPF에 우수한 분자 특성을 제공하며 반응은 더욱 실현 가능하고, 추가 기계적, 독성 및 열화(degradation) 테스트 및 제조의 대규모 생산을 위해 제어된 특성을 갖는 PPF를 생산할 수 있다. 그러나 불행하게도 이러한 방법을 사용하여 제조된 PPF 폴리머의 고분자량, 유동성 부족 및 잔류 크롬 금속은 3D 인쇄 또는 재생 의학의 다른 응용 분야에 적합하지 않다.

해당 분야에서 요구되는 것은 제한적이고 예측 가능한 재료 특성을 갖는 저분자량, 유동성, 비독성, 재흡수성 PPF 중합체 및 3D 인쇄 및 의료 기기의 사용에 적합한 이의 제조 및 사용에 관한 관련 방법이며, GMP를 사용하여 경제적으로 그리고 상업적으로 합리적인 양으로 만들 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예는 상업적으로 합리적인 양으로 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 3D 프린팅에 적합한 제한적이고 예측 가능한 물질 특성을 갖는 저분자량, 비독성, 재흡수성 PPF 중합체(및 이와 관련된 그의 제조 및 사용을 위한 방법)를 제공한다.

일 측면에서, 본 발명은 수 평균 분자량(M_n)이 약 450 달톤(Daltons) 내지 약 3500 달톤이고 분자량 분포(

)가 1.0 내지 2.0인, 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리 (프로필렌 푸마르산염(propylene fumarate)) 중합체를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 본 발명은 상기 수 평균 분자량(M_n)이 약 700 내지 약 3200 인 본 발명의 일 측면의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체에 관한 것이다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 약 -25 ℃ 내지 약 12 ℃ 의 유리 전이 온도(T_g)를 갖는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 임의의 하나 이상의 실시예를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 약 980 달톤 내지 약 5900의 피크 수 평균 분자량을 갖는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 약 0.025 dL/g 내지 약 0.078 dL/g의 고유 점도를 갖는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 1% w/w 미만의 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드(maleic anhydride-co-propylene oxide)) 중합체 사슬을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 사슬을 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 일 측면의 상기 언급된 실시예 중 하나 이상을 포함한다:

(i)

n은 3 내지 30의 정수이다.

제2 측면에서, 본 발명은 말레산 무수물 및 프로필렌 옥사이드를 적합한 용매에 불활성 분위기 하에서 용해시키는 단계; 적합한 개시제를 첨가하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)을 제조하기 위해 상기 혼합물을 약 0.5 시간 내지 약 100 시간 동안 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃ 의 온도로 가열하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체를 수집 및 정제하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)를 적합한 용매에 용해시키고 촉매를 첨가하는 단계; 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하기 위해 혼합물을 약 5 ℃ 내지 약 80 ℃ 의 온도로 약 5 시간 내지 약 100 시간 동안 가열하는 단계;를 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법을 제공한다.

몇몇 실시예에서, 본 발명은 제2측면의 본 발명의 제조방법인 청구항 제9항인 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법에 관한 것이며, 말레산 무수물 및 프로필렌 옥사이드를 용해시키는데 사용되는 상기 용매는 톨루엔, 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 디옥산 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제 2 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 용매는 말레산 무수물을 용해하는데 사용되며, 프로필렌 옥사이드는 톨루엔이다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 개시제는 마그네슘 에톡시드(magnesium ethoxide, Mg(OEt)₂)이다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 개시제에 대한 상기 말레산 무수물 또는 상기 프로필렌 옥사이드의 질량비는 약 3:1 내지 약 400:1이다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법은 본 발명의 제2 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 반응 혼합물을 불활성 기체 분위기 하에서 냉각하는 단계; 증류 또는 감압에 의해 상기 혼합물로부터 휘발성분을 증발시키는 단계; 클로로폼 또는 디클로로메탄을 첨가하는 단계; 상기 용액을 수용액으로 세척하여, 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 및 수성층을 함유하는 유기층을 형성하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체를 침전시키기 위해 상기 유기층을 수집하여 헥산과 같은 비극성 유기 용매에 주입하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)를 수집하는 단계; 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체를 소량의 적합한 용매에 용해시키는 단계; 증발에 의해 용액을 농축시키는 단계; 및 정제된 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 중간체를 제조하기 위해 상기 농축된 용액을 진공 하에 건조시키는 단계; 를 더 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제 2 측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 불활성 대기는 질소를 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체의 제조 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 휘발성분은 혼합물은 증류 또는 감압에 의해 증발된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체는 분별 깔때기로 수집된다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 적합한 용매는 클로로폼 또는 디클로로메탄을 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 중간체를 용해하는데 사용되는 용매는 클로로폼, 테트라히드로푸란(THF), 디옥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 중간체를 용해하는데 사용되는 용매는 클로로폼이다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 촉매는 디에틸아민이다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 수집 및 정제하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 수집 및 정제하는 단계는, 용해된 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체 중간체를 증발에 의해 농축시키는 단계; 상기 용액을 완충된 수용액(buffered aqueous solution)으로 세척하여 촉매를 제거함으로써 유기층 및 수성층을 형성하는 단계; 상기 유기층을 수집하는 단계; 증발에 의해 유기층을 농축시키는 단계; 잔류하는 물을 제거하기 위해 황산나트륨 또는 기타 무기 건조제, 산성 양성자 또는 분자체를 첨가하는 단계; 황산나트륨 또는 다른 무기 건조제 또는 분자체를 여과하는 단계; 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 침전시키기 위해, 생성된 혼합물을 비극성 유기 용매에 붓는 단계; 정제된 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하기 위해, 상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 수집하고 이를 진공 하에 건조시키는 단계; 를 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 용해된 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) 중합체 중간체는 회전 증발 또는 감압에 의해 농축된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 상기 완충된 수용액은 인산염완충식염수를 포함한다.

하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 물로 세척된 중합체를 포함하는 상기 유기층은 분별 깔때기에 의해 수집된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 물로 세척된 중합체를 포함하는 상기 유기층은 회전 증발 또는 감압에 의해 농축된다. 하나 이상의 실시예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법은 본 발명의 제2측면의 상기 언급된 실시예 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 침전 시키는데 사용되는 비극성 유기 용매는 헥산을 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점을 보다 완전하게 이해하기 위해, 첨부된 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 참조하도록 한다.
도 1은 시스 배열(cis-configuration) 입체 화학 (PPM 중간체)과 트랜스 배열(trans-figuration) 입체화학 (PPF 중합체)의 양적 전환을 나타내며, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체(하부) 및 PPF 중합체(상부)에 대한 ¹H NMR 스펙트럼(CDCl₃, 300 MHz)을 비교하는 개략도이다.
도 2는 PPM 중간체와 PPF 중합체의 완전한 전환을 나타내며, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대하여 ¹³C NMR 스펙트럼 (CDCl₃, 300 MHz)을 비교한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대한 시차 주사 열량측정법 (Differential Scanning Calorimetry, DSC) 특성화 (-50 ℃ -50℃, 10℃/분)를 비교한 개략도이다.
도 4a는 표 1의 PPF 샘플 번호 3의 MALDI-TOF 질량 분석기이며, 이 샘플의 질량 분포를 나타낸다.
도 4b는 표 1의 PPF 샘플 번호 3의 MALDI-TOF 질량 분석기의 확대된 부분으로서, PPF의 반복 단위 및 질량 분석 데이터에 나타난 분포의 각각의 피크에 대응하는 가능한 말단 화학(possible end group chemistries)을 나타낸다.
도 5a는 표 1의 PPF 샘플 번호 2의 MALDI-TOF 질량 분석기로서, 이 샘플의 질량 분포를 나타낸다.
도 5B는 표 1의 PPF 샘플 번호 2의 MALDI-TOF 질량 분석기의 확대된 부분으로서, PPF의 반복 단위 및 질량 분석 데이터에 나타난 분포의 각각의 피크에 대응하는 가능한 말단 화학을 나타낸다.
도 6A 내지 도 6D는 인간 골수 유래 중간엽줄기세포(human bone marrow-derived mesenchymal stem cells) (RoosterBio, Frederick, MD) (hMSC)와 본 발명의 일 실시예에 따른 PPF의 생체외(in vitro) 생체적합성을 확인하기 위한 세포독성 실험의 결과를 나타내는 사진도이다. 도 6a 및 도 6b는 hMSC 단층 위에 PPF 중합체를 나타내는 직접 접촉 분석의 밝은 부분(bright field) 사진도(도 6a) 및 플로렌스(flourence) 사진도(도 6B)이다. 도 6C 및 도 6D는 PPF 중합체 물질 상에 배양된 hMSCs를 나타내는 직접 접촉 분석의 밝은 사진도 (도 6C) 및 플로렌스 사진도 (도 6D)이다. 도 6B 및 도 6D의 더 밝은 영역은 컬러 사진도에서 녹색 형광을 내는 영역이라고 이해되어야 한다. 스케일 바 = 500 ㎛.
도 7은 시간에 따른 분자 질량의 거의 선형 성장을 나타내는 운동 플롯(kinetic plot)이다. 개시제에 대한 단위체(monomer)의 몰비를 100:1, 200:1, 300:1 로 사용하여 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPM 중간체에 대한 반응 시간의 함수로서 수 평균 분자량 (M_n) 및 분자량 분포 (

)를 나타낸다.
도 8은 PPF 중합체와 PPM 중간체의 완전한 변환을 나타내는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대한 푸리에 변환 적외분광법(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR) 스펙트럼을 비교한 개략도이다. 시스 배열(cis-configuration)에서 트랜스 배열(trans-figuration)로 전환은 C-H 스트레치(C-H stretch)에서 보여진다.
도 9는 PPM 중간체와 PPF 중합체의 완전한 변환을 나타내는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대한 자외선-가시 광선 분광법 (Ultraviolet-Visible, UV-Vis) 스펙트럼 (아세토니트릴(acetonitrile), 190 nm-700 nm)을 비교한 개략도이다.
도 10은 표 1의 PPF 샘플 번호 1에 대한 c 대

및

를 도시하는 그래프이다.
도 11은 표 1의 PPF 샘플 번호 2에 대한 c 대

및

를 도시하는 그래프이다.
도 12는 표 1의 PPF 샘플 번호 3에 대한 c 대

및

를 도시하는 그래프이다.
도 13은 표 1의 PPF 샘플 번호 4에 대한 c 대

및

를 도시하는 그래프이다.
도 14는 표 1의 PPF 샘플 번호 5에 대한 c 대

및

를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 조직 지지체(tissue scaffold) 의 사진도이다. 스케일 바는 2mm이다.
도 16A-B는 125㎛ 스트럿(strut) 두께, 600㎛ 기공 직경 및 93.5 % 다공성을 갖는 Schoen Gyroid Triply Periodic Minimal Surface을 사용하여 SolidWorksTM CAD 소프트웨어로 작성된 PPF 비계(PPF scaffold)를 보여주는 사진도이다. 도 16B는 도 16A에 도시된 PPF 비계의 확대도이다.
도 16C는 SolidWorks ™ 컴퓨터 보조 설계 소프트웨어로 작성된 PPF 비계 사진도와 Perfactory ^TM P3 프린터를 사용하여 3D로 인쇄된 것이다.
도 17A 내지 도 17C는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 이용한 3D인쇄 공정에 의해 만들어진 3D 대상물의 전면 사시도 (도 17a), 측면도 (도 17b) 및 상면도 (도 17c)를 도시하는 컴퓨터 지원설계(CAD) 사진도이다. 도 17d는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 이용한 3D 인쇄 공정으로 제작된 3D 대상물을 촬영한 사진도이다.
도 17e는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물의 스트럿(strut) 및 기공 구조의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 대해 수행된 14 일 열화(degradation) 실험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 19는 손실 계수를 주파수의 함수로 나타낸 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 대해 수행된 동적 기계 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 20은 저장 탄성율(storage modulus)을 주파수의 함수로 나타낸 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 수행된 동적 기계 시험 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 21은 주파수의 함수로서 복소 탄성률(complex modulus)을 나타내는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 수행된 동적 기계 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 22는 주파수의 함수로서

를 나타내는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 이용하여 3D 인쇄 공정으로 제작된 3D대상물에 대해 수행된 동적 기계 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 23은 비분해성 샘플(C1-C5), 7일 동안 분해되는 샘플(A-E), 14일 동안 분해되는 샘플(K-O)에 대한 변형 함수로서 응력을 나타내며, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 대해 수행된 파괴 시험에 대한 압축 결과를 나타낸 그래프도이다.
도 24는 비분해성 샘플, 7 일 동안 분해된 샘플, 14 일 동안 분해된 샘플에 대한 항복응력을 나타내며, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조된 PPF 중합체를 사용하여 3D 인쇄 공정에 의해 제조된 3D 대상물에 대해 수행된 파괴 시험에 대한 압축 결과를 도시하는 막대그래프도이다.

본 발명의 하나 이상의 실시예는 잘 정의된 분자량 및 분자량 분포 뿐만 아니라 예측 가능한 점도를 갖는 저분자량(low molecular weight), 비독성(non-toxic), 재흡수성(resorbable) PPF 중합체(및 그의 제조 및 사용을 위한 관련 방법)를 제공하며, 3D 인쇄에 적합하며 상업적으로 합리적인 가격으로 저렴하게 제조될 수 있다. 이러한 PPF 중합체는 예측 가능하고 신뢰할 수 있는 기계적 성능을 제공하며 재흡수 프로파일(resorption profiles)은 또한 3D 인쇄 중에 충분한 재료 흐름을 보장하는 데 필요한 용제의 양을 줄일 수 있다. 말단 그룹 신뢰도와 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography, SEC)를 명확하게 나타내는 MALDI 질량 분석은 일련의 저분자량(M_n=700-3000 Da) 올리고머의 수 평균 분자량 분포 (<1.6)를 입증한다. 하나 이상의 실시예에서, 상응하는 고유 점도는 0.0288±0.0009 dL/g 내지 0.0780±0.0022 dL/g의 범위이다. 또한, 표준화된 ISO 10993-5 테스트는 본 발명의 실시예의 PPF 중합체로부터 인쇄 된 3D 물질이 L929 마우스 섬유아세포(mouse fibroblasts) 및 인간 간엽 줄기 세포(mesenchymal stem cells) 모두에 대해 비독성임을 보여준다.

일 측면에서, 본 발명은 저분자량 분포 (

) 및 다양한 잠재적 용도, 특히 3D 인쇄용 수지의 성분으로서의 새로운 저분자량 재흡수성 PPF 중합체(low molecular weight resorbable PPF polymer)에 관한 것이다. 본 발명의 PPF 중합체는 독성이 없으며 인체 또는 다른 생물체 내에 이식된 조직 지지체(tissue scaffolds) 및 다른 의료 장치에 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 PPF 중합체는 분해성 및 재흡수성을 모두 가지고 있다. 상기 중합체는 생체 내에서 치료 목적을 위해 적합한 시간 내에 구성 부분으로 분해된다는 점에서 분해성 또는 생분해성을 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 특정 PPF 중합체에 대한 분해 속도는 이의 분자량, 가교밀도(cross linking density), 및 통상적으로 형성된 또는 3D 인쇄된 물질의 기하학적 고려 사항(예를 들어, 표면적의 상대적인 양)에 좌우될 것이다. 본 발명의 실시예의 PPF 중합체는 또한 이의 분해 산물(degradation products)이 신체에 잘 견디고, 치료 목적을 위해 적합한 시간 내에서 신체에 의해 대사되거나 배설될 수 있다는 점에서 재흡수성이다. 본 발명의 실시예에 따른 PPF 중합체의 경우, 상기 분해 산물은 푸마르산 (정상적인 대사 산물) 및 약물 제제(drug formulations)에서 통상적인 희석제(diluent)이며 신체에 의해 배설되는 1,2-프로판디올이다.

본 발명의 PPF 중합체의 구조는 양성자 핵 자기 공명 분광법 (proton Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, ¹H NMR) 및 탄소 13 핵 자기 공명 분광법 (carbon 13 Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, ¹³C NMR)에 의해 확인되었다. (도 1 및 도 2 참조). 몇몇 실시예에서, 본 발명의 PPF 중합체는 하기 화학식을 따른다 :

(i)

"n"은 3 내지 30의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 5 내지 30의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 15 내지 30의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 25의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 20의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 15의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 5 내지 15의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 10의 정수일 수 있다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 6의 정수일 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 PPF 중합체의 분자량 및 질량 분포 특성은 크기 배제 크로마토그래피 (Size Exclusion Chromatography , SEC)에 의해 특징 지어진다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체 (i) 는 약 450 Da 내지 약 3500 Da의 수 평균 분자량 (M_n)을 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 500 Da 내지 약 3000 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 750 Da 내지 약 2500 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 Da 내지 약 2000 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 Da 내지 약 1500 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 450 Da 내지 약 1000 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 Da 내지 약 3500 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1500 Da 내지 약 3500 Da의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 2000 Da 내지 약 3000 Da의 M_n 을 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 700 Da (M_p : 980 Da)의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1269 Da (M_p : 1711 Da)의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1362 Da 의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1856 Da (M_p : 2573 Da)의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 2367 Da (M_p : 3190 Da)의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 3200 Da (M_p : 5974 Da)의 M_n 을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1496 Da 의 M_n 을 가질 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 450 달톤(Daltons) 내지 3500 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 900 달톤(Daltons) 내지 7000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 달톤(Daltons) 내지 1500 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 달톤(Daltons) 내지 2000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1000 달톤(Daltons) 내지 3000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 2000 달톤(Daltons) 내지 3000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 2000 달톤(Daltons) 내지 4000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 2000 달톤(Daltons) 내지 6000 달톤의 중량 평균 분자량 (M_w)을 가질 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 PPF 중합체는 또한 잘 정의되고 비교적 낮은 분자량 분포 (

)를 가지며, 이것은 M_n 에 대한 M_w의 비율로 정의될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 분자량 분포에 적용되는 용어인 "잘 정의된"은 2.0 이하를 의미한다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.0 내지 약 2.0의

을 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.0 내지 약 1.8의

을 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.0 내지 약 1.6의

을 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.0 내지 약 1.4의

을 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.0 내지 약 1.2의

을 가질 것이다.

몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.35의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.57의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.78의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.46의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.64의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.50의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.60의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 1.70의

을 갖는다.

통상의 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 PPF 중합체는 유리 전이 온도 (T_g)를 가질 것이다. (도 3 참조). 본 발명의 실시예에 따른 중합체의 T_g는 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -30 ℃ 내지 20 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -25 ℃ 내지 12 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -10 ℃ 내지 5 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -25 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -19 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 -3 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체의 T_g는 3 ℃ 일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 PPF는 700 Da의 M_n , 1.6의

및 -25 ℃의 T_g 를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF는 1270 Da의 M_n , 1.5의

및 -3 ℃의 T_g 를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF는 1860 Da의 M_n , 1.6의

및 0 ℃의 T_g 를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF는 2450 Da의 M_n , 1.6의

및 6 ℃의 T_g 를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF는 3200 Da의 M_n, 1.7의

및 12 ℃의 T_g 를 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 본 발명의 PPF 중합체는 하기 표 1에 기재된 특성을 갖는다.

표 1

온도, 시간, 비율 M_w, M_p, M_n, T_g 및 고유 점도를 갖는 중합체 데이터

주위 온도(ambient temperature)에서, 본 발명의 실시예의 PPF 중합체는 점성 유체(viscous fluid)이고 또한 고유 점도(intrinsic viscosity)에 있어서 추가로 기술될 수 있다. (상기 표 1 참조). 상기 고유 점도는 35 ℃에서 Ubbelodhe 점도계(Ubbelodhe viscometer)를 사용하여 THF 중에서 측정한다.

몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.025 dL/g 내지 약 0.090 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.049 dL/g 내지 약 0.078 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0520 dL/g 내지 약 0.0630 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0288 dL/g 의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0490 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0529 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0622 dL/g의 고유 점도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 약 0.0780 dL/g의 고유 점도를 갖는다.

매트릭스보조레이저탈착이온화 - 비행 시간 (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization - Time-of-Flight, MALDI-TOF) 질량 분광법은 각각의 물질 및 말단 그룹 집단의 질량을 정확하게 측정할 수 있다. 저분자량에서, MALDI는 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)보다 정확하게 분자량을 측정할 수 있다. 도 4A는 표 1의 PPF 샘플 번호 3의 MALDI-TOF 질량 분석기(mass spectrograph)이며, 이 샘플의 질량 분포를 나타낸다. 도 4B는 표 1의 PPF 샘플 번호 3의 MALDI-TOF 질량 분석기의 확대된 부분으로서, PPF의 반복 단위 및 질량 분석 데이터의 각각의 피크에 대응하는 가능한 말단 그룹 화학을 나타낸다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 상기 샘플(표 1의 PPF 샘플 번호 3)에서 가능한 말단 그룹의 3 개의 그룹 (A, B, C로 라벨링 됨)이 있다. 인접한 2 개의 피크 사이의 m/z=156 은 말레산무수물(maleic anhydride) 및 프로필렌옥사이드(propylene oxide)의 질량과 동일한 반복 단위의 질량을 나타낸다. 우세한 말단 그룹은 에톡시기 (A)이다. 이러한 특성은 PPF의 성공적인 합성을 지지한다. 도 5A는 표 1의 PPF 샘플 번호 2의 MALDI-TOF 질량 분석기이며, 이 샘플의 질량 분포를 나타내고 있고, 도 5B는 표 1의 PPF 샘플 번호 2의 MALDI-TOF 질량 분석기의 확대된 부분으로서, PPF의 반복 단위 및 질량 분석 데이터에 나타난 분포의 각각의 피크에 대응하는 가능한 말단 그룹 화학을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 주위 온도에서, 본 발명의 실시예의 PPF 중합체는 점성 유체(viscous fluid)이다. 그러나, 이러한 중합체는 공지된 기계적 성질을 갖는 고체를 형성하기 위해 당해 분야에 공지된 임의의 적합한 방법을 사용하여 가교 결합될 수 있다. 본 발명의 실시예의 PPF 중합체를 가교 결합시키기 위한 적합한 수단은 라디칼 개시 광 - 교차 결합(radical initiated photo-cross linking)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 몇몇 실시예에서, 이는 광 교차 결합(photo cross linking), 제자리 열 교차 결합(in situ heat cross linking), FDM (용융 적층 모델링, fused deposition modeling), 레이저 소결(laser sintering) 또는 바이오프린팅(bioprinting)과 같은 3D 인쇄 방법 이외에, 금형(molds), 전기방사(electrospinning) 또는 CNC와 같은 통상적인 제조 기술을 사용하여 3D 형상을 형성하도록 가교 결합될 수 있다. (아래의 실시예 10, 12 및 13 참조). 이러한 교차 결합된 PPF 중합체는 분해성 및 재흡수성이며 외과용 임플란트 및 기타 이식 가능한 의료 장치에 사용하기에 적합할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 교차 결합된 PPF 중합체 상에서 수행된 세포 독성 시험은 이러한 중합체가 독성이 없다는 것을 나타낸다. (실시예 16 내지 20; 도 6A 내지 6D 참조)

또 다른 측면에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 PPF 중합체를 합성하는 신규한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 방법은 공지된 PPF 중합체와 관련하여 상기에서 밝혀진 문제점 없이, 통상적인 형성에 적합한 다량의 저분자량 PPF 중합체의 제조, 주입 또는 3D 인쇄 및 이식으로서의 사용을 허용한다. 또한, 본원에 기재된 PPF 중합체를 합성하는 신규한 방법은 몇몇 실시예에서 상기 PPF 중합체를 합성하는데 이용될 수 있고, 몇몇 다른 실시예에서는 이 방법을 이용하여 보다 큰 PPF 중합체를 합성하는데 이용될 수 있다. 청구된 발명의 다양한 실시예의 방법은 M_n이 10,000 Da 만큼 큰 PPF 중합체를 합성하는데 사용될 수 있다고 여겨진다.

몇몇 실시예에서, 이러한 신규한 방법은 하기 도식 1(Scheme 1)의 2개 단계의 공정을 사용하여 PPF 중합체를 합성하는 것에 관한 것이다.

도식 1(Scheme 1)

A 및 E는 하나 이상의 개시제 (A) 또는 촉매 (E)이고, B 및 F는 각각 하나 이상의 용매이며, C 및 G는 각각의 반응 온도이고, D 및 H는 각각의 반응 시간이며, n은 반복된 말레산무수물-코-프로필렌옥사이드(maleic anhydride-co-propylene oxide) (프로필렌 말레산염(propylene maleate)) 단위 (단계 I) 또는 프로필렌 푸마르산염(propylene fumarate) 단위 (단계 II)의 수를 나타낸다.

몇몇 실시예에서, n은 3 내지 90의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 30의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 20의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 10의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 5 내지 30의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 15 내지 30의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 25의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 20의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 15의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 5 내지 15의 정수이다. 몇몇 실시예에서, n은 3 내지 6의 정수이다.

단계 I 에서, 말레산 무수물 (MAn) (ii)은 개시제 A 및 하나 이상의 용매 B의 존재 하에, 반응 온도 C에서 반응 시간 D 동안 상기 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드(또한 폴리로 잘 알려진(프로필렌 말레산염)) (PPM) 매개물(iv)을 형성하기 위해 프로필렌 옥사이드 (PO) (iii) 와 반응되어진다. 당업자에게 명백한 바와 같이, PPM은 PPF (i)의 시스-이성질체(cis-isomer)이다. 단계Ⅱ에서, 상기 PPM 중합체 (iv)는 반응 시간 H 동안 반응 온도 G에서, 촉매 E 및 하나 이상의 용매 F의 존재 하에, 트랜스-이성질체 (PPF) (i)를 형성하기 위해 이성질체화된다.

본 발명에서 이성질체화라는 용어는 시스-이성질체 (PPM) (iv)를 트랜스-이성질체 (PPF) (i)의 형태로 촉매의 존재 하에 전환시키는 반응을 의미한다. 이성질체화 단계 (단계 Ⅱ)가 중합체에 몇 가지 다른 변화를 가져 오는 동안, 근사치인(approximate) M_n,

및 T_g와 같은 본 발명의 실시예에서의 PPF 중합체 (ⅰ)의 가장 일반적인 양상은, 제 1 반응 (단계 I)에서 결정된다.

상기 도식 1의 단계 I에 도시된 실시예에서, 반응을 위한 출발 물질(시재료, starting material)은 MAn (ii) 및 PO (iii)이다. 다른 실시예가 가능하지만, 단계I의 MAn (ii) 및 PO (iii)은 1:1의 몰비로 반응한다는 것이 밝혀졌다.

단계 I에 나타난 반응은 하나 이상의 개시제 A를 더 필요로 한다. 다른 실시예가 가능하지만, A는 바람직하게는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂이다. 마그네슘 에톡시드는 마그네슘 산화물 MgO 및 에탄올로 분해될 수 있는 이점을 가지며, 이러한 맥락에서 일반적으로 비독성인 것으로 간주된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 개시제에 대한 단량체(monomer)의 몰비는 또한 반응의 성질 및 반응 속도에 중요한 역할을 한다. 하기 표 2는 개시제에 대한 단량체의 몰비가 100:1, 200:1, 300:1 을 이용하여, 3, 6, 12, 24 및 48 시간의 반응 시간에서 단계 I의 반응에 따라 제조 된 PPM 중합체에 대한 M_n, M_p 및

결과를 나타낸다. (7.14 몰 MAn / 1L 톨루엔(Toluene), 80 ℃) (도 7 참조).

표 2

도 7에서 PPMs의M_n은 중합 시간이 3 시간에서 48 시간으로 증가함에 따라 거의 선형으로 증가하여 사슬-성장 메커니즘(chain-growth mechanism)을 지지한다. 다중 반응에 대한 Mn 및

의 작은 편차는 이러한 반응의 재현성(reproducibility)을 입증한다. 모든 중합의 분자량 분포는 분별(fractionation) 없이 약 1.6이었으며, 사슬 성장법(chain growth method)은

이 일반적으로 2 이상인 단계-성장 메커니즘(step-growth mechanism)에 비해 분자량 분포에 대해 보다 더 정밀한 제어를 제공함을 보여주었다. 또한, 이러한 몇몇 반응에 대한 수율(yields)은 65 %에 이르며, 이는 알려진 단계 성장 프로세스에서 저분자량 올리고머(oligomers)의 수율보다 훨씬 더 크다.

몇몇 실시예에서, 개시제에 대한 각각의 단량체(either monomer)의 몰비는 약 3:1 내지 400:1이다. 몇몇 실시예에서, 개시제에 대한 각각의 단량체(either monomer)의 몰비는 약 3:1 내지 300:1이다. 몇몇 실시예에서, 개시제에 대한 각각의 단량체(either monomer)의 몰비는 약 3:1 내지 200:1이다. 몇몇 실시예에서, 개시제에 대한 각각의 단량체(either monomer)의 몰비는 약 3:1 내지 100:1이다. 몇몇 실시예에서, 개시제에 대한 각각의 단량체(either monomer)의 몰비는 약 10:1 내지 124:1이다.

상기 도식 1의 단계 I에 나타낸 반응은 하나 이상의 용매 B에서 일어난다. 하나 이상의 실시예에서, B는 톨루엔, 테트라하이드로푸란(THF), 다이옥산 및 이들의 조합물을 포함하는 임의의 적합한 용매일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 과도한 어려움이나 비용 없이, 어떤 용매가 선택되더라도 제거될 수 있다고 간주된다. 몇몇 실시예에서, B는 톨루엔이다. 몇몇 실시예에서, 용매에 대한 단량체의 몰비는 약 5:1 내지 약 10:1이다. 몇몇 실시예에서, 용매에 대한 단량체의 몰비는 약 6:1 내지 약 9:1이다. 몇몇 실시예에서, 용매에 대한 단량체의 몰비는 약 7:1 내지 약 8:1이다. 몇몇 실시예에서, 용매에 대한 단량체의 몰비는 약 5:1 내지 약 8:1이다. 몇몇 실시예에서, 용매에 대한 단량체의 몰비는 약 7.14:1이다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 단량체 및 선택된 용매 B를 둥근 바닥 플라스크와 같은 적합한 용기에 넣고, 자기 교반기(magnetic stirrer)를 사용하여 단량체를 주위 온도에서 용해시킨다. 그러나 당 업계에 공지된 임의의 방법이 상기 개시제를 불활성화시키지 않는다면, 단량체를 용매에 용해시키는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 단량체가 불활성 가스 분위기에서 용해되고 반응되어야 한다는 것은 당업자에게 이해될 것이다. 당업자는 과도한 실험 없이 불활성 분위기에 대해 불활성 가스를 선택할 수 있을 것이다. 적합한 불활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨을 제한 없이 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 질소 또는 아르곤 대기 하에서 주변 온도로 냉각된다.

이러한 실시예에서, 상기 용기는 응축기에 연결될 수 있고 상기 혼합물은 반응 온도 C로 가열된다. 몇몇 실시예에서, 상기 응축기는 물 환류 냉각기(water reflux condenser) 또는 다른 통상적인 냉각 시스템일 수 있다. 상기 혼합물의 온도를 상기 반응 온도에 도달시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 실리콘 오일 배스(silicone oil bath), 워터 배스(water bath) 또는 전기 재킷(electric jacket)을 포함할 수 있다. 반응 온도 C는 단계Ⅰ의 반응의 성질 및 동력학(kinetics)에서 중요한 역할을 하며, 일반적으로 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃ 범위이지만, 몇몇 실시예에서는 또한 실온에서 수행될 수 있다는 것이 명백해야 한다. (하기 표 3 및 6 참조). 그러나, 저온 (약 50 ℃ 이하)에서는 랜덤 중합(random polymerization)이 일어날 수 있음을 이해해야 한다. 몇몇 실시예에서, C는 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, C는 약 70 ℃ 내지 약 100 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, C는 약 70 ℃ 내지 약 90 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, C는 약 75 ℃ 내지 약 80 ℃ 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, C는 약 80 ℃ 이다.

표 3

또한, 상기 표 2 및 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 반응 시간 D는 또한 단계 Ⅰ의 반응의 성질 및 동력학에서 중요한 역할을 한다. 일반적으로, 반응 시간이 길수록 생성되는 PPM에 대한 M_n이 더 커진다. 명백한 바와 같이, 매우 짧은 반응 시간 (0.5 시간 미만)에서, 생성되는 중합체가 거의 없고 제거되어야 하는 미반응 모노머(unreacted monomer)가 다량으로 존재하기 때문에 반응은 매우 비효율적이다. 100 시간 이상의 반응 시간에서, 상기 중합체는 점성이 높아서 자기 교반기를 사용하여 교반할 수 없으며 중합은 제어하기가 더 어려워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 0.5 시간 내지 100 시간 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 3 시간 내지 75 시간 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 3 시간 내지 50 시간 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 12 시간 내지 50 시간 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 40 시간 내지 60 시간 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, D는 40 시간이다.

표 4

몇몇 실시예에서, A는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂)이고, B는 톨루엔이며, C는 80 ℃이고, D는 2 시간이며, 생성된 PPM은 1700 달톤의 M_n, 1.64의

및 58.97 %의 수율을 갖는다. 몇몇 실시예에서, A는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂)이고, B는 톨루엔이고, C는 80 ℃이고, D는 40 시간이고, 생성된 PPM은 1192 달톤의 M_n 및 1.42의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, A는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂)이고, B는 톨루엔이고, C는 80 ℃이고, D는 2시간이고, 생성된 PPM은 1206 달톤의 M_n 및 1의

을 갖는다. 몇몇 실시예에서, A는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂)이고, B는 톨루엔이고, C는 80 ℃이고, 생성된 PPM 중합체의 D, M_n, M_p 및

는 모두 표 2에 기재된 바와 같다. 몇몇 실시예에서, A는 마그네슘 에톡시드 (Mg(OEt)₂)이고, B는 톨루엔이고, C는 80 ℃이고, 생성된 PPM 중합체의 D, M_n, M_p 및

는 모두 표 4에 기재된 바와 같다.

반응이 완료되면, PPM 중간체는 이 목적을 위해 당해 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 방법에 의해 단리(isolated) 및 정제될 수 있다. 적합한 방법은 추출 및 농축을 제한 없이 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 일단 지정된 중합 시간이 경과하면, 상기 시스템이 불활성 대기 하에서 약 80 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도로 냉각된다. 상기 시스템을 냉각시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이에 한정되는 것은 아니지만, 얼음 배스(ice bath), 재순환 배스(recirculating bath) 또는 주변공기온도(ambient air temperature)를 포함할 수 있다. 유사하게, 당업자는 과도한 실험 없이 불활성 분위기에 대해 불활성 가스를 선택할 수 있을 것이다. 적합한 불활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨을 제한 없이 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 질소 또는 아르곤 대기 하에서 주변 온도로 냉각된다.

다음으로, 이러한 실시예에서, 휘발성 화합물은 이 목적을 위해 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여 증발에 의해 제거된다. 몇몇 실시예에서, 휘발성 화합물(volatile compounds)은 감압 하에 증류, 회전 증발 또는 증발에 의해 제거될 수 있다. 이러한 몇몇 실시예에서, 생성된 중합체는 이어서 클로로폼(chloroform, CHCl₃) 또는 디클로로메테인(dichloromethane) CH₂Cl₂와 같은 유기 용매로 희석된다. 몇몇 실시예에서, 상기 중합체는 클로로폼으로 희석될 수 있다.

이어서, 이러한 실시예의 중합체 용액이 물 또는 수용액으로 세척된다. 몇몇 실시에서, 무기 화합물을 제거하기 위해 상기 중합체 용액은 산화제 또는 산성 양성자 용액을 포함하는 물로 세척된다. 몇몇 실시예에서, 상기 중합체 용액은 미량의 HCl을 포함하는 물로 세척된다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 중합체 용액이 물 또는 수용액에서 세척되는 실시예에서, 상기 중합체 용액은 상기 중합체를 포함하는 유기층 및 수용성 불순물을 포함하는 수성층을 형성하기 위해 분리될 것이다. 이러한 실시예에서, 상기 중합체를 포함하는 상기 유기층은 분별 깔때기를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 임의의 통상적인 수단에 의해 수집될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 중합체를 클로로폼 또는 디클로로메탄과 같은 유기 용매로 희석하고 이를 물 또는 수용액으로 세척하는 단계가 반복될 수 있음에 유의해야 한다. 몇몇 실시예에서, 상기 PPM 중합체는 물로 1 내지 10 회 세척될 수 있다.

이러한 몇몇 실시예에서, 원하는 횟수의 세척 단계가 수행된 후, 용액으로부터 상기 PPM 중합체를 침전시키기 위하여 상기 PPM 중합체를 포함하는 생성된 상기 유기층을 헥산, 헵탄, 펜탄, 톨루엔, 디에틸 에테르 또는 옥탄과 같은 과량의 비극성 유기 용매에 붓는다. 약 4000 달톤 미만의 M_n을 갖는 실시예에서, 상기 PPM 중합체는 점성 유체일 것이고 비극성 유기 용매로부터 다시 분리되어 두 개의 층을 형성할 것임을 이해해야 한다. 상기 유체 중합체 층(fluid polymer layer)은 분별 깔때기를 포함하나 이에 제한되지 않으며, 임의의 통상적인 수단에 의해 수집될 수 있다. 중합체가 고체인 실시예에서, 여과 및 원심분리(centrifugation)를 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 고체 분리 및 수집을 위한 임의의 통상적인 수단에 의해 유기 용매로부터 제거될 수 있다.

이러한 실시예에서, 생성된 중합체는 디클로로메탄의 클로로포름과 같은 최소량의 유기 용매에 다시 용해된 다음, 증류 또는 회전 증발에 의해 농축될 수 있다. 마지막으로, 이러한 실시예에서, 상기 정제된 PPM 중간체는 진공 하에 상기 산물을 실온에서 밤새 건조시켜 모든 휘발성 화합물(volatiles)을 제거함으로써 수득될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 도식 1의 단계Ⅰ의 반응은 말레산 무수물 및 프로필렌 옥사이드의 몰 당량(molar equivalents)을 주위 온도에서 질소 하에, 톨루엔과 같은 적절한 용매에 용해시키는 단계를 포함할 수 있다. 모든 단량체가 자기 교반(magnetic stirring)으로 톨루엔에 용해된 후, 단량체 24 몰당 Mg(OEt)₂ 1 몰의 비율로 Mg(OEt)₂ 가 혼합물에 첨가되고, 80 ℃에서 40 시간 동안 중합을 시작하기 위해 플라스크가 물 환류 냉각기가 장착된 실리콘 오일 배스로 이동된다. 40시간의 지정된 중합 시간이 경과한 후, 상기 시스템이 질소 하에서 실온으로 냉각되고, 모든 휘발성 화합물이 증발에 의해 제거된다. 이러한 실시예에서, 생성된 중합체는 CHCl₃로 희석되고, 무기 화합물을 제거하기 위해 미량의 HCl을 포함한 물로 세척된다. 상기 유기층을 회전 증발 후 헥산에 붓고, 침전된 중합체 혼합물은 최소량의 CHCl₃에 재용해된 다음 회전 증발에 의해 농축된다. 이어서, 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해, 산물을 진공 하에 밤새 실온에서 건조시킨 후, PPM 중간체가 수득된다.

전술한 바와 같이, 도식 1에서의 제 2 반응 (단계 II)은 단계 I에서 합성된 PPM을 트랜스-이성질체로 이성화시켜 PPF를 형성하는 것을 포함한다. 비교적 적은 양의 PPM 중합체 사슬이 상기 PPF 중합체에 잔류하는 것으로 밝혀지면, 이는 중합체가 교차 결합(cross link)하는 능력에 악영향을 미치고, 3D 인쇄 및 다른 유사한 용도에 적합하지 않게 된다. 따라서, 본질적으로 모든 PPM을 PPF로 변환하는 것이 중요하다. 도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대한 ¹H NMR 스펙트럼 (CDCl₃, 300 MHz)을 비교하는 개략도로서, 측정 가능한 PPM이 중합체에 잔류하지 않음을 확인하는 것을 나타낸다. 상기 정제 단계에서 사용된 잔류 용매는 진공 하에 장시간 더 제거될 수 있다. 도 1의 스펙트럼은, C=C 결합에서 cis-alkene 양성자 (δ=6.2) 의 공명 위치가 트랜스 배열(trans-configuration (δ=6.8))에서 양성자의 예상된 위치로 이동하면서 PPM이 PPF로 성공적으로 이성체화 되었음을 보여준다.

푸리에 변환 적외분광법(FTIR, Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 및 자외선 가시광 분광 광도 측정(UV-vis spectrophotometry)을 사용하여 PPM 및 PPF의 화학 구조를 더 입증하는 데 사용되었다. 도 8은 PPF 중합체에 측정 가능한 PPM 이 남아있지 않는 것을 확인하는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPM 중간체 및 PPF 중합체에 대한 푸리에 변환 적외분광법(FTIR) 스펙트럼 (필름, KBr, CHCl₃, 400 cm^-1- 4000 cm^-1) 을 비교하는 개략도이다. 도 8의 PPM 스펙트럼에서, 1715-1740 cm^-1 에서 피크는 불포화 C=O (에스터(ester)) 스트레치를 나타내며, 이는 PPM 합성 공정에서 에스터 결합의 형성을 입증한다. 2988 cm^-1, 1642 cm^-1, 1162 cm^-1, 814 cm^-1 에서 스트레치는 C-H 스트레치, C=C (알켄(alkene)) 스트레치, O-C (알콕시(alkoxy)) 스트레치 및 C-H (시스 알켄(cis alkene)) 벤드 (넓은) 패턴을 나타낸다. PPF의 스펙트럼에서, 1715-1740 cm^-1의 피크는 불포화 C=O (에스터) 스트레치 피크를 나타낸다. 2986 cm^-1, 1646 cm^-1, 1156 cm^-1, 984 cm^- ¹ 의 스트레치는 각각 C-H 스테레치, C=C (알켄) 스트레치, O-C (알콕시) 스트레치 및 C-H (트랜스 알켄) 벤드 패턴을 나타낸다. 실선 곡선(solid line curve)에서 960-990 cm^-1 에서 C-H (트랜스 알켄) 벤딩 스트레치의 출현은 이성체화 공정을 입증했다. 이러한 특성의 신호는 PPM의 성공적인 합성 및 PPF에 대한 PPM의 이성체화를 입증했다. 도 8 참조. 자외선-가시 분광법(Ultraviolet-visible spectroscopy)은 PPM 중간체와 PPF를 명확하게 보여준다 (아세토나이트릴(acetonitrile), 190 nm - 700 nm). 도 9에서, 파선 곡선은 PPM 중간체의 UV-가시 스펙트럼을 나타내고, 실선 곡선은 PPF 중합체의 UV-가시 스펙트럼을 나타낸다. 위에서 알 수 있듯이, 상기 파선 곡선은 PPM에서 cis-configuration C=C 결합의 π-π* 전이와 일치하는 λ=192 nm에서 강한 흡광도(absorbance)를 갖는다. PPF의 실선 스펙트럼에서 λ=210 nm에서 강한 흡광도가 있는데, 이는 PPF에서 trans-configuration C=C 결합의 π-π* 전이이다. 상기 변화는 더 높은 에너지 cis-configuration C=C bond에서 낮은 에너지 trans configuration으로의 변환에서 비롯된다.

몇몇 실시예에서, PPF에 대한 PPM의 전환 비율(conversion rate)은 약 96 질량 % 내지 약 100 질량 %이다. 몇몇 실시예에서, PPF에 대한 PPM의 전환 비율(conversion rate)은 약 98 질량 % 내지 약 100 질량 %이다. 몇몇 실시예에서, PPF에 대한 PPM의 전환 비율(conversion rate)은 약 99 질량 % 내지 약 100 질량 %이다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 PPF 중합체는 잔류 PPM 중합체 사슬을 포함하지 않는다.

상기 도식 1의 단계 II에 도시된 본 발명의 실시예에서, 상기 PPM 중간체는 둥근 바닥 플라스크와 같은 적합한 용기에 놓여지고 적절한 용매 F에 용해된다. 하나 이상의 실시예에서, F는 클로로폼, 테트라히드로푸란 (THF), 디옥산, 디에틸 에테르(diethyl ether) 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 용매일 수 있다. 과도한 어려움이나 비용 부담 없이 제거될 수 있는 어느 용매이든 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, F는 클로로폼일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 단계 II는 불활성 대기 하에서 발생한다. 다시, 당업자는 과도한 실험 없이 불활성 가스를 비활성 분위기로 선택할 수 있을 것이다. 적합한 불활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨을 제한 없이 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 질소 또는 아르곤 대기 하에서 주변 온도로 냉각된다.

일단 PPM 중간체가 용해되면, 촉매 E가 첨가된다. 다른 실시예가 가능하지만, 촉매 E는 바람직하게는 디에틸아민(diethylamine)이다. 하나 또는 그 이상의 실시예에서, 상기 용기는 응축기(condenser)에 연결되고 반응 온도 G로 가열된다. 몇몇 실시예에서, 상기 응축기는 물 환류 냉각기(water reflux condenser) 또는 이 목적을 위해 당업계에서 사용되는 다른 통상적인 냉각 시스템일 수 있다. 상기 혼합물의 온도를 반응 온도 G로 하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 실리콘 오일 배스(silicone oil bath), 워터 배스(water bath) 또는 전기 재킷(electric jacket)을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, G는 약 5 ℃ 내지 약 80 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 5 ℃ 내지 약 80 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 20 ℃ 내지 약 70 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 20 ℃ 내지 약 60 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 30 ℃ 내지 약 60 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 40 ℃ 내지 약 60 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 50 ℃ 내지 약 60 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 20 ℃ 의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 55 ℃ 의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 58 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 약 60 ℃의 반응 온도일 수 있다. 몇몇 실시예에서, G는 반응 온도가 주위 온도일 수 있다.

몇몇 실시예에서, H는 약 5 내지 약 100 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 15 내지 약 50 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 20 내지 약 50 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 20 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 24 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 40 시간의 반응 시간일 수 있다. 몇몇 실시예에서, H는 약 48 시간의 반응 시간일 수 있다.

이성질체화 반응이 완료되면, 상기 PPF 중합체는 당해 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 방법에 의해 단리되고(isolated) 정제될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 일단 반응 시간이 경과되면, PPF 중합체를 포함하는 반응 혼합물이 먼저 증발에 의해 농축될 수 있다. 이러한 몇몇 실시예에서, 상기 반응 혼합물은 감압 하에 회전 증발 또는 증발에 의해 농축될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 농축된 반응 혼합물은 촉매를 제거하기 위해 완충 수용액(buffered aqueous solution)으로 세척될 수 있다. 다른 실시예가 가능하지만, 이러한 실시예에서, 완충된 수용액은 약 6 내지 약 8 범위의 중성 pH로 완충될 것으로 예상된다. 몇몇 실시예에서, 농축된 반응 혼합물은 인산염 완충 생리식염수(phosphate buffer saline solution)로 세척될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 농축된 반응 혼합물은 약 6 내지 약 8의 pH로 완충되도록 구성된 0.5 몰 인산염 완충 생리식염수로 세척될 수 있다.

이러한 실시예에서, 상기 반응 혼합물은 PPF 중합체를 포함하는 유기층 및 수용성 불순물을 포함하는 수성층으로 분리될 것이라는 것을 이해해야 한다. 이어서, 상기 유기층은 분별 깔때기를 포함하나 제한되지는 않는, 임의의 통상적인 수단에 의해 수집될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 완충된 수용액으로 상기 반응 혼합물을 세척하는 단계가 반복될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 반응 혼합물은 완충된 수용액으로 1 내지 10 회 세척될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 반응 혼합물은 3 회 BPS로 세척된 다음 3 회 포화 염수(saturated brine)로 세척될 수 있다. 일단 이러한 세척 단계가 완료되면, 상기 용액은 증발에 의해 농축된다. 몇몇 실시예에서, 상기 중합체를 포함하는 상기 유기층은 회전 증발 또는 추론된 압력(deduced pressure)에 의해 농축될 수 있다. 이러한 실시예에서, 잔류하는 물을 제거하기 위해 무기 건조제, 산성 양성자 또는 분자체(molecular sieve)가 상기 농축된 중합체 용액에 첨가된다. 몇몇 실시예에서, 상기 무기 건조제, 산성 양성자 또는 분자체는 황산나트륨(sodium sulfate)을 포함할 수 있다. 이어서 상기 무기 건조제, 산성 양성자 또는 분자체를 제거하기 위해 상기 용액이 여과된다.

일단 잔류하는 물이 제거되면, PPF 중합체를 침전시키기 위해 상기 용액을 헥산과 같은 과량의 비극성 유기 용매에 첨가한다. 약 4000 달톤 미만의 M_n을 갖는 실시예에서, 상기 PPF 중합체는 점성 유체일 것이고 비극성 유기 용매로부터 분리되어 다시 2 개의 층을 형성할 것임을 이해하여야 한다. 유체 중합체 층(fluid polymer layer)은 분별 깔때기를 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 통상적인 수단에 의해 수집될 수 있다. 중합체가 고체인 실시예에서, 여과 또는 원심 분리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 고체 분리 및 수집을 위한 임의의 통상적인 수단에 의해 유기 용매로부터 제거될 수 있다.

이어서, 모든 잔류 휘발성 화합물을 제거하기 위해, 수집된 침전물을 12 내지 24 시간 동안 진공 하에 유지시킨다. 몇몇 실시예에서, 잔류하는 휘발성 화합물을 모두 제거하기 위해, 실온에서 밤새 둔다.

몇몇 실시예에서, 도식 1의 단계 Ⅱ의 반응은, PPM 중합체를 물 환류 냉각기가 장착된 둥근 바닥 플라스크에 있는 CHCl₃ (1 mol/L) 에 용해시킨 후, PPM 중간체에 디에틸아민 (0.1 eq.)과 같은 촉매를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 이성질체화(Isomerization)는 질소 분위기 하에서 약 55 ℃에서 약 20 시간 동안 수행된다. 이어서, 생성된 혼합물은 회전 증발에 의해 농축되고, 디에틸아민을 제거하기 위해 인산염 완충 생리식염수 (0.5M, pH = 6)으로 세척된다. 이어서, 상기 유기층은 분리 후 수집되고, 황산나트륨은 물을 제거하기 위해 상기 유기층에 첨가된다. 상기 농축된 유기층은 불순물을 제거하기 위해 헥산으로 여러 번 침전시킨다. 상기 침전물을 수집하고, 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해 실온에서 밤새 진공 상태로 유지하여, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 PPF 중합체를 남긴다.

저분자량, 무독성, 재흡수성 PPF 중합체 및 전술 한 PPF 중합체를 제조하기 위한 신규한 방법은 당업계에 공지된 유사한 중합체 및 방법에 비해 현저한 개선을 나타낸다. 전술한 PPF 중합체는 당 분야에 공지된 다양한 스텝-성장 중합(step-growth polymerization) 방법에 고유의(inherent) 분자량 분포를 제어하는 어려움을 극복하였다. 전술한 방법을 사용하여 제조된 저분자량, 비독성, 재흡수성 PPF 중합체는 낮은 다분산성 및 배치마다 일관된 특성을 갖는다. 이러한 일관성은 세포 독성 테스트, 물질 특성 테스트, 소형 동물 모델, 대형 동물 모델 및 파일럿 휴먼 실험(pilot human trials) 및/또는 적용 가능한 ASTM및 ISO 표준 뿐만 아니라 FDA 지침에 요구되는 FDA에 의해 수행되는 우수제조관리기준(Good Manufacturing Practices, GMP) 요구조건을 충족시키기에 충분할 것으로 여겨진다.

당업자에게 명백한 바로, 사용된 유체 중합체 수지(fluid polymer resin)의 점도 및 유동성은 특정 3D 인쇄 방법에서 중요한 변수이다. 일반적으로, 사용되는 중합체 수지의 점성이 높을수록 (즉, 유동성이 적은), 광 교차 결합 방법(photo cross linking method)(예를 들어, 3D 시스템(Rock Hill, SC) 광경화적층조형(stereolithography, SLA) 또는 텍사스 인스트루먼트 (Dallas, TX) 디지털 라이트 프로세싱 칩(Texas Instruments (Dallas, TX) Digital Light Processing^TM chip))을 통하여 3D 대상을 인쇄하는데 더 오랜 시간이 걸린다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 중합체를 사용하여 제조된 3D 인쇄용 수지의 유동성(flowability)은 수지를 가열하거나 DEF와 같은 비독성 용매의 첨가에 의해 증가될 수 있다. 실제로, 너무 많은 열이 폴리머의 자동 촉매 작용을 초래할 수 있고, 너무 많은 DEF가 사용되면 결과 부분의 재료 특성을 현저하게 감소시킬 수 있으므로, 이러한 점도 감소 방법은 제한적이다. 또한, M_n 및

가 예측 가능하고 잘 알려져 있기 때문에 상이한 M_n을 갖는 배치(batches)를 혼합하여 원하는 점도, 분해 및/또는 다른 특성을 얻을 수 있다. 본 발명의 PPF 중합체로 제조된 3D 인쇄 수지의 유동성 및 혼합된 중합체의 점도를 감소시키기 위해, 용매와 같은 저분자량 PPF를 사용할 수 있다고 여겨진다.

또한, 전술한 신규한 방법은 확장 가능하고 PPF의 단계-성장 중합에 대한 종래 기술과 비교하여, PPF 중합체를 합성하는 데 필요한 시간 및 비용에 있어서 예기치 않은 그리고 중대한 개선을 포함한다. 특히, PPF 중합체를 합성하는 공지된 단계-성장 방법은 느리고 노동 집약적(labor intensive)이며 매우 비싸다. 상기 방법을 사용하면 다양한 양의 PPF 중합체를 제조하는 데 약 2주가 소요된다. 상기 프로세스는 거의 일정한 모니터링이 필요하다. 이것은 높은 에너지 (열) 입력, 고진공, 긴 반응 시간을 필요로 하며, 제어되지 않은 분자량 분포, 공액 첨가 부반응(conjugate-addition side reactions) 및 원하지 않는 가교 결합으로 낮은 전환율을 초래하며, 이 모두가 최종 제품의 기계적 특성 및 분해율에 크게 영향을 미친다. 선행 기술을 사용하여 계단-성장 중합 방법(step-growth polymerization methods)을 사용하는 데 몇 주가 걸렸던 것은, 본원에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 사용하여 표준 (저렴한) 장비로 양에 따라 3 내지 7 일 동안 수행될 수 있다. 표준 실험실 장비를 사용하면 그램당 비용이 크게 감소한다. 또한 이러한 방법의 확장성(scalability)으로 인해 시간과 비용을 크게 절약할 수 있다. 본원에 기술된 신규한 방법은 GMP 수준의 절차 및 장비를 사용하여, 킬로그램 당 비용을 크게 감소시키는 것으로 여겨진다. 사실, 이러한 방법으로 활동이 상업적으로 실현될 수 있다고 믿어진다.

또한, 본 발명은 3D 인쇄를 위한 고리 열림(ring-opening) 방법을 사용하여 제조된 공지된 PPF 중합체를 사용함에 있어서의 문제점을 극복한다. 상대적으로 낮은 분자량 및 점성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 PPF 중합체는 유동성이 있다.

실시예

하기 실시예는 본 발명을 보다 완전하게 예시하기 위해 제공되나, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 일부 실시예는 본 발명이 기능할 수 있는 방법에 대한 결론을 포함할 수 있지만, 발명자는 이러한 결론에 구속되는 의도는 없지만 가능한 설명으로서만 제시하고자 한다. 또한, 과거시제를 사용하지 않는 한, 예를 제시한다고 해서 실험이나 절차가 수행되었거나 실행되지 않았거나 결과가 실제로 수득되지 않았음을 의미하지는 않는다. 사용된 수 (예를 들어, 양, 온도)에 대한 정확성을 보장하기 위한 노력이 이루어졌지만, 약간의 실험 오차 및 편차가 존재할 수 있다. 다른 언급이 없는 한, 부는 중량부이고, 분자량은 중량 평균 분자량이며, 온도는 섭씨 온도이고, 압력은 대기압 또는 대기압 부근이다.

물질 및 방법

본원에서 달리 언급되지 않는 한, 사용된 물질은 하기 표 5.1에 기재된 것이다.

표 5.1

사용된 물질/수지

본 명세서에서 달리 설명되지 않는 한, 본원에 기재된 분석 방법은 하기 표 5.2에 기재된 장비 및 조건을 사용하여 수행되었다.

표 5.2

사용된 분석법/장비

¹H 및 ¹³C 핵 자기 공명 (Nuclear magnetic resonance, NMR) 스펙트럼은 Varian NMRS 300 MHz 기기로 기록되었다. 중수소화 클로로포름 (Deuterated chloroform, CDCl₃)이 용매로서 사용되었다. 화학적 이동,

(ppm)은, 잔류 양성자 신호(residual proton signal)를 참고로 하였다.

PPF 샘플의 화학 구조는 Bruker Ultraflex III 매트릭스-보조 레이저 탈착/이온화 비행 시간 (MALDI-ToF / ToF) 질량 분석기로 추가로 분석되었다. 상기 샘플들은 최종 농도 10 mg/mL의 CHCl₃에 용해되었다. 샌드위치 방법은 매트릭스로서 트랜스-2-[3-(4-tert-부틸페닐)-2-메틸-2-프로펜일리덴](trans-2-[3-(4-tert-Butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]) 말론 니트릴(malononitrile) (DCTB) 및 염 10:1로서 NaTFA와 함께 사용되었다. 말단 그룹은 절대 분자량 특성이 확인되었다.

FTIR 스펙트럼은 400 cm^- ¹내지 4000 cm^-1의 파수 범위를 갖는 Excalibur Spectrometer (FTS 3000 및 FTS 4000 시리즈)에 의해 CHCl₃ 용액으로부터 브로민화칼륨 (potassium bromide, KBr) 디스크에 캐스팅된 필름 샘플에 대해 기록되었다. 각각의 중합체의 분자량 및 분자량 분포는 사이즈 배제 크로마토그래피 (size exclusion chromatography , SEC)로 측정되었다. 좁은 분자량 분포(M_W(g/mol): 580; 1280; 3180; 4910; 10440; 21,810; 51,150; 96,000; 230,900를 갖는)의 폴리스티렌 표준을 갖는, Waters 2414 Reflective Index Detector 을 갖는 Viscotek GPCmax VE 2011 GPC 용매 샘플 모듈로, THF에서 35 ℃에서 SEC 분석이 수행되었다. PPF의 열적 특성은 유리 전이 온도 (T_g)를 얻기 위해 10 ℃/분의 스캔 속도로 -100 ^oC 내지 100 ^oC의 TA Q2000 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter)를 사용하여 DSC에 의해 특징 지어졌다.

실시예 1.1

폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드)의 대표적 합성

질소 분위기 하에서 실온에서 500 mL 둥근 바닥 플라스크에 말레산 무수물 (MAn) 70.06 g (714 mmol)과 프로필렌 옥사이드 (PO) 50.0 mL (714 mmol)이 톨루엔 100 mL에 용해되었다. 모든 단량체가 일정한 자기 교반 하에 톨루엔에 용해된 후, 혼합물에 272.34 mg (2.38 mmol, MAn/Mg(OEt)₂ = 300:1의 몰비) Mg(OEt)₂ 가 첨가되고, 80 ℃에서 중합을 개시하기 위해 상기 플라스크는 환류 응축기가 장착된 실리콘 오일 배스로 이동되었다. 상기 중합이 진행되고 부분표본(aliquots)은 일정 시간 (3 시간, 6 시간, 18 시간, 24 시간 및 48 시간)에서 측정되었다. 또한, MAn/Mg(OEt)₂ = 200:1, 100:1의 몰비를 포함하는 유사한 연구도 수행되었다. 지정된 중합 시간 후, 상기 시스템이 질소 하에 주위 온도로 냉각되었고, 휘발성 화합물을 제거하기 위해 감압 조건에서 적용되었다. 무기 Mg(OEt)₂ 화합물을 제거하기 위해 잔류물(residue)이 미량의 염산(HCl)을 포함한 물로 세정되고 클로로포름 (CHCl₃)으로 희석되었다. 유기층이 회전 증발된 후 헥산에 부어지고, 상기 침전된 중합체 혼합물은 최소량의 CHCl₃에 재용해되었다. 이어서, 상기 잔류물은 회전 증발에 의해 농축되었다. 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해 진공 하에 산물을 주위 온도에서 밤새 건조시킨 후 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)가 수득되었고, 이어서 분자량 및 질량 분포 특성이 ¹H NMR 특성화 후에 각각의 점에서 사이즈 배제 크로마토 그래피 (SEC) 에 의해 특징지어졌다. 1H NMR (300 MHz, 클로로폼 -dδ ppm 1.13 -1.41 (d, 3H, OCH₂CH(CH ₃ )O), 4.04 - 4.36 (m, 2H, OCH ₂ CH(CH₃)O), 5.23 - 5.30 (m, 1H, OCH₂CH(CH₃)O), 6.24 - 6.42 (m, 2H, CH=CH (시스-배열, cis-configuration)) 도 1을 참조한다.

실시예 1.2

폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드)의 이성질화에 대한 일반적 절차

질소 대기하에 55 ℃에서 24 시간 동안 이성질체화를 시작하기 위해, 물 환류 냉각기가 장착된 둥근 바닥 플라스크에서 중합체를 CHCl₃ 에 용해시킨 후 디에틸아민 (0.15 당량)이 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)에 첨가되었다. 이어서, 혼합물이 회전 증발에 의해 농축되었고, 디에틸아민을 제거하기 위해 인산염 완충 생리식염수(0.5M, pH=6)로 세척되었다. 이어서, 불순물을 제거 하기 위해 유기층이 헥산으로 수차례 침전되었다. 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해, 침전물이 수집되고 실온에서 밤새 진공 하에 유지되었다. 이어서, ¹H NMR 이 특성화에 사용되었다. ¹H NMR (300 MHz, Chloroform-d) δ ppm 1.11-1.43 (d, 3H, OCH₂CH(CH ₃ )O), 4.09-4.39 (m, 2H, OCH ₂ CH(CH₃)O), 5.21-5.35 (m, 1H, OCH₂CH(CH₃)O), 6.83-6.91 (m, 2H, CH=CH (trans-configuration)).

실시예 2

큰 배치 합성 (M_n = 1.5 kDa)

1. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드)의 합성

질소 하에 주위 온도에서 2L 둥근 바닥 플라스크에서 말레산 무수물 (2856 mmol) 및 프로필렌 옥사이드 (2856 mmol)이 톨루엔 (400 mL)에 용해되었다. 모든 단량체가 자기 교반 하에 톨루엔에 용해된 후, 혼합물에 Mg(OEt)₂ (119 mmol; MAn:Mg(OEt)₂=24:1의 몰비)가 첨가되고, 80 ℃에서 40 시간 동안 중합을 시작하기 위해 상기 플라스크는 물 환류 냉각기가 구비된 실리콘 오일 배스로 이동되었다. 지정된 중합 시간 후, 시스템이 질소 하에 실온으로 냉각되었고, 증발시켜 모든 휘발성 화합물이 제거된 후, CHCl₃로 희석되고, 무기 화합물을 제거하기 위해 미량의 HCl을 함유하는 물로 세척된다. 유기층이 회전 증발된 후 헥산에 부어지고, 상기 침전된 중합체 혼합물은 최소량의 CHCl₃에 재용해되었다. 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해 산물을 진공 하에 밤새 실온에서 건조시킨 후, 폴리 (말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드) (PPM)을 수득한 다음, 분자량 및 질량 분포 특성이 ¹H-NMR 특성 및 ¹³C NMR 특성 (SEC: M_n 1200 Da; ¹H NMR 은 도 1을 참조); 도 2에 도시된 ¹³C NMR )에 의해 특징지어졌다. ¹³C NMR (300 MHz, Chloroform-d) δ (ppm): 164.64, 164.63, 164.35; 130.42, 129.92, 129.78, 129.25; 69.15; 66.37; 16.19.

2. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드)의 이성질화 ( isomerization )

55 ℃에서20 시간 동안 이성체화를 시작하기 위해, 물 환류 냉각기가 장착된 둥근 바닥 플라스크에서 중합체를 CHCl₃(1mol/L)에 용해시킨 후, 디에틸아민(0.15 당량)이 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌 옥사이드)에 첨가되었다. 이어서, 상기 혼합물이 회전 증발에 의해 농축되었고 디에틸아민을 제거하기 위해 인산염 완충 생리식염수(0.5M, pH = 6)로 세척되었다. 분리 후 유기층이 수집되었고, 물을 제거하기 위해 상기 유기층에 황산나트륨(sodium sulfate)이 첨가되었다. 상기 농축된 유기층은 불순물을 제거하기 위해 헥산에 여러 번 침전되었다. 상기 침전물이 수집되고 모든 휘발성 화합물을 제거하기 위해 실온에서 밤새 진공 상태로 유지된 다음, 분자량 및 질량 분포 특성이 ¹H-NMR 특성화 후 SEC에 의해 특징지어졌다. 표 1 (PPF 샘플 번호 2, M_n 1270Da,

1.5) 및 도 1 참조.

실시예 3

5 M_n 수준에서 PPF 중합체의 큰 배치 합성

(M_n = 0.7 kDa, 1.27 kDa, 1.86 kDa, 2.45 kDa 및 3.16 kDa)

하기 표 6에 기재된 중합 매개 변수를 사용하여 실시예 2에서 상기 기재된 큰 배치 PPF 절차(large batch PPF procedures)를 사용하여, 0.7 kDa, 1.27 kDa, 1.86 kDa, 2.45 kDa 및 3.16 kDa의 M_n 을 갖는 PPF 중합체가 합성되었다.

표 6

PPF 1번의 경우 반응은 주변 온도에서 자동으로 시작되어, 약 86 ° C의 온도에 도달한다는 점에 유의해야 한다. 열이 가해지지 않았다.

산물의 화학 구조를 입증하기 위해, ¹H NMR, ¹³C NMR, 매트릭스-보조 레이저 탈착/이온화 비행 시간(Time-of-Flight), FTIR 및 UV-Vis 스펙트럼에서 각각의 특성 피크 또는 밴드의 위치 및 상대 강도가 사용되었다. 핵 자기 공명 (NMR) 양성자 스펙트럼 및 핵 자기 공명 (NMR) 탄소 스펙트럼이 Varian NMRS 300 MHz 장비로 기록되었다. 중수소화 클로로폼 (CDCl₃)이 용매로서 사용되었다. 화학적 이동, δ(ppm)은, 잔류 양성자 신호를 참조로 하였다. PPF 샘플의 화학 구조는 Bruker Ultraflex III MALDI-ToF/ToF 질량 분석기로 더 분석되었다. 샘플이 최종 농도 10 mg/mL의 CHCl3에 용해되었다. 샌드위치 방법은 매트릭스로서 트랜스-2-[3-(4-tert-부틸페닐)-2-메틸-2-프로펜일리덴](trans-2-[3-(4-tert-Butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]) 말론니트릴(malononitrile) (DCTB) 및 염 10:1로서 NaTFA와 함께 사용되었다. FTIR 스펙트럼은 400 cm^- ¹내지 4000 cm^-1의 파수 범위를 갖는 Excalibur Spectrometer (FTS 3000 및 FTS 4000 시리즈)에 의해 CHCl₃ 용액으로부터 브로민화칼륨 (potassium bromide, KBr) 디스크에 캐스팅된 필름 샘플에 대해 기록되었다. UV- 가시 스펙트럼은 190 nm 내지 700 nm의 파장 범위를 갖는 HP Hewlett Packard 8453 UV-Vis 장치를 사용하여 아세토니트릴 중 중합체의 희석 용액에 의해 수득되었다.

각각 중합체의 분자량 및 분자량 분포는 SEC에 의해 측정되었다. 좁은 분자량 분포(M_W(g/mol): 580, 1280, 3180, 4910, 10440, 21810, 51150, 96000, 230900를 갖는)의 폴리스티렌 표준을 갖는, Waters 2414 Reflective Index Detector 을 갖는 Viscotek GPCmax VE 2011 GPC 용매 샘플 모듈로, THF에서 35 ℃에서 SEC 분석이 수행되었다.

PPF의 열적 특성은 유리 전이 온도 (T_g)를 얻기 위해 10 ℃/분의 스캔 속도로 -100 ^oC 내지 100 ^oC의 TA Q2000 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter)를 사용하여 DSC에 의해 특징 지어졌다. 5 분자량 수준에서 PPF 샘플의 고유 점도는 하기 실시예4에 기재된 절차를 사용하여, 35 ℃에서 우벨로데 점도계(Ubbelohde viscometer)에 의해 THF 중에서 시험되었다. 상기 표 1 참조. (또한, 도 3 참조).

실시예 4

PPF 중합체의 고유 점도 측정에 대한 일반적 절차

달리 지시되지 않는 한, 실시예 3에서 합성된 PPF 샘플의 고유 점도는 Ubbelohde 점도계를 사용하여 35 ℃에서 THF 중에서 측정되었다. 각각의 PPF 샘플 (M_n: 0.7 kDa, 1.27 kDa, 1.86 kDa, 2.45 kDa, and 3.16 kDa)이 부피 측정 플라스크 (10 mL)에 넣어지고 THF로 희석되었다. 갓 증류된 THF가 0.45um 필터로 10ml 표시까지 부피 측정 플라스크에 추가되었고 밀봉되었다. 모세관 점도계(capillary viscometer)가 순수 THF로 세정되었다. 온도를 35 ℃로 유지하기 위해 온도 조절 워터 배스(thermostated water bath)가 가열되었다. 열 평형을 이루기 위해 모세관 점도계는 적어도 15 분 동안 상기 온도 조절 배스에서 예비 평형되었다(pre-equilibrated). 인젝터를 사용하여 액체를 모세관 점도계의 상단 볼의 1/3 이상까지 채우고 액체가 흐르게 했다. 스톱워치(stopwatch)는 액체가 모세관 점도계의 첫 번째 라인을 통과한 시간을 기록하고 액체가 모세관 점도계의 두 번째 라인을 통과할 때 기록을 중지하는 데 사용되었다. 상기 기간의 시간이 기록되었다. 상기 플로우 타임(flow time)은 적어도 5 회 기록되었다. 상기 모세관 점도계는 PPF 및 THF로 제조된 용액 5.0 mL가 담긴 필터에 의해 재충전되었다. 상기 모세관 점도계를 상기 온도 조절 배스에 다시 넣었다. 상기한 바와 같이 상기 플로우 타임이 측정되고 적어도 3 회 기록되었다. 순수한 THF 용매 5.0 mL, 3.0 mL 및 추가로 1.8 mL 또는 2.0 mL (결과에 따라 다름)가 필터를 사용하여 모세관 점도계에 각각 첨가되고, 상기 대응하는 플로우 타임이 측정되고 각각 3 회 이상 기록되었다 각각의 PPF 중합체에 대한 계산 및 실험적 세부 사항은 실시예 5-9에 기재되어 있다.

실시예 5

PPF 중합체의 고유 점도 (M_n = 700 Da)

실험

재료 및 장비. 온도조절 배스(Thermostated bath), Ubbelohde 모세관 점도계(Ubbelohde capillary viscometer) (Cannon State College, PA, 16804, 0016, USA, 50 L79), 스톱워치 (0.01 초 정확도), 폴리(프로필렌 푸마르산염)(PPF) 샘플, 순수 THF 용매, 분석 저울(analytical balance), 부피 측정 플라스크 (10 mL), 필터 (0.45 ㎛).

준비(Preparation). 각각의 PPF 샘플을 무게를 재어보고 부피 측정 플라스크 (10 mL) 내의 THF 중에서 희석시켰다. 순수한 THF를 필터로 10 mL 라인에 부피 플라스크에 넣고 마개를 막는다.

측정. 필터로 적절한 수준으로 순수한 THF로 채워진 순수한 THF로 상기 모세관 점도계를 우선 헹구어 냈다. 온도를 35 ℃로 유지하기 위해 온도 조절 배스가 가열되었다. 열 평형을 이루기 위해 모세관 점도계는 적어도 15 분 동안 상기 온도 조절 배스에서 예비 평형되었다(pre-equilibrated). 인젝터를 사용하여 액체를 모세관 점도계의 상단 볼의 1/3 이상까지 채우고 액체가 흐르게 했다. 스톱워치(stopwatch)는 액체가 모세관 점도계의 첫 번째 라인을 통과한 시간을 기록하고 액체가 모세관 점도계의 두 번째 라인을 통과할 때 기록을 중지하는 데 사용되었다. 상기 기간의 시간이 기록되었다. 상기 플로우 타임은 적어도 5 회 측정되어, 3 회 Δt를 얻었으며 그 중 0.2 초를 초과하지 않았다. 그런 다음 모세관 점도계의 THF를 쏟아 냈다. 상기 모세관 점도계는 PPF 및 THF로 제조된 용액 5 mL가 담긴 필터로 재충전되었다. 상기 모세관 점도계를 상기 온도 조절 배스에 다시 넣었다. 상기 절차와 같이 적어도 3 회 플로우 타임이 측정되고 기록되었다. 이어서, 순수한 THF 용매 5 mL, 3 mL 및 추가로 1.8 mL (결과에 따라 다름)가 필터로 모세관 점도계에 각각 첨가되고, 상응하는 플로우 타임이 측정되고 상기 절차와 같이 각각 적어도 3 회 기록되었다.

결과 및 고찰

플로우 타임. 상이한 농도 (c₀, c₁, c₂, c₃, and c₄)를 갖는 용액의 플로우 타임이 실험에서 얻어졌다. 플로우 타임 및 오차의 평균값이 계산되었다. 700 Da PPF의 대표 데이터를 표 7에 나타내었다.

표 7

다른 농도를 가진 700 Da PPF 용액의 플로우 타임

상기 실험으로부터 얻은 데이터에 기초하여, 다음의 수학식을 사용하여 일련의 양이 계산되었다.

여기서,

은 상대 점도,

는 비점도(specific viscosity),

는 고유 점도,

는 환원 비점도(reduced specific viscosity),

는 용액의 점도, η₀는 용매의 점도이며; t_i 는 용액의 플로우 타임, t₀ 는 용매의 플로우 타임이고; c는 용액의 농도이다. 그 결과를 표 8에 나타낸다.

표 8

상기 계산의 결과

고유 점도 ([η])는 Huggins 식 및 Kraemer 식에 의해 얻어질 수 있는데, 여기서 [η]은 고유 점도이고 k', k"는 상수이다.

Huggins 식 :

Kraemer 식 :

및

는 모두 원점 8.0에 의한 도 10에 도시된 바와 같이, c에 대한 구성이다. (아래 표 9 참조). 도 10의 c에 대한

의 적합한 선에 대하여, 선형 피트(linear fit)는 원점 8.0에 의해 얻어졌다.

표 9

700 Da PPF 용액의 선형 피트 값

도 10에 따르면, 환원점도(reduced viscosity)와 농도의 관계는

= 0.00253 + 0.0000149 c이다. 식 5와 비교하면 다음을 얻을 수 있다:

유사하게, 고유 점도와 농도 사이의 관계는

= 0.00322+ 0.0000025c이고, 수학식 6과 비교하여, 얻어진다:

[η]의 평균은 최종 결과로 취급된다 :

오류 분석. 오류는 여러 측면에서 발생할 수 있다. (1) 용액의 농도가 정확하지 않을 수 있다; (2) 눈의 오류로 인해 플로우 타임이 정확하지 않을 수 있다; (3) 상기 점도계의 온도가 온도 조절 배스의 온도와 같지 않을 수 있다.

실시예 6

PPF 중합체의 고유 점도 (M_n = 1270 Da)

실험

이 실시예에 사용된 재료 및 장비 및 준비는 상기 실시예 4 및 5에 기재된 것들과 동일하다.

측정. 필터로 적절한 수준으로 순수한 THF로 채워진 순수한 THF로 상기 모세관 점도계를 우선 헹구어 냈다. 온도를 35 ℃로 유지하기 위해 온도 조절 배스가 가열되었다. 열 평형을 이루기 위해 모세관 점도계는 적어도 15 분 동안 상기 온도 조절 배스에 보관되었다. 인젝터를 사용하여 액체를 모세관 점도계의 상단 볼의 1/3 이상까지 채우고 액체가 흐르게 했다. 스톱워치(stopwatch)는 액체가 모세관 점도계의 첫 번째 라인을 통과한 시간을 기록하고 액체가 모세관 점도계의 두 번째 라인을 통과할 때 기록을 중지하는 데 사용되었다. 상기 기간의 시간이 기록되었다. 상기 플로우 타임은 적어도 5 회 측정되어, 3 회 Δt를 얻었으며 그 중 0.2 초를 초과하지 않았다. 그런 다음 모세관 점도계의 THF를 쏟아 냈다. 상기 모세관 점도계는 PPF 및 THF로 제조된 용액 5 mL가 담긴 필터로 재충전되었다. 상기 모세관 점도계를 상기 온도 조절 배스에 다시 넣었다. 상기 절차와 같이 적어도 3 회 플로우 타임이 측정되고 기록되었다. 이어서, 순수한 THF 용매 5 mL, 3 mL 및 추가로 1.8 mL (결과에 따라 다름)가 필터로 모세관 점도계에 각각 첨가되고, 상응하는 플로우 타임이 측정되고 상기 절차와 같이 각각 적어도 3 회 기록되었다.

결과 및 고찰

플로우 타임. 상이한 농도 (c₀, c₁, c₂, c₃ 및 c₄)를 갖는 용액의 플로우 타임이 실험에서 얻어졌다. 플로우 타임 및 오차의 평균값이 계산되었다. 1270 Da PPF의 대표 데이터는 표 10에 나타나 있다.

표 10

다른 농도를 갖는 1270 Da PPF 용액의 플로우 타임

상기 실험으로부터 얻어진 데이터에 기초하여, 다음의 수학식을 사용하여 일련의 양을 계산하였다.

여기서,

은 상대 점도,

는 비점도(specific viscosity),

는 고유 점도,

는 환원 비점도(reduced specific viscosity),

는 용액의 점도, η₀는 용매의 점도이며; t_i 는 용액의 플로우 타임, t₀ 는 용매의 플로우 타임이고; c는 용액의 농도이다. 그 결과를 표 11에 나타낸다.

표 11

상기 계산의 결과

Huggins 식:

Kraemer 식:

및

는 모두 원점 8.0에 의한 도 11에 도시된 바와 같이, c에 대해 구성이다. (또한 아래 표 12 참조). 도 11의 c에 대한

표 12

1270 Da PPF 용액의 선형 피트 값

도 11에 따르면, 환원 점도와 농도의 관계는

= 0.00498 + 0.000000957c이다. 수학식 5와 비교하면 다음을 얻을 수 있다:

유사하게, 고유 점도와 농도 사이의 관계는

= 0.00482 + 0.0000183c이고, 수학식 6과 비교하여, 얻어진다:

[η]의 평균은 최종 결과로 취급된다 :

실시예 7

PPF 중합체의 고유 점도 (M_n = 1860 Da)

실험

본 실시예에 사용된 재료 및 장비 및 준비는 상기 실시예4에 기재된 것들과 동일 하였다.

측정. 필터로 적절한 수준으로 순수한 THF로 채워진 순수한 THF로 상기 모세관 점도계를 우선 헹구어 냈다. 온도를 35 ℃로 유지하기 위해 온도 조절 배스가 가열되었다. 열 평형을 이루기 위해 모세관 점도계는 적어도 15 분 동안 상기 온도 조절 배스에서 유지되었다. 인젝터를 사용하여 액체를 모세관 점도계의 상단 볼의 1/3 이상까지 채우고 액체가 흐르게 했다. 스톱워치(stopwatch)는 액체가 모세관 점도계의 첫 번째 라인을 통과한 시간을 기록하고 액체가 모세관 점도계의 두 번째 라인을 통과할 때 기록을 중지하는 데 사용되었다. 상기 기간의 시간이 기록되었다. 상기 플로우 타임은 적어도 5 회 측정되어, 3 회 Δt를 얻었으며 그 중 0.2 초를 초과하지 않았다. 그런 다음 모세관 점도계의 THF를 쏟아 냈다. 상기 모세관 점도계는 PPF 및 THF로 제조된 용액 5 mL가 담긴 필터로 재충전되었다. 상기 모세관 점도계를 상기 온도 조절 배스에 다시 넣었다. 상기 절차와 같이 적어도 3 회 플로우 타임이 측정되고 기록되었다. 이어서, 순수한 THF 용매 5 mL, 3 mL 및 추가로 2 mL (결과에 따라 다름)가 필터로 모세관 점도계에 각각 첨가되고, 상응하는 플로우 타임이 측정되고 상기 절차와 같이 각각 적어도 3 회 기록되었다.

결과 및 고찰

플로우 타임. 상이한 농도 (c₀, c₁, c₂, c₃, and c₄)를 갖는 용액의 플로우 타임이 실험에서 얻어졌다. 플로우 타임 및 오차의 평균값이 계산되었다. 1860 Da PPF의 대표 데이터를 표 13에 나타내었다.

표 13

다른 농도를 갖는 1860 Da PPF 용액의 플로우 타임

여기서,

은 상대 점도,

는 비점도(specific viscosity),

는 고유 점도,

는 환원 비점도(reduced specific viscosity),

는 용액의 점도, η₀는 용매의 점도이며; t_i 는 용액의 플로우 타임, t₀ 는 용매의 플로우 타임이고; c는 용액의 농도이다. 그 결과를 표 14에 나타낸다.

표 14

상기 계산의 결과

Huggins 식:

Kraemer 식:

및

는 모두 원점 8.0에 의한 도 12에 도시된 바와 같이, c에 대해 구성이다. (또한 아래 표 15 참조). 도 12의 c에 대한

표 15

1860 PPF 용액의 선형 피트 값

도 12에 따르면, 환원점도(reduced viscosity)와 농도의 관계는

= 0.00487 + 0.0000476c이다. 식 5와 비교하면 다음을 얻을 수 있다:

유사하게, 고유 점도와 농도 사이의 관계는

= 0.00571+ 0.00000921c이고, 수학식 6과 비교하여, 얻어진다:

[η]의 평균은 최종 결과로 취급된다 :

실시예 8

PPF 중합체의 고유 점도 (M_n = 2450 Da)

실험

측정. 필터로 적절한 수준으로 순수한 THF로 채워진 순수한 THF로 상기 모세관 점도계를 우선 헹구어 냈다. 온도를 35 ℃로 유지하기 위해 온도 조절 배스가 가열되었다. 열 평형을 이루기 위해 모세관 점도계는 적어도 15 분 동안 상기 온도 조절 배스에 보관되었다. 인젝터를 사용하여 액체를 모세관 점도계의 상단 볼의 1/3 이상까지 채우고 액체가 흐르게 했다. 스톱워치(stopwatch)는 액체가 모세관 점도계의 첫 번째 라인을 통과한 시간을 기록하고 액체가 모세관 점도계의 두 번째 라인을 통과할 때 기록을 중지하는 데 사용되었다. 상기 기간의 시간이 기록되었다. 상기 플로우 타임은 적어도 5 회 측정되어, 3 회 Δt를 얻었으며 그 중 0.2 초를 초과하지 않았다. 그런 다음 모세관 점도계의 THF를 쏟아 냈다. 상기 모세관 점도계는 PPF 및 THF로 제조된 용액 5 mL가 담긴 필터로 재충전되었다. 상기 모세관 점도계를 상기 온도 조절 배스에 다시 넣었다. 상기 절차와 같이 적어도 3 회 플로우 타임이 측정되고 기록되었다. 이어서, 순수한 THF 용매 5 mL, 3 mL 및 추가로 2 mL (결과에 따라 다름)가 필터로 모세관 점도계에 각각 첨가되고, 상응하는 플로우 타임이 측정되고 상기 절차와 같이 각각 적어도 3 회 기록되었다.

결과 및 고찰

플로우 타임. 상이한 농도 (c₀, c₁, c₂, c₃, and c₄)를 갖는 용액의 플로우 타임이 실험에서 얻어졌다. 플로우 타임 및 오차의 평균값이 계산되었다. 2450 Da PPF의 대표 데이터를 표 16에 나타내었다.

표 16

다른 농도를 갖는 2450 Da PPF 용액의 플로우 타임.

여기서,

은 상대 점도,

는 비점도(specific viscosity),

는 고유 점도,

는 환원 비점도(reduced specific viscosity),

는 용액의 점도, η₀는 용매의 점도이며; t_i 는 용액의 플로우 타임, t₀ 는 용매의 플로우 타임이고; c는 용액의 농도이다. 그 결과를 표 17에 나타낸다.

표 17

상기 계산의 결과

Huggins 식:

Kraemer 식:

및

는 모두 원점 8.0에 의한 도 13에 도시된 바와 같이, c에 대한 구성이다. (또한, 아래 표 18 참조). 도 13의 c에 대한

표 18

2450 Da PPF 용액의 선형 피트 값

도 13에 따르면, 환원점도(reduced viscosity)와 농도의 관계는

= 0.00611+ 0.0000553c이다. 식 5와 비교하면 다음을 얻을 수 있다:

유사하게, 고유 점도와 농도 사이의 관계는

= 0.00633+ 0.0000205c이고, 수학식 6과 비교하여, 얻어진다:

[η]의 평균은 최종 결과로 취급된다 :

실시예 9

PPF 중합체의 고유 점도 (M_n = 3160 Da)

실험

결과 및 고찰

플로우 타임. 상이한 농도 (c₀, c₁, c₂, c₃, and c₄)를 갖는 용액의 플로우 타임이 실험에서 얻어졌다. 플로우 타임 및 오차의 평균값이 계산되었다. 3160 Da PPF의 대표 데이터를 표 19에 나타내었다.

표 19

다른 농도를 갖는 3160 Da PPF 용액의 플로우 타임.

여기서,

은 상대 점도,

는 비점도(specific viscosity),

는 고유 점도,

는 환원 비점도(reduced specific viscosity),

표 20

상기 계산의 결과

Huggins 식:

Kraemer 식:

및

는 모두 원점 8.0에 의한 도 14에 도시된 바와 같이, c에 대한 구성이다. (아래 표 21 참조). 도 14의 c에 대한

표 21

3160 Da PPF 용액의 선형 피트 값

도 14에 따르면, 환원점도(reduced viscosity)와 농도의 관계는

= 0.00722 + 0.0000728c이다. 식 5와 비교하면 다음을 얻을 수 있다:

유사하게, 고유 점도와 농도 사이의 관계는

= 0.00837+ 0.00000543 c이고, 수학식 6과 비교하여, 얻어진다:

[η]의 평균은 최종 결과로 취급된다 :

실시예 10

프린팅 수지 제제 (Printing Resin Formulation)

1496 Da의 분자량 (M_n)을 갖는 폴리(프로필렌 푸마르산염)(PPF)가 인쇄 시험에 사용되었다. 상기 중합체의 점도를 감소시키기 위해 1:3의 질량비로 PPF에 푸마르산디에틸(Diethyl fumarate, DEF) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)이 첨가되었다. 상기 DEF는 DEF에 대한 PPF의 3:1 질량비로 수지에 첨가하기 이전에, 광 개시제 및 옥시벤존(oxybenzone)을 용해시키기 위해 열과 함께 용매로서 사용되었다. 이 혼합물을 흄후드(fume hood)에서 200 ° F로 교반하고 가열하였다. 이어서, 광 개시제 Irgacure 819 및 Irgacure 784 (BASF, Ludwigshafen, Germany) 뿐만 아니라 옥시벤존 (Sigma-Aldrich), 및 1:1 PPF:DEF의 질량비에 도달하기 위한 추가의 DEF를 첨가하여 3:1 PPF:DEF 혼합물로부터 광 가교 결합에 적합한 수지가 제조되었다. 최종 수지 제제(formulation)는 DEF에 대한 PPF가 1:1의 질량비를 가지며, PPF 및 DEF의 중량 기준으로 3 % Irgacure 819, 0.4 % Irgacure 784 및 0.7 % 옥시벤존을 포함하였다.

실시예 11

폴리(프로필렌 푸마르산염) 경화 테스트

상기 PPF 수지에 대한 경화 시험(cure tests)을 수행하기 위해 EnvisionTEC Perfactory^TM 3 미니 멀티 렌즈 (Dearborn, MI)가 사용되었다. 경화 시험은 3D 비계를 성공적으로 인쇄하기 위한 PPF의 잠재력을 측정하기 위해 수행되었다. 반복 테스트(Replicate tests) (n=4)는 30초, 60초 및 90초의 노출 시간에 수행되었다. 상기 노출 시간은 3D 비계의 한 층을 인쇄하는 데 걸리는 시간과 관련이 있다. 경화 시험을 시작하기 전에 두 개의 현미경 슬라이드의 두께가 재료 두께 게이지 (material thickness gauge, MTG) (Checkline Electromatic, Cedarhurst, NY)를 사용하여 측정되었다. Perfactory^TM 3은 350 mW dm^-2의 목표 복사 조도(irradiance)를 갖는 사각 UV 마스크를 생성하도록 눈금이 매겨졌다(was calibrated). 하나의 유리 슬라이드의 두께가 눈금이 매겨지는 중에 고려되었다. 앞서 언급된 수지는 균일하게 하기 위해 흄후드에서 200 ° F 가까이로 가열되고 교반되었다. 경화 시험을 시작하기 위해 교정에 사용된 현미경 슬라이드 중앙에 수지 5-7 방울을 놓기 위해 피펫이 사용되었다. 상기 노출 시간은 적절한 시험 시간을 반영하여 Perfactory^TM 3 에서 조정되었다. 상기 슬라이드는 자외선의 정사각형 마스크 위에 있는 Perfactory^TM 3의 보정 플레이트에 올려두고, 경화 시험이 시작되었다. 경화 시험이 완료되자마자, 상기 슬라이드가 프린터에서 제거되었다. 상기 슬라이드를 뒤집어 수지가 들어있는 슬라이드의 상단이 가려졌다. 이는 과량의 액상 수지가 상기 슬라이드에서 제거되고, 수지의 경화된 사각형만이 남아 있도록 보장하기 위해 수행되었다. 시험 하기 전에 측정된 또다른 슬라이드를 경화된 물질이 들어있는 슬라이드 위에 놓았다. 이러한 슬라이드 스택(stack)은 MTG를 사용하여 측정되었다. 그 사이에 경화된 물질을 갖는 2 개의 슬라이드의 두께는 그 사이에 물질 없이 서로 적층된 2 개의 슬라이드의 두께와 비교되었다. 경화된 물질의 두께를 얻기 위해 이 두 측정 사이에는 차이가 있었다. 이 과정은 각 경화 시험(n = 4)마다 반복되었다.

실시예 12

3D 광화학 인쇄 (350㎛ 기공 크기)

3D 비계(scaffolds)의 인쇄를 시작하기 위해, EnvisionTEC Perfactory^TM 3 3D 프린터가 공칭 방사 조도(nominal irradiance)가 350 mW dm^-2인 UV 마스크를 생성하도록 보정되었다. 비계 기하학을 선택하고 이전에 SolidWorks 소프트웨어 (Dassault Systemes SolidWorks Corp., Waltham, MA)를 사용하여 작성된 설계 파일을 얻었다. 선택된 비계 기하학은 나선형 슬리브 디자인으로 바닥에 350㎛ 사각 기공과 지지대가 있다. (도 15 참조). 50 mL의 수지를 Perfactory^TM 3 3D 프린터의 바닥 판에 붓는다. 빌드 파일(build file)은 PerfactoryTM Software Suite 2.6 (EnvisionTEC, Dearborn, MI)을 사용하여 컴퓨터에서 프린터로 전송되었다. Perfactory^TM 3D 프린터는 75mm 초점 거리 렌즈를 사용하여 작동되었다. 이것은 XY 평면에서 42 ㎛의 기본 해상도를 허용했다. XY 평면에서 21 ㎛의 기본 해상도를 허용하는 향상된 해상도 모듈 (ERM)은 이 연구에 사용되지 않았다. 인쇄 작업이 4 시간 11 분 만에 완료되었다. 비계가 완성되면 부착된 비계가 들어있는 빌드 플레이트(build plate)가 상기 프린터에서 제거되었다. 상기 비계를 먼저 70 % 아세톤으로 세척하여 비계의 공극 내에서 미경화된 수지(uncured resin)를 제거하였다. 비계를 70 % EtOH로 간단히 헹구고 이어서 dH₂O로 헹구었다. 압축 공기를 사용하여 비계를 부드럽게 건조시킨다. 그런 다음 비계는 면도날(플라스틱 카드 또는 스크레이퍼가 사용될 수도 있음)을 사용하여 빌드 플레이트에서 제거되었다. 비계를 현미경 슬라이드 위에 올려 놓고, 수직으로 세우고, 추가적인 교차 결합을 완료하기 위해 추가 8 시간 동안 UV 챔버에 넣었다.

실시예 13

3D 광화학 인쇄 (3D Photochemical Printing)

링 오프닝 방법(ring opening method)으로 합성된 재흡수성 폴리(프로필렌 푸마르산염) (PPF)가 3D 인쇄될 수 있음을 입증하기 위해, EnvisionTEC (Dearborn, MI) Perfactory P3 광 가교 결합 기반 장치(Perfactory P3 photocrosslinking-based device)로 3D 인쇄 시험을 위해 1496 Da의 분자량을 갖는 물질을 시험하였다. 상기 중합체의 점도를 감소시키기 위해 1:3의 질량비로 PPF에 푸마르산디에틸(Diethyl fumarate, DEF) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)가 첨가되었다. 이어서,이 혼합물을 흄후드에서 200 ° F로 교반하고 가열하였다. 이어서, 광 개시제 Irgacure 819 및 Irgacure 784 (BASF, Ludwigshafen, Germany) 뿐만 아니라 옥시벤존 (Sigma-Aldrich), 및 최종 수지 조성물이 1:1 DEF:PPF에 도달하기 위한 추가의 DEF, 3 %의 이르가큐어(Irgacure) 819, 0.4 %의 이르가큐어(Irgacure) 784 및 0.7 %의 옥시벤존을 첨가하여 3:1 DEF:PPF 혼합물로부터 광 가교 결합에 적합한 수지가 제조되었다. DEF를 3:1 PPF:DEF 수지에 첨가하기 전에 열과 함께 용매로서 사용하여 광개시제 및 옥시벤존을 용해시켰다.

SolidWorks (Dassault Systemes, Waltham, MA)에서 제조된 125 ㎛ 스트럿(strut) 두께, 600 ㎛ 의 기공 직경 및 93.5 %의 다공성을 갖는 Schoen 자이로이드의 3중으로 주기적인 최소 표면 기공 구조(Schoen Gyroid triply periodic minimal surface pore geometry)를 사용하여 다공성 원통형 비계 CAD 파일이 작성 되었다. EnvisionTEC (Dearborn, MI) Perfactory P3 3D 프린터 (도 16A-C 참조)를 사용하여 이전에 기술된 PPF- 함유 수지를 사용하여 CAD 파일이 3D 인쇄되었다. 상기 비계의 형태학적 분석(morphometric analysis)은 수행되지 않았지만(현재 비교가 진행 중임), 3D 인쇄 정확도는 단계 성장 방법으로 합성된 PPF를 사용하는 비계와 동일한 캘리퍼(caliper)를 사용하여 신속한 검사에서 발견되었다.

실시예 14

비계 이미징(Scaffold Imaging)

비계 형상 및 개별적으로 경화된 층을 보다 상세하게 묘사하기 위해 Olympus Stereoscope (Center Valley, PA)를 사용하여 비계가 이미지화되었다. (도 15 참조)

실시예 15

PPF의 박막

박막(thin films)을 만드는 데 사용되기 전에 균일성(homogeneity)을 보장하기 위해 상기 실시예 3의 수지가 가열되었다. 박막을 만들기 위해, 유리 슬라이드 중간에 수지 5-7 방울을 세로 방향으로 놓는 데에 일정 부피 피펫(transfer pipette)이 사용되었다. 수지가 두 슬라이드 사이에 고르게 퍼지면서 공기 방울이 형성되지 않도록 두 번째 유리 슬라이드를 첫 번째 슬라이드 위에 천천히 올려둔다. 상기 슬라이드들을 UV 챔버 (3D Systems, Rock Hill, SC)에 30 분 동안 두었다. 이 시간 후, 슬라이드들이 제거되고 부분적으로 교차 결합된 PPF 수지(cross-linked PPF resin)의 박막을 슬라이드로부터 박리시키기(peel) 위해 면도날이 사용되었다. 필름이 각 가장자리를 따라 1cm를 측정한 사각형으로 절단되었다. 절단된 사각형을 컬링(curling)을 방지하기 위해 2 개의 슬라이드 사이에 끼우고, 추가 교차 결합(cross-linking)을 완료하기 위해 7.5 시간 동안 UV 챔버에 다시 넣었다.

실시예 16

세척/멸균

직접 접촉 분석을 시작하기 전에, 박막이 세척되고 멸균되었다. 세척 프로토콜(washing protocol)은 생산 중에 도입된 표면 잔해(surface debris)를 제거하기 위해 Dulbecco 's phosphate buffered saline (DPBS) (Life Technologies, Carlsbad, CA)에서 15 분 동안 세척하여 시작되었다. 이어서 30 분, 20 분 및 10 분의 지속 시간 동안 70 % 아세톤에서 3 회 세척되었다. 아세톤 세척 사이에, 필름에서 과량의 아세톤을 제거하고 건조를 방지하기 위해 필름을 DPBS에 담갔다. 상기 프로토콜은 각각 15 분씩 DPBS에서 2 번 더 세척하여 완료되었다. 이 전체 과정을 반복하여 상기 박막은 세척 프로토콜을 두 번 거치게 되었다. 세척 후, 상기 박막을 37 ℃, 5 % CO2 배양기에서 72 시간 동안 DPBS에 담근다.

실시예 17

세포 배양

쥐과 동물의 섬유 아세포(Murine fibroblasts), L929 세포주(L929 cell line) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)는, 직접 접촉 분석(direct contact assays)에 대한 표준을 기술 한 ISO 표준 10993-5에 일치하는 시험관 내 세포 독성 분석에 사용되었다. L929 세포는 10 % 말혈청(horse serum) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) 및 제조업자에 의해 기술된 1 % 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin) (Life Technologies, Carlsbad, CA)을 포함하는 최소 필수 배지 (Minimum Essential Medium, MEM) (Sigma- CA) 와 배양되었다. 세포가 24- 웰 폴리스티렌 세포 배양 플레이트(24-well polystyrene cell culture plate)(Corning Life Sciences, Corning, NY)에 웰(well) 당 75,000 세포로 플레이트되었다(were plated at). 세포는 직접 접촉 분석을 시작하기 전에 커버슬립(coverslips)에 ~80% 밀도(confluency)로 성장되었다. 커버슬립은 스테이닝(staining) 시 제거되고 형광 현미경(fluorescence microscope) 검사를 위해 현미경 슬라이드에 장착될 수 있도록 사용되었다.

실시예 18

세포 독성 분석

ISO 표준 10993-5에 따라 직접 접촉 테스트가 상기 실시예 17의 세포 배양을 사용하여 수행되었다. 세포 독성(Cytotoxicity)은 24 시간, 48 시간 및 72 시간에 평가되었다. 테스트를 시작하기 위해, 세포가 들어있는 웰(well)로부터 배지를 흡인하였다. 그런 다음 PPF 박막을 각각의 웰의 셀 단층 위에 놓는다. 그 웰을 덮기에 충분한, 각각의 웰에 약 150 μL의 배지가 추가되었으나, 박막이 세포 단층 위로 떠다니는 것을 막는다. 이어서, 세포 및 박막이 37 ℃, 5 % CO2에서 24 시간, 48 시간 또는 72 시간 동안 배양되었다. 그 후, 형광 현미경을 통해 물질의 세포 독성을 평가되고, 하기 기술된 바와 같이 분석되었다. (실시예 19 및 20 참조). 상기 세포는 죽은 세포를 적색으로 보이게 하고 살아있는 세포를 형광 아래에서 녹색으로 보이게 하는 살아있는/죽은 용액과 함께 배양되었다. 이미징(Imaging)은 완료되었으며 결과는 녹색=살아있는 세포이고 빨간색=죽은 세포의 이미지에서 질적으로 평가되었다. 이러한 평가로부터, 시험된 상기 PPF 중합체는 독성이 없다는 것이 판명되었다.

실시예 19

현미경 관찰

비계 형상 및 개별적으로 경화된 층을 보다 상세하게 묘사하기 위해 Olympus Stereoscope (Center Valley, PA)를 사용하여 비계가 이미지화되었다. (도 15 참조). 상기한 바와 같이, PPF의 세포 독성을 평가하기 위해 살아있는/죽은 스테이닝(staining)d이 수행되었다. 2μM calcein AM과 4μM ethidium homodimer-1 (EthD-1)을 포함하는 용액이 세포 독성 키트(cytotoxicity kit) (Life Technologies, Carlsbad, CA)를 사용하여 DPBS에서 제조되었다. 박막을 포함하는 웰 뿐만 아니라 대조군으로서 작용하는 웰이 어두운 조건에서 실온에서 30 분 동안 살아있는/죽은 용액 150 μL 로 배양되었다. 이전에 언급된 바와 같이 배양된 다음 살아있는/죽은 용액에서 배양하기 전에 30 분 동안 70 % 메탄올에서 배양된 세포를 양성의 세포 독성 대조군으로 사용하였다. 음성, 비독성 대조군으로서, 세포를 정상 상태에서 폴리스티렌 배양 플레이트에서 살아있는/죽은 스테이닝 전에 배양하고 다른 처리는 되지 않았다. 살아있는/죽은 용액과의 배양 후에, 이미지는 하기 실시예20에 기재된 바와 같이, 12.8 MP 디지털 카메라 (Olympus, Center Valley, PA)가 장착된 Olympus CKX41 형광 현미경으로 촬영되었다.

실시예 20

형광 이미징 (Fluorescence Imaging)

실시예 17의 세포 배양물(cells culture)에 대한 PPF의 세포 독성을 평가하기 위해 커버슬립에서 살아있는/죽은 스테이닝을 수행하였다. 2 μM calcein AM과 4 μM ethidium homodimer-1 (EthD-1)을 포함하는 용액이 세포 독성 키트 (Life Technologies, Carlsbad, CA)를 사용하여 DPBS에서 제조되었다. 세포가 부착된 커버슬립은 어두운 조건에서 실온에서 30 분 동안 살아있는/죽은 용액과 함께 배양되었다. 70 % 메탄올에서 30 분 동안 배양된 세포가 양성의 세포 독성 대조군으로 사용되었다. 음성의, 비 세포 독성 대조군으로서, 세포가 정상 조건에서 HDPE 배양 판상에서 배양 되었다. 살아있는/죽은 용액과 배양 후, 커버슬립은 웰 판상에서 제거되고 이미징을 위해 현미경 슬라이드에 장착되었다. 이미지는 에피-형광 키트(epi-fluorescence kit) (Nikon, Chiyoda, Tokyo, Tokyo)와 5.0 MP CCD 디지털 카메라 (Amscope, Irvine, CA)가 장착된 거꾸로 된 Diaphot-TMD 현미경(inverted Diaphot-TMD microscope) (Nikon, Chiyoda, Tokyo, Tokyo)으로 촬영되었다. 결과는 살아있는 세포가 녹색의 형광을 하고 죽은 세포가 적색의 형광을 내는 이미지로부터 질적으로 평가되었다. 이러한 평가로부터, 테스트된 상기 PPF 중합체는 독성이 없다는 것이 판명되었다.

실시예 21

3D 인쇄된 다공성 PPF 비계의 열화

다공성 3D 비계는 본 발명의 일 실시예에 따른 PPF 중합체를 사용하여 상기 실시예 12에 기재된 절차를 사용하여 인쇄되었다. 상기 PPF 중합체는 1260 달톤의 수 평균 분자량 M_n 및 1.5의

을 가지며, 상기 실시예 1 내지 3에서 기술된 바와 같이 합성되었다. 도 17A 내지 17E에 도시된 다공성 3D 비계를 제조하는데 사용된 수지는, DEF에 대한 PPF 중합체의 질량비 1:1을 갖는 용액을 사용하여 제조되었고, 광 개시제로서 30.0mg/g(DEF+PPF)의 Irgacure-819 (BAPO) (BASF, Germany), 광 개시제로서 4.0 mg/g(DEF+PPF)의 I-784 (BASF, Germany), 광 흡수 염료(light absorbing dye)로서 7.0mg/g(DEF+PPF)(DEF+PPF)의 2-하이드록시-4-메톡시벤조페논(옥시벤존 또는 HMB으로도 공지됨)(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO) 를 사용하여 제조되었다. 상기 3D 인쇄된 비계는 Schoen 자이로이드 다공성 구조(Schoen gyroid porous architecture)를 갖는 일반적으로 원통형이었다. (도 17A-D 참조). 그것들은 스트럿 지름(strut diameter)이 약 200㎛ 이고 기공 지름(pore diameter)이 약 700 ㎛ 이며, 다공성이 88.2 %이다. 도 17E 참조. 상기 3D 인쇄된 비계는 약 5mm의 높이와 약 10mm의 지름을 가지며 경화되었을 때의 수축은 X-Y = 17.16 ± 0.26%; Z = 13.96 ± 0.32%(수축 후 실제 크기 : h = 4.30 ± 0.02; 0 = 8.28 ± 0.03)이다. 5 개의 3D 인쇄 비계를 무게를 재고 37 ℃ (n = 5)의 정적 조건 하에 0.1M NaOH (13.0 pH) 용액에 7 일 동안 담근다. 다섯 개의 3D 인쇄 비계 (K-O)의 두 번째 세트를 무게를 재고, 37 ℃ 의 정적 조건 하에 0.1M NaOH (13.0pH) 용액에 14 일 동안 담근다. 처리된 샘플 (A-E) 및 (K-0)를 무게를 재고, 분해 속도를 측정하고, 도 18에 나타내었다. 5 개의 다른 비분해성 샘플 (undegraded samples)(C1-C5)이 대조군으로 사용되었다.

실시예 22

동역학적 분석(Dynamic Mechanical Analysis)

샘플 C₁-C₅ (대조군 : 비분해성), A-E (처리된) 및 (K-O) (상기 실시예 21에 기술된)를 건조시키고 이들의 동적 기계적 특성(손실 탄성률(loss modulus), 저장 탄성률(storage modulus), 탄 델타(TanΔ))이 450 N 로드셀(load cell)이 장착된 BOSE ElectroForce 3230 기계를 사용하여 분석되었다. 그 결과를 도 19 내지 도 22에 나타내었다.

실시예 23

실패한 압축(Compression to Failure)

샘플 C₁-C₅(대조군 : 비분해성) 및 A-E (처리된) (상기 실시예 21에 기재된)을 동일한 BOSE ElectroForce 3230 기계 및 450 N로드셀을 사용하여 1.0 %/sec의 변형 속도에서 실패로 압축시켰고, 그 응력 및 변형률 특성을 분석하였다. 평균 영률은 26 MPa로 추정되었다. 대조군 샘플 (C₁-C₅)의 항복 응력 (σ_y)은 1.27 ± 0.06 MPa였다. 7 일 처리된 샘플 (A-E) 에 대한 σ_y 는 0.69 ± 0.04 Mpa이고 14 일 처리된 샘플 (K-O)의 경우 σ_y는 0.51 ± 0.12였다. 그 결과를 도 23 및 24에 나타내었다.

전술한 설명에 비추어 볼 때, 본 발명은 다수의 방식으로 구조적 및 기능적으로 개선된 PPF 중합체 (및 이와 관련된 PPF 중합체를 제조하는 방법)를 제공함으로써 기술을 상당히 진보시킨다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 특정 실시예가 본 명세서에 상세하게 개시되었지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 따라서 본 발명의 변형이 당업자에 의해 용이하게 인식될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명의 범위는 다음의 특허 청구범위로부터 이해될 것이다.

Claims

약 450 달톤(daltons) 내지 약 3500 달톤의 수 평균 분자량 (M_n) 및 1.0 내지 2.0의 분자량 분포 (
)를 갖는 3D 인쇄(3D printing)에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염(propylene fumarate)) 중합체(polymer).
제 1 항에 있어서,
상기 수 평균 분자량 (M_n)은 약 700 달톤 내지 약 3200 달톤인 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제 1 항에 있어서,
약 -25 ℃ 내지 약 12 ℃의 유리 전이 온도 (T_g)를 갖는 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제 1 항에 있어서,
약 980 달톤 내지 약 5900 달톤의 피크 수 평균 분자량을 갖는 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제 1 항에 있어서,
고유 점도가 약 0.025 dL/g 내지 약 0.078 dL/g 인 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체가 1% w/w 미만의 폴리(말레산 무수물-코-프로필렌옥사이드(maleic anhydride-co-propylene oxide)) 중합체 사슬(chains)을 포함하는 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체가 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체 사슬을 포함하지 않는 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
제1항에 있어서,
상기 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체가 하기 화학식을 따르며:

n은 3 내지 30의 정수인 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체.
A. 말레산무수물 및 프로필렌옥사이드를 불활성 분위기 하에서 적합한 용매에 용해시키는 단계;
B. 단계 A의 용액에 적합한 개시제(initiator)를 첨가하는 단계;
C. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 제조하기 위해 단계 B의 혼합물을 약 0.5 시간 내지 약 100 시간 동안 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃의 온도로 가열하는 단계;
D. 상기 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 수집 및 정제하는 단계;
E. 상기 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 적합한 용매에 용해시키고 촉매를 첨가하는 단계;
F. 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하기 위해 단계 E의 혼합물을 약 5 ℃ 내지 약 80 ℃의 온도로 약 5 시간 내지 약 100 시간 동안 가열하는 단계;
를 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 A의 용매가 톨루엔(toluene), 테트라히드로푸란(THF, tetrahydrofuran), 디옥산(dioxane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 A의 용매가 톨루엔인 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제9항에 있어서,
단계 B의 개시제는 마그네슘 에톡시드(magnesium ethoxide, Mg(OEt)₂)인 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 B의 상기 개시제에 대한 단계 A의 말레산무수물 또는 프로필렌옥사이드의 몰비가 약 3:1 내지 약 400:1 인 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 D는,
G. 불활성 대기 하에 단계 C의 혼합물을 냉각시키는 단계;
H. 단계 G의 혼합물로부터 휘발성 화합물(volatile compounds)을 증발시키는 단계;
I. 단계 H의 혼합물에 클로로폼(chloroform) 또는 디클로로메탄(dichloromethane)을 첨가하는 단계;
J. 단계 I의 용액을 수용액으로 세척하여 유기층(organic layer) 및 수성층(aqueous layer)을 형성하는 단계;
K. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 침전시키기 위해 단계 J의 상기 유기층을 수집하고 상기 유기층을 비극성 유기 용매에 첨가하는 단계;
L. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 수집하는 단계;
M. 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 소량의 적합한 용매에 용해시키고 증발시켜 용액을 농축시키는 단계; 및
N. 정제된 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체를 제조하기 위해, 진공 하에 단계 M의 상기 농축된 용액을 건조시키는 단계;
를 더 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 비활성 분위기는 질소를 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 휘발성 화합물은 증류 또는 감압에 의해 단계 G의 혼합물로부터 증발되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
단계 L의 폴리(말레산무수물-코-프로필렌옥사이드) 중합체는 분별 깔때기(separatory funnel)에 의해 수집되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
단계 M의 상기 적합한 용매는 클로로폼 또는 디클로로메탄을 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 E의 상기 용매는 클로로폼, 테트라히드로푸란(THF), 디옥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 E의 상기 용매는 클로로폼인 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 E의 촉매는 디에틸아민인 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 C는 주위 온도(ambient temperature)에서 수행되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 수집 및 정제하는 단계를 더 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 23 항에 있어서,
O. 단계 F의 혼합물을 증발에 의해 농축시키는 단계;
P. 단계 O의 혼합물을 완충된(buffered) 수용액으로 세척하여 촉매를 제거함으로써, 유기층 및 수성층을 형성하는 단계;
Q. 상기 유기층을 수집하는 단계;
R. 상기 유기층을 증발에 의해 농축시키는 단계;
S. 남아있는 물을 제거하기 위해 무기 건조제(inorganic drying agent), 산성 양성자(acidic proton) 또는 분자체(molecular sieve)를 첨가하는 단계;
T. 무기 건조제, 산성 양성자 또는 분자체를 제거하기 위해 단계 S의 혼합물을 여과하는 단계;
U. 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 침전시키기 위해 단계 T의 혼합물을 비극성 유기 용매에 첨가하는 단계;
V. 단계 U의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 수집하는 단계; 및
W. 정제된 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하기 위해, 진공 하에 단계 V의 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 건조시키는 단계;
를 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
단계 O의 혼합물은 회전 증발 또는 감압에 의해 농축되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
단계 P의 완충된 수용액은 인산완충생리식염수 용액(phosphate buffered saline solution)을 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
단계 Q의 유기층은 분별 깔때기에 의해 수집되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
단계 R의 유기층은 증류, 회전 증발 또는 감압에 의해 농축되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
남아있는 물을 제거하기 위해 황산나트륨(sodium sulfate)이 단계 R의 혼합물에 첨가되는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.
제 24 항에 있어서,
단계 U의 비극성 유기 용매는 헥산(hexane)을 포함하는 3D 인쇄에 사용하기 위한 폴리(프로필렌 푸마르산염) 중합체를 제조하는 방법.