[发明专利]基于双官能改性的生物聚合物的聚合物和能够由这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物获得的水凝胶

说明书

本发明涉及一种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物，其包含至少一个聚合物链，所述至少一个聚合物链包含n个第一官能团和m个第二官能团。第一官能团包含能够依照自由基链增长聚合来自由基交联的基团。第二官能团包含能够进行硫醇‑烯交联的基团。优选的基于双官能改性的生物聚合物的聚合物包含双官能改性的明胶和双官能改性的胶原。本发明进一步涉及一种制备这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物的方法，并且涉及一种由这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物制备水凝胶的方法。此外，本发明涉及能够由这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物获得的水凝胶，并且涉及这种水凝胶的用途。

技术领域

本发明涉及基于双官能改性的生物聚合物的聚合物，特别是双官能改性的生物聚合物例如双官能改性的明胶和双官能改性的胶原，并且涉及制备这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物的方法。本发明进一步涉及一种能够由这种基于双官能改性的生物聚合物的聚合物开始获得的水凝胶，并且涉及一种制备这种水凝胶的方法。此外，本发明涉及这种水凝胶在生物医学应用例如在组织工程学中的用途。

背景技术

明胶是一种天然来源的生物聚合物材料，其具有优异的细胞相互作用性能和形成水凝胶的潜力。它基于其宽广的可用性和成本效率，已经广泛应用于食品和药品工业。结果，该材料已经变成了组织工程学和生物制造领域中的基准之一。但是，由于明胶的特征在于低于生理温度(±30℃)的上限临界溶液温度，所以基于明胶的水凝胶不适于生物医学应用例如组织工程学。为了适于生物医学应用，必需增加明胶在生理条件下的稳定性和机械性能。所以，已经出现了多种策略来使明胶共价交联。使用光交联策略是特别令人关注的，因为这些方法通常的特征在于相对温和的条件，其允许细胞包封在水凝胶中。此外，某些(高解析度)增材制造技术，包括立体光刻法(stereolithography)和双光子聚合(2PP)，需要光交联来结构化该材料。

已知的光交联策略通常可以根据交联机理分为两种主要类别：链增长聚合和逐步增长聚合。历史上，光致明胶交联策略的主要部分使用链增长聚合(自由基调节的链增长光聚合)来进行。在这方面，一种经常报道的明胶衍生物是明胶-甲基丙烯酰胺(Gel-MOD或Gel-MA)，其中明胶的伯胺基团已经使用甲基丙烯酸酐进行了官能化，这产生了交联性甲基丙烯酰胺。在最近十年内，逐步增长硫醇-烯水凝胶例如硫醇-烯(光-)链接(click)水凝胶已经获得了日益增加的关注。它们通常的特征在于更高的反应性和由于它们的正交性而形成的更均匀的网络。因此，它们表现出对于细胞包封的优异的相容性，因为反应的特征在于较低的自由基浓度，并且与链增长水凝胶相反，该反应可以在氧的存在下有效地进行。为了进行硫醇-烯化学，降冰片烯官能度特别令人关注。一方面，它们不易受到竞争性均聚的影响。另一方面，减轻与硫醇反应过程中的环应变，与快速的随后的质子转移相组合，进一步增加了它的硫醇-烯反应性。

明胶甲基丙烯酰胺凝胶(Gel-MOD或Gel-MA)由于交联的性质，通常比硫醇烯水凝胶(Gel-NB)更硬。硫醇-烯水凝胶例如明胶降冰片烯水凝胶(Gel-NB)具有能够控制交联的官能度的量的优点，并且表现出对于基于光的增材制造技术来说改进的加工能力。

此外，通常硫醇-烯水凝胶(Gel-NB)的特征在于由于更疏水的降冰片烯官能度的存在，与甲基丙烯酰胺明胶(Gel-MOD)相比降低的溶胀行为。

此外，由于通过改变硫醇-烯比率来控制硫醇-烯水凝胶(Gel-NB)中的反应的官能度的数目，在交联后可以获得未反应的降冰片烯官能度，其可以用于硫醇化组分的随后的光接枝(例如细胞相互作用次序，活性药物组分，抗氧化剂，……)。但是，通过降低硫醇-烯比率，水凝胶材料的特征在于甚至更差的机械性能，和与之组合的更高的吸水能力。结果，该材料会失去一些高解析度增材制造的益处，因为生产后溶胀一方面将增加构造的尺寸，同时该构造内部的溶胀引起的应力也会导致变形。此外，由于较差的机械性能，该材料当产生具有较小的特征尺寸的构造时会不再能够支撑它的自重。