(57)【要約】  様々な実施形態では、本発明は、多官能性アルコールを開始剤として使用するコア−ファースト・アプローチを使用して合成された星型ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）ベースの星型コポリマー、および無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）の制御された開環共重合（ＲＯＣＯＰ）の触媒としてのＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２に関する。いくつかの実施形態では、これらのスターＰＰＦコポリマーは、それらの線形類似体よりも低い粘度を有し、樹脂配合物中のＤＥＦ画分の減少、ならびにより高分子量の使用を可能にする。これらの星型ＰＰＦは、マルチアームＰＰＦ星型コポリマーを７０重量％も含むＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂を調製するために使用でき、高【数１】2021536515.tif 000088スターＰＰＦ樹脂の複素粘度が低く、以前にプリントされた最大の線形ＰＰＦオリゴマーのほぼ８倍の大きさ【数２】2021536515.tif 000089で迅速にプリントできる。【選択図】図１
2021536515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心コアから外側に伸びる３つ以上のポリ（プロピレンフマレート）アームを有する星型コポリマー。
【請求項２】
前記中心コアが、３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤の残基を含む、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項３】
前記３つ以上のポリ（プロピレンフマレート）アームの前記それぞれが、約５０モルパーセントのプロピレンオキシド残基および５０モルパーセントの無水マレイン酸残基を含む、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項４】
約３〜約６５０、好ましくは約３〜約３２５、より好ましくは約３〜約２００の重合度（ＤＰ）を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項５】
ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）およびゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）のうちの１つによって測定すると、約０．５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、好ましくは約０．５ｋＤａ〜約５０ｋＤａ、より好ましくは約０．５ｋＤａ〜約２５ｋＤａの数平均分子量（
【数１】
2021536515.tif 000082
）を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項６】
約１〜約２、好ましくは約１〜約１．７、より好ましくは約１〜約１．４の分子質量分布（
【数２】
2021536515.tif 000083
）を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項７】
５０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．２Ｐａ・ｓ〜約２．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．５Ｐａ・ｓ〜約１．５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約０．６Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項８】
４０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．５Ｐａ・ｓ〜約１０．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．８Ｐａ・ｓ〜約６Ｐａ・ｓ、より好ましくは約１．０Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項９】
３０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約２Ｐａ・ｓ〜約３０Ｐａ・ｓ、好ましくは約５Ｐａ・ｓ〜約２５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約８Ｐａ・ｓ〜約１０Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項１０】
紫外可視分光計によって測定すると、約３０５ｎｍ〜約４０５ｎｍの波長で、約０．００１〜約０．３、好ましくは約０．００１〜約０．２、より好ましくは約０．００１〜約０．１の吸光度を有する、請求項１に記載の星型コポリマー。
【請求項１１】
以下の式を有する、請求項１に記載のポリマー組成物であって、
【化１】
2021536515.tif 000084
式中、ｍは約１〜約２００までの整数であり、ｎは２より大きいアームの数であり、前記コアは多官能性アルコール開始剤の残基を含む、ポリマー組成物。
【請求項１２】
無水マレイン酸、プロピレンオキシド、および３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤の異性化反応生成物を含む、３Ｄプリント可能樹脂で使用するための星型コポリマー。
【請求項１３】
約３〜約６５０、好ましくは約３〜約３２５、より好ましくは約３〜約２００の重合度（ＤＰ）を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１４】
ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）およびゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）のうちの１つによって測定すると、約０．５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、好ましくは約０．５ｋＤａ〜約５０ｋＤａ、より好ましくは約０．５ｋＤａ〜約２５ｋＤａの数平均分子量（
【数３】
2021536515.tif 000085
）を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１５】
約１〜約２、好ましくは約１〜約１．７、より好ましくは約１〜約１．４の分子質量分布（
【数４】
2021536515.tif 000086
）を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１６】
５０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．２Ｐａ・ｓ〜約２．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．５Ｐａ・ｓ〜約１．５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約０．６Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１７】
４０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．５Ｐａ・ｓ〜約１０．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．８Ｐａ・ｓ〜約６Ｐａ・ｓ、より好ましくは約１．０Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１８】
３０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約２Ｐａ・ｓ〜約３０Ｐａ・ｓ、好ましくは約５Ｐａ・ｓ〜約２５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約８Ｐａ・ｓ〜約１０Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する、請求項１２に記載の星型コポリマー。
【請求項１９】
紫外可視分光計によって測定すると、約３０５ｎｍ〜約４０５ｎｍの波長で、約０．００１〜約０．３、好ましくは約０．００１〜約０．２、より好ましくは約０．００１〜約０．１の吸光度を有する、請求項１２に記載の３Ｄプリント可能樹脂で使用するための星型コポリマー。
【請求項２０】
以下の式を有する請求項１２に記載の星型コポリマーであって、
【化２】
2021536515.tif 000087
式中、ｍは約１〜約２００までの整数であり、ｎは２より大きいアームの数であり、前記コアは多官能性アルコール開始剤の残基を含む、星型コポリマー。
【請求項２１】
３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法であって、
Ａ）マグネシウム触媒の存在下で無水マレイン酸およびプロピレンオキシドおよび多官能性開始剤を反応させて、シス二重結合を含む無水マレイン酸残基を有する星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を形成するステップと、
Ｂ）前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を有機塩基触媒と反応させることにより、前記無水マレイン酸残基の前記シス二重結合を異性化してトランス二重結合を有する星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを形成するステップと、を含む方法。
【請求項２２】
Ｃ）ステップ（Ｂ）の溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄して残留アミンを除去するステップと、
Ｄ）ステップ（Ｃ）の前記生成物を乾燥させて、星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを回収するステップと、をさらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記多官能性アルコール開始剤が、無水マレイン酸（ＭＡｎ）モノマーおよびプロピレンオキシド（ＰＯ）モノマーとの共重合を開始することができる３つ以上の官能基を有する分子である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記多官能性開始剤が、無水マレイン酸（ＭＡｎ）モノマーおよびプロピレンオキシド（ＰＯ）モノマーとの共重合を開始することができる３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記多官能性開始剤が、メソエリスリトールまたはアドニトールである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記マグネシウム触媒が、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記反応するステップ（ステップＡ）が、
ａ）多官能性開始アルコールとＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２とを適切な密閉反応容器に入れ、次いでプロピレンオキシド、無水マレイン酸、および適切な溶媒を添加するステップと、
ｂ）実質的にすべての前記無水マレイン酸、およびプロピレンオキシドが反応して星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を形成するまでステップ（ａ）の前記組み合わせを加熱するステップと、
ｃ）前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を、前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体に対して過剰の非溶媒に沈殿させるステップと、
ｄ）前記星型のポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を乾燥させて、残っている溶媒を除去するステップと、を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記コーミングするステップ（ステップａ）における適切な溶媒が、トルエン、ヘキサン、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記加熱するステップ（ステップｂ）が、前記ステップ（ａ）の組み合わせを、約４０℃〜約８０℃の温度に、約１時間〜約４８時間、または実質的にすべての無水マレイン酸、およびプロピレンオキシドモノマーが反応するまで加熱するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記沈殿させるステップ（ステップｃ）が、ステップ（ｂ）の前記生成物を過剰のジエチルエーテルとコーミングして、前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を溶液から沈殿させることを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記乾燥するステップ（ステップｄ）が、真空蒸発によって行われる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記異性化するステップ（ステップＢ）が、
１）前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を適切な溶媒に溶解するステップと、
２）ステップ（１）の前記溶液にジエチルアミンまたはピペラジンを添加し、不活性雰囲気下で還流温度に加熱して、前記星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを生成するステップと、を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
ステップ（１）における前記星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体の前記適切な溶媒が、クロロホルム、ジクロロメタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
ステップ（２）の前記溶液を、不活性雰囲気下で約１〜約４８時間、または実質的にすべての星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体が異性化するまで、還流温度に加熱する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記洗浄するステップ（ステップＤ）における前記緩衝溶液がリン酸ナトリウム水溶液である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記乾燥するステップ（ステップＤ）が、真空蒸発によって行われる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１に記載の星型コポリマーを含む、３Ｄプリントで使用するためのポリマー樹脂。
【請求項３８】
請求項１に記載の星型コポリマーが、約５０重量％〜約７０重量％の前記ポリマー樹脂を含む、請求項３７に記載のポリマー樹脂。
【請求項３９】
請求項１に記載の星型コポリマーを含む３Ｄプリントされたポリマー構造。
【請求項４０】
請求項３８に記載のポリマー樹脂を含む３Ｄプリントされたポリマー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１８年９月１０日に出願され、「３Ｄプリント用途のための星型ポリ（プロピレンフマレート）ベースのコポリマー」と題する米国仮特許出願シリアル番号６２／７２９，１２６の利点を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
共同研究契約のある当事者
本出願は、Ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ａｋｒｏｎ  ｏｆ  Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏと３Ｄ  ＢｉｏＡｃｔｉｖｅｓ、ＬＬＣ  ｏｆ  Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏとの間の共同研究契約に従ってなされた研究から生じている。
【０００３】
本発明の１つ以上の実施形態は、生物医学的用途で使用するための３Ｄプリント可能樹脂の調製に関与するコポリマーの精緻化を報告する。特定の実施形態では、本発明は、星型ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）コポリマーの合成を記載する。他の実施形態では、本発明は、三次元（３Ｄ）プリント可能粘度範囲の粘度を有する樹脂の調製のためのこれらの星型ＰＰＦコポリマーの使用を報告する。
【背景技術】
【０００４】
３次元（３Ｄ）プリントとしても知られる積層造形の進歩は、口腔外科、顎顔面外科、整形外科の外傷、癌の欠陥の修復、病因、先天性奇形および老化などを含む多くの外科専門分野における複雑な再建手術に外科医が取り組む方法に革命をもたらす可能性がある。ダイナミックマスクフォトリソグラフィーとも呼ばれるデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）は、ＵＶおよび／または可視光プロジェクターを使用したレイヤーバイレイヤープロセスでの感光性樹脂の選択的架橋に基づく３Ｄプリント技術である。この方法は、多孔度、ストラット、細孔サイズ、全体的なスキャフォールド形状などのスキャフォールド機能を高解像度で制御し、再現性や患者固有のテンプレートの加工など、再生医療に大きな利点をもたらす。スキャフォールドの構造は、その機械的強度、劣化特性、および新しい組織を外科的欠陥に導く能力に直接影響を与えるため、最も重要である。
【０００５】
特に大きな骨欠損の治療のための組織工学は、現在臨床現場で使用されている自家移植片、同種移植片、セラミック、および金属の魅力的な代替品を提供できる新しい吸収性３Ｄプリント材料の開発によって実際に改善される可能性がある。ポリマーは、生分解性、生体適合性、機能性、機械的特性などの特定の要件を満たすように選択および目的に合わせることができるため、組織工学のスキャフォールドにとって魅力的な材料である。ポリエステルの使用は、さまざまな吸収率を示すため、再生医療で着実に成長している。ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（グリコール酸）（ＰＧＡ）、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）（ＰＬＧＡ）またはビニルポリエステルなどの飽和ポリエステルは、縫合糸、薬物送達システム、生体材料と造影剤を組み合わせたイメージングシステム、および組織工学用のスキャフォールドを含む用途で利用される。それにもかかわらず、バックボーンに沿った反応性基の欠如は、それらの重合後およびプリント後の機能化、ならびにステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）へのそれらの適用性を制限する。
【０００６】
制御された薬物放出や組織工学などの多くの医療用途で使用される不飽和ポリエステルであるポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）は、ｃＤＬＰまたは液晶ディスプレイベースのプリントなどのＳＬＡ法を使用した医療機器や３Ｄ組織スキャフォールドの製造においてすでに顕著な特性を示している。鎖はアルケンを介して光架橋され、複雑な幾何学的設計を備えた信頼性の高い、忠実度の高い固体硬化ポリマースキャフォールドを生成できる。実際、その炭素−炭素二重結合は、光架橋反応に関与して、非常に微細な（＜５０μｍ）特徴と組み合わされた複雑な幾何学的設計を備えた、信頼性が高く、忠実度の高い固体硬化ポリマースキャフォールドを生成できる。ＰＰＦは、ＰＬＡやＰＣＬよりも新しい組織の成長に厳密に一致することが確認されたウィンドウ内で、吸収タイムスケールを含む多くの利点を提供する。ＰＰＦは、エステル結合が加水分解されてクレブス回路成分（フマル酸）とプロピレングリコールに分解される。これらは、通常の代謝プロセスによって除去される２つの非毒性生成物である。
【０００７】
ＰＰＦは、フマル酸ジエチル（ＤＥＦ）とプロピレングリコールの段階的重縮合を介して、Ｍｉｋｏｓとその同僚（たとえば、米国特許第５，７３３，９５１号を参照）によって１９９４年に初めて合成された。ただし、この合成方法は、低モル質量（
【数１】
2021536515.tif 000003
）で制御するのが困難であり、そして結果として広いモル質量分布（
【数２】
2021536515.tif 000004
）、貧弱な末端基の忠実度をもたらし、これらはすべて最終的な材料の特性に影響を与える。コバルト触媒の存在下で無水マレイン酸（ＭＡ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）の開環共重合（ＲＯＣＯＰ）を使用して、異性化時にＰＰＦに変換できる明確なポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）を生成する別の方法が、Ｃｏａｔｅｓとその同僚によって紹介された（Ａ．Ｍ．ＤｉＣｉｃｃｉｏ  ａｎｄ  Ｇ．Ｗ．Ｃｏａｔｅｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１，１３３，１０７２４−１０７２７を参照）。これらの方法は、とりわけコバルト触媒の毒性により、医学的および生物学的用途に著しく制限されていた。最近では、コバルトの毒性は、マグネシウムエトキシド触媒の使用によって対処されている（Ｙ．Ｌｕｏ，Ｃ．Ｋ．Ｄｏｌｄｅｒ，Ｊ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｒ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｄ．Ｄｅａｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１６，１７，６９０−６９７）。それ以来、マグネシウム２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシド（Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２）触媒と官能性第一級アルコール開始剤を使用して、末端基の忠実度が高いＰＰＦが開発されてきた。ＪＡ  Ｗｉｌｓｏｎ、ＡＰ  Ｋｌｅｉｎｆｅｈｎ、Ｄ  Ｌｕｏｎｇ、Ｓ  Ｓａｌｌａｍ、Ｃ  Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｉｓ、ＭＬ  Ｂｅｃｋｅｒ、“Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｍａｌｅａｔｅ）  ａｎｄ  ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｆｕｍａｒａｔｅ）  ｆｏｒ  ３Ｄ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ”Ｊ．Ａｍｅｒ  Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１８、１４０（１）、２７７−２８４を参照。その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。）この結果は、ポリ（ラクトン）−ブロック−ポリプロピレンフマル酸塩などのＰＰＦベースのコポリマーの多様性を拡大するためのルートを提供した。）（例えば、Ｓ．Ｒ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎ，Ｊ．Ａ．Ｗｉｌｓｏｎおよび  Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１８，５１，６２０２−６２０８を参照、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）またはポリ（エチレングリコール）−ブロック−ポリ（プロピレン）フマレート）（ＰＥＧ−ｂ−ＰＰＭ）（例えば、Ｒ．Ａ．Ｄｉｌｌａ，Ｃ．Ｍ．Ｍｏｔｔａ，Ｓ．Ｒ．Ｓｎｙｄｅｒ，Ｊ．Ａ．Ｗｉｌｓｏｎ，Ｃ．ＷｅｓｄｅｍｉｏｔｉｓおよびＭ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，ＡＣＳ  Ｍａｃｒｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１８，７，１２５４−１２６０を参照。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）、それぞれ、順次ＲＯＰ／ＲＯＣＯＰ法およびＰＥＧマクロ開始剤を用いる。
【０００８】
それにもかかわらず、線形ＰＰＦ（４０℃で２５Ｐａ．ｓ以上）の粘度は、これまでのところ、粘度を下げて３Ｄプリントを可能にするために、反応性希釈剤のフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）で５０％希釈する必要がある。さらに、光架橋プロセス中に、ＤＥＦがネットワークに組み込まれ、３Ｄプリントされたスキャフォールドの機械的特性に影響を与え、弾性率と破壊強度の値が低くなり、骨の再生に適さなくなる可能性がある。
【０００９】
これまで、ｃＤＬＰ  ３Ｄプリントに必要なポリマー樹脂特性を備えたＰＰＦ樹脂を開発することは非常に困難だったが、結果として得られるスキャフォールドは最適な生物学的および機械的特性を備えている。液体樹脂の新しい層が樹脂トレイの表面とプラットフォームによってサポートされている以前の硬化した固体層との間の小さなギャップに流れ込む必要性に対応するため、そして樹脂添加物の分散を維持するために、迅速なプリントには通常０．２５Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓの低粘度が必要である。純粋な線形ＰＰＦの４０℃でのゼロせん断粘度（例：
【数３】
2021536515.tif 000005
＝１．５ｋＤａ、
【数４】
2021536515.tif 000006
＝１．７ＰＰＦオリゴマー）は２３７０Ｐａ・ｓである。したがって、適切なプリント粘度に達するには、通常、プリントの失敗を回避するためにフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）で大幅に希釈（５０重量％）し、層の厚さの制御を容易にするために長い硬化時間を必要とする。線形ＰＰＦの粘度はその重合度と密接に関連しているため、０．７〜３．５ｋＤａのモル質量範囲の短いＰＰＦオリゴマーが必要であり、プリント物の機械的特性と劣化特性の調査が制限される。確かに、プリントに適した粘度特性を有する狭いモル質量（
【数５】
2021536515.tif 000007
）範囲は、プリント速度、機械的特性の幅、およびスキャフォールドの吸収ウィンドウを大幅に制限する。また、ＤＥＦは有毒である可能性があるため、医療機器として使用する前に、硬化したスキャフォールドから未反応の残留ＤＥＦを除去する必要がある。ＰＰＦベースのコポリマーの粘度を下げることにより、３Ｄプリント可能な樹脂の調製に必要なＤＥＦの量を減らすことができる。
【００１０】
星型ポリマー、環状ポリマー、デンドリマー、および超分岐ポリマーなどの分岐ポリマーは、独特のレオロジー的および機械的特性を有することが知られている。従来の線形ポリマーと比較して、それらは一般に、より小さな流体力学的体積を提供し、その結果、より低い溶液粘度およびバルクにおけるより少ない絡み合いを提供する。
【００１１】
当技術分野で必要とされるのは、幅広い用途で使用するのに十分高い分子量を有するが、同等の線形ＰＰＦよりも低い粘度を有する３Ｄプリント可能なＰＰＦポリマーである。
【発明の概要】
【００１２】
様々な実施形態では、本発明は、ＰＰＦベースの星型コポリマー、および３Ｄプリント用途と互換性のある粘度値を有するポリマー樹脂を調製するためのそれらの使用に関する。１つ以上の実施形態では、本発明は、開始剤としてメソエリスリトールまたはアドニトールなどの多官能性糖ベースのアルコール、および無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）との制御された開環共重合（ＲＯＣＯＰ）のための触媒としてのＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２を使用するコアファースト・アプローチによるマルチアームポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）コポリマーの合成に関する。いくつかの実施形態では、本発明のスターＰＰＦコポリマーは、それらの線形類似体よりも低い粘度を有し、樹脂配合物におけるＤＥＦ比の減少、ならびにより高分子量の使用を可能にする。いくつかの実施形態では、本発明は、３．２〜３１．２ｋＤａのモル質量に対応する２０〜２００の範囲の総ＤＰおよび、狭い単峰性のモル質量分布（
【数６】
2021536515.tif 000008
＝１．２８〜１．４８）を有する開始剤として、糖ベースのアルコールであるメソエリスリトールを使用するコアファースト・アプローチによる４アームポリ（プロピレンフマレート）に関する。これらの星型ＰＰＦを使用して、高
【数７】
2021536515.tif 000009
スターＰＰＦ樹脂の複素粘度が低く、以前にプリントされた最大の線形ＰＰＦオリゴマーの
【数８】
2021536515.tif 000010
がほぼ８倍大きいＰＰＦのプリントが迅速にできるさまざまな重量比（５０：５０重量％、６０：４０重量％、および７０：３０重量％）のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂を調製した。
【００１３】
第１の態様では、本発明は、中心コアから外側に伸びる３つ以上のポリ（プロピレンフマレート）アームを有する星型コポリマーに関する。１つ以上の実施形態では、中心コアは、３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤の残基を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、上記３つ以上のポリ（プロピレンフマレート）アームのそれぞれが、約５０モルパーセントのプロピレンオキシド残基および５０モルパーセントの無水マレイン酸残基を含む。
【００１４】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、約３〜約６５０、好ましくは約３〜約３２５、より好ましくは約３〜約２００の重合度（ＤＰ）を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）またはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定すると、約０．５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ好ましくは約０．５ｋＤａ〜約５０ｋＤａ、より好ましくは約０．５ｋＤａ〜約２５ｋＤａの数平均分子量（
【数９】
2021536515.tif 000011
）を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、約１〜約２、好ましくは１〜約１．７、より好ましくは約１〜約１．４の分子質量分布（
【数１０】
2021536515.tif 000012
）を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００１５】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、５０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．２Ｐａ・ｓ〜約２．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．５Ｐａ・ｓ〜約１．５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約０．６Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、４０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．５Ｐａ・ｓ〜約１０．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．８Ｐａ・ｓ〜約６Ｐａ・ｓ、より好ましくは約１．０Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、３０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約２Ｐａ・ｓ〜約３０Ｐａ・ｓ、好ましくは約５Ｐａ・ｓ〜約２５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約８Ｐａ・ｓ〜約１０Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００１６】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、紫外可視分光計で測定すると、約３０５ｎｍ〜約４０５ｎｍの波長で、約０．００１〜約０．３、好ましくは約０．００１〜約０．２、より好ましくは約０．００１〜約０．１の吸光度を有する、本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００１７】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、下記式を有する本発明の第１の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【化１】
2021536515.tif 000013
式中、ｍは約１〜約２００までの整数であり、ｎは２より大きいアームの数であり、上記コアは多官能性アルコール開始剤の残基を含む。
【００１８】
第２の態様では、本発明は、無水マレイン酸、プロピレンオキシド、および３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤の異性化反応生成物を含む３Ｄプリント可能樹脂で使用するための星型コポリマーに関する。いくつかの実施形態では、星型コポリマーは、約５０モルパーセントのプロピレンオキシド残基を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するための星型コポリマーは、約３〜約６５０、好ましくは約３〜約３２５、より好ましくは約３〜約２００の重合度（ＤＰ）を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、本発明の星型コポリマーは、ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）またはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定すると、約０．５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ好ましくは約０．５ｋＤａ〜約５０ｋＤａ、より好ましくは約０．５ｋＤａ〜約２５ｋＤａの数平均分子量（
【数１１】
2021536515.tif 000014
）を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００１９】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、約１〜約２、好ましくは１〜約１．７、より好ましくは約１〜約１．４の分子質量分布（
【数１２】
2021536515.tif 000015
）を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、５０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．２Ｐａ・ｓ〜約２．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．５Ｐａ・ｓ〜約１．５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約０．６Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、本発明の星型コポリマーは、４０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約０．５Ｐａ・ｓ〜約１０．０Ｐａ・ｓ、好ましくは約０．８Ｐａ・ｓ〜約６Ｐａ・ｓ、より好ましくは約１．０Ｐａ・ｓ〜約１．１Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の星型コポリマーは、３０重量パーセントのＤＥＦで希釈したときにレオメータで測定すると、約２Ｐａ・ｓ〜約３０Ｐａ・ｓ、好ましくは約５Ｐａ・ｓ〜約２５Ｐａ・ｓ、より好ましくは約８Ｐａ・ｓ〜約１０Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有する本発明の第２の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００２０】
紫外可視分光計によって測定された場合に、約３０５ｎｍ〜約４０５ｎｍの波長で、約０．００１〜約０．３、好ましくは約０．００１〜約０．２、より好ましくは約０．００１〜約０．１の吸光度を有する、請求項１２に記載の３Ｄプリント可能樹脂で使用するための星型コポリマー。
【００２１】
以下の式を有する請求項１２に記載の星型コポリマー。
【化２】
2021536515.tif 000016
式中、ｍは約１〜約２００までの整数であり、ｎは２より大きいアームの数であり、上記コアは多官能性アルコール開始剤の残基を含む、星型コポリマー。
【００２２】
第３の態様では、本発明は、３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法であって、マグネシウム触媒の存在下で無水マレイン酸、およびプロピレンオキシドおよび多官能性開始剤を反応させて、シス二重結合を含む無水マレイン酸残基を有する星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を形成するステップと、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を有機塩基触媒と反応させてトランス二重結合を有する星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを形成することにより、無水マレイン酸残基のシス二重結合を異性化するステップと、を含む方法、に関する。いくつかの実施形態では、この方法は、溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄して残留アミンを除去するステップと、生成物を乾燥させて、星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを回収するステップと、をさらに含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、上記多官能性開始剤は、無水マレイン酸（ＭＡｎ）モノマーとプロピレンオキシド（ＰＯ）モノマーの共重合を開始できる３つ以上の官能基を持つ分子である。１つ以上の実施形態では、本発明の方法は、多官能性開始剤は、無水マレイン酸（ＭＡｎ）モノマーとプロピレンオキシド（ＰＯ）モノマーの共重合を開始することができる３つ以上のヒドロキシル官能基を有する多官能性アルコール開始剤である、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、多官能性開始剤は、メソエリスリトールまたはアドニトールである。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、マグネシウム触媒がＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２である、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のうちの任意の１つ以上を含む。
【００２４】
１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、反応するステップが、多官能性開始アルコールとＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２とを適切な密閉反応容器に入れ、次いでプロピレンオキシド、無水マレイン酸、および適切な溶媒を添加するステップと、実質的にすべての上記無水マレイン酸、およびプロピレンオキシドが反応して星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を形成するまでステップ（ａ）の上記組み合わせを加熱するステップと、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体に対して過剰の非溶媒に沈殿させるステップと、上記星型のポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を乾燥させて、残っている溶媒を除去するステップと、を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の方法は、コーミングするステップにおける適切な溶媒が、トルエン、ヘキサン、およびそれらの組み合わせから選択される、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、加熱するステップが、組み合わせを、約４０℃〜約８０℃の温度に、約１時間〜約４８時間、または実質的にすべての無水マレイン酸、およびプロピレンオキシドモノマーが反応するまで加熱するステップを含む、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造するための方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、沈殿させるステップが、生成物を過剰のジエチルエーテルとコーミングして、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を溶液から沈殿させることを含む。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、乾燥するステップが真空蒸発によって行われる。
【００２６】
１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、異性化するステップが、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を適切な溶媒に溶解するステップと、溶液にジエチルアミンまたはピペラジンを添加し、不活性雰囲気下で還流温度に加熱して、星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを生成するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造するための方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体の適切な溶媒が、クロロホルム、ジクロロメタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、溶液を、不活性雰囲気下で約１〜約４８時間、または実質的にすべての星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体が異性化するまで、還流温度に加熱する。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを作製するための方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、上記洗浄するステップにおける緩衝溶液がリン酸ナトリウム水溶液である。１つ以上の実施形態では、本発明の３Ｄプリント可能樹脂で使用するためのポリマーを製造する方法は、本発明の第３の態様の上記参照実施形態のいずれか１つ以上を含み、乾燥するステップが真空蒸発によって行われる。
【００２７】
第４の態様では、本発明は、上記の星型コポリマーを含む３Ｄプリントで使用するためのポリマー樹脂に関する。１つ以上の実施形態では、３Ｄプリントで使用するためのポリマー樹脂は、約５０重量％〜約７０重量％の上記ポリマー樹脂を含むであろう。第５の態様では、本発明は、３Ｄプリント可能なスターＰＰＦポリマー樹脂から形成された３Ｄプリントポリマー構造に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明の特徴および利点のより完全な理解のために、発明を実施するための形態およびそこに伴われる図面が参照される。
【００２９】
【図１】メソエリスリトールの１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（５００ＭＨｚ，３０３Ｋ，ＤＭＳＯ−ｄ６）（上）と、メソエリスリトールコアを有する４アーム星型ＰＰＭ  ＤＰ４０の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（５００ＭＨｚ，３０３Ｋ，ＣＤＣｌ３）（下）の比較である。
【００３０】
【図２Ａ】モノマー濃度の関数としての４アーム形状のＰＰＭの総ＤＰの変化を示すグラフである（図２Ａ）。
【図２Ｂ】［ＯＨ］０：［Ｃａｔ．］０＝１：０．０５のトルエン中８０℃で実施した、星型ＰＰＭターゲットＤＰ４０（総モノマー濃度２Ｍ、４Ｍ、および８Ｍ）と線形ＰＰＭターゲットＤＰ１０および４０（総開始モノマー濃度＝８Ｍ）の無水マレイン酸とプロピレンオキシドの共重合の速度論的プロットを比較する（図２Ｂ）。
【図２Ｃ】そして、図２Ｂに記載されたポリマーについて１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、３０３Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって決定された過剰に増加する
【数１３】
2021536515.tif 000017
転化率の変化を比較する（図２Ｃ）。
【００３１】
【図３Ａ】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）（上）と異性化後に得られた対応する４アームスターポリ（プロピレンフマレート）（下）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である（図３Ａ）。
【図３Ｂ】また、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである（図３Ｂ）。
【００３２】
【図４Ａ】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）（上）と異性化後に得られた対応する４アームスターポリ（プロピレンフマレート）（下）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である（図４Ａ）。
【図４Ｂ】また、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである（図４Ｂ）。
【００３３】
【図５Ａ】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）（上）と異性化後に得られた対応する４アームスターポリ（プロピレンフマレート）（下）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である（図５Ａ）。
【図５Ｂ】また、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである（図５Ｂ）。
【００３４】
【図６Ａ】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）（上）と異性化後に得られた対応する４アームスターポリ（プロピレンフマレート）（下）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である（図６Ａ）。
【図６Ｂ】また、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである（図６Ｂ）。
【００３５】
【図７Ａ】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２００の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）（上）と異性化後に得られた対応する４アームスターポリ（プロピレンフマレート）（下）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である（図７Ａ）。
【図７Ｂ】また、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２００の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである（図７Ｂ）。
【００３６】
【図８】ＤＰ２０の４アームポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）のＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ  ＭＳスペクトルの拡大部および各分布の対応する末端基である。
【００３７】
【図９】４アームポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）のＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ  ＭＳスペクトルからの各分布の末端鎖の可能性である。
【００３８】
【図１０Ａ】ηＳＰ／ＣおよびｌＮ（ηｒ）／Ｃ対スターＰＰＦ  ＤＰ４０（図１０Ａ）溶液のポリマー濃度を示すグラフである。４アームＰＰＦの合成を示す３つまたは４つのアームに対応するｇ１／２／ｇ’比の計算
【図１０Ｂ】ＴＨＦ中の線形ＰＰＭ  ＤＰ４０（図１０Ｂ）溶液のポリマー濃度を示すグラフである。４アームＰＰＦの合成を示す３つまたは４つのアームに対応するｇ１／２／ｇ’比の計算
【００３９】
【図１１】４アーム星型ＰＰＭ  ＤＰ４０の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）と、メソエリスリトールコアを有する４アーム星型ＰＰＦ  ＤＰ４０の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（５００ＭＨｚ，３０３Ｋ，ＣＤＣｌ３）（下）の比較である。
【００４０】
【図１２】ＤＰ２０、ＤＰ４０、ＤＰ８０、ＤＰ１２０、ＤＰ２００でのＰＰＦスターポリマーの示差走査熱量測定（ＤＳＣ）トレースの比較である。温度スキャン速度は１０℃・ｍｉｎ−１だった。
【００４１】
【図１３】スターＰＰＦ（２０、４０、８０、１２０、２００）のＤＰの関数としてのＰＰＦ：ＤＥＦ溶液（光開始剤とラジカルスカベンジャーなし）の複素粘度（η＊）の比較である。
【００４２】
【図１４】３  ＰＰＦ：ＤＥＦ比（５０：５０、６０：４０および７０：３０）におけるスターＰＰＦのＤＰの関数としてＰＰＦ：ＤＥＦ溶液の（η０）ゼロせん断粘度を示すグラフである。
【００４３】
【図１５Ａ】プリントされたらせん状スキャフォールドとそれがプリントされたＣＡＤモデルの比較である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、１３６μｍの支柱サイズ、４７５μｍの細孔サイズ、および８８．２％の多孔度を有するＳｃｈｏｅｎらせん状の三重周期極小曲面を使用してＭａｔｌａｂで作成されたらせん状スキャフォールドのＣＡＤモデルの画像である。図１５Ｂは、光学顕微鏡画像であり、図１５Ｄは３Ｄプリントされたらせん状スキャフォールド（８ｍｍ×４ｍｍ、多孔度：８７．６％、支柱サイズ：１３０．９±９．３μｍ、細孔サイズ：４４２μｍ）のμ−ＣＴ画像である。
【図１５Ｂ】プリントされたらせん状スキャフォールドとそれがプリントされたＣＡＤモデルの比較である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、１３６μｍの支柱サイズ、４７５μｍの細孔サイズ、および８８．２％の多孔度を有するＳｃｈｏｅｎらせん状の三重周期極小曲面を使用してＭａｔｌａｂで作成されたらせん状スキャフォールドのＣＡＤモデルの画像である。図１５Ｂは、光学顕微鏡画像であり、図１５Ｄは３Ｄプリントされたらせん状スキャフォールド（８ｍｍ×４ｍｍ、多孔度：８７．６％、支柱サイズ：１３０．９±９．３μｍ、細孔サイズ：４４２μｍ）のμ−ＣＴ画像である。
【図１５Ｃ】プリントされたらせん状スキャフォールドとそれがプリントされたＣＡＤモデルの比較である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、１３６μｍの支柱サイズ、４７５μｍの細孔サイズ、および８８．２％の多孔度を有するＳｃｈｏｅｎらせん状の三重周期極小曲面を使用してＭａｔｌａｂで作成されたらせん状スキャフォールドのＣＡＤモデルの画像である。図１５Ｂは、光学顕微鏡画像であり、図１５Ｄは３Ｄプリントされたらせん状スキャフォールド（８ｍｍ×４ｍｍ、多孔度：８７．６％、支柱サイズ：１３０．９±９．３μｍ、細孔サイズ：４４２μｍ）のμ−ＣＴ画像である。
【図１５Ｄ】プリントされたらせん状スキャフォールドとそれがプリントされたＣＡＤモデルの比較である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、１３６μｍの支柱サイズ、４７５μｍの細孔サイズ、および８８．２％の多孔度を有するＳｃｈｏｅｎらせん状の三重周期極小曲面を使用してＭａｔｌａｂで作成されたらせん状スキャフォールドのＣＡＤモデルの画像である。図１５Ｂは、光学顕微鏡画像であり、図１５Ｄは３Ｄプリントされたらせん状スキャフォールド（８ｍｍ×４ｍｍ、多孔度：８７．６％、支柱サイズ：１３０．９±９．３μｍ、細孔サイズ：４４２μｍ）のμ−ＣＴ画像である。
【００４４】
【図１６Ａ】高さ４．５ｍｍのねじのＣＡＤモデル（図１６Ａ）、
【図１６Ｂ】３Ｄプリントねじの光学顕微鏡画像（図１６Ｂ）、
【図１６Ｃ】およびいくつかの３Ｄプリントねじの写真（図１６Ｃ）である。
【００４５】
【図１７】メソ−エリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）および異性化後に得られた対応する４アーム星型ポリ（プロピレンフマレート）の比較（下）である。
【００４６】
【図１８】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである。
【００４７】
【図１９】メソ−エリスリトールコアを有する合計ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）および異性化後に得られた対応する４アーム星型ポリ（プロピレンフマレート）の比較（下）である。
【００４８】
【図２０】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである。
【００４９】
【図２１】メソ−エリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）および異性化後に得られた対応する４アーム星型ポリ（プロピレンフマレート）の比較（下）である。
【００５０】
【図２２】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである。
【００５１】
【図２３】メソ−エリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）および異性化後に得られた対応する４アーム星型ポリ（プロピレンフマレート）の比較（下）である。
【００５２】
【図２４】メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである。
【００５３】
【図２５】アドニトールコアを有する総ＤＰ４４の５アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（上）および異性化後に得られた対応する５アーム星型ポリ（プロピレンフマレート）の比較（下）である。
【００５４】
【図２６】は、アドニトールコアを有する総ＤＰ４０の５アームスターポリ（プロピレンマレエート）のサイズ排除クロマトグラフィープロファイルである。
【００５５】
【図２７】樹脂の複素粘度対ＰＰＦ：ＤＥＦ比が７０：３０、６０：４０、５０：５０の場合、およびメソエリスリトールコアおよび総ＤＰが２０、４０、８０の４アームスターポリ（プロピレンフマレート）の角周波数の比較である。
【００５６】
【図２８】樹脂の複素粘度対４アーム星型ＰＰＦの総ＤＰをプロットしたグラフである。
【００５７】
【図２９】樹脂の複素粘度対４アームスターＰＰＦと５アームＰＰＦの総ＤＰ４０について、さまざまなＰＰＦ：ＤＥＦ比（７０：３０、６０：４０および５０：５０）の角周波数をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
上で述べたように、積層造形は、他の方法では達成できない、非常に複雑なスキャフォールド形態への経路を提供することにより、組織工学を変えている。線形ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）オリゴマーは、連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）を使用した多孔質らせん状スキャフォールドの３Ｄプリントで優れた特性を示している。それにもかかわらず、これらの線形ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）オリゴマーのプリントに適した粘度特性を有する狭いモル質量（
【数１４】
2021536515.tif 000018
）範囲は、これらの樹脂のプリント速度、プリントされたポリマーの機械的特性の幅、およびスキャフォールドの吸収ウィンドウを大幅に制限する。
【００５９】
様々な実施形態では、本発明は、３Ｄプリント用途のためのＰＰＦベースのコポリマー、ならびにこれらの問題に対処するその製造方法および使用に関する。これらのコポリマーは、プリント可能な粘度範囲の粘度を有し、硬化波長での光伝達を可能にする。粘度はモノマーの重合度と化学量論に密接に関連しているため、ＰＰＦベースのコポリマーの重合度と分子量分布を注意深く制御する必要がある。様々な実施形態では、これらの星型ＰＰＦコポリマーは、開始剤として多官能性アルコール、すなわちメソエリスリトールまたはアドニトール、および無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）との制御されたＲＯＣＯＰの触媒としてのＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２を使用するコアファースト・アプローチによって合成された。メソエリスリトールによる開始は４アームの星型コポリマーをもたらし、アドニトールによる開始は５アームの星型コポリマーをもたらした。これらのスターコポリマーは、分子量と分子量分布を定義している。様々な実施形態では、本発明のマルチアームＰＰＦコポリマーは、同じまたは同等の分子量の対応する線形ＰＰＦよりも低い粘度を有するであろう。結果として、本発明のマルチアームＰＰＦコポリマーは、従来の３Ｄプリンタでの３Ｄプリントに適した粘度（一般に約１Ｐａ．ｓ〜約５．０Ｐａ・ｓ）を有する樹脂を調製するために、より少ないフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）を必要とする。さらに、より高分子量で粘度が比較的低いため、本発明のマルチアームＰＰＦコポリマーを使用して、現在利用可能な線形ＰＰＦポリマーでは不可能な高分子量ＰＰＦ構造を有する３Ｄプリントスキャフォールドを調製することができる。実際、いくつかの実施形態では、本発明のスターＰＰＦポリマーに基づくプリント可能な樹脂は、全
【数１５】
2021536515.tif 000019
が増加するにつれて減少する複素粘度を示し、以前にプリントされた最大の線形ＰＰＦオリゴマーの
【数１６】
2021536515.tif 000020
がほぼ８倍の大きいＰＰＦの迅速なプリントを可能にした。
【００６０】
一態様では、本発明は、中心コアに接続され、中心コアから外側に伸びる３〜約６個のＰＰＦアームを有する星型ＰＰＦベースの３Ｄプリント可能コポリマーに関する。ポリマーまたはコポリマーの文脈において、「スターポリマー」、「星型」、および「マルチアーム」という用語は、本明細書では互換的に使用され、中心コアから外側に伸びる３つ以上のアームを有するポリマーまたはコポリマーを指す。本明細書で使用される場合、「アーム」という用語は、一端が中心コアに結合され、そこから外側に伸びる実質的に線形のポリマーまたはコポリマー鎖を指す。このことから、本明細書では、「ＰＰＦアーム」という用語は、ＰＰＦを含む上記で定義されたアームを指すために使用され、「ＰＰＭアーム」という用語は、本明細書では、ＰＰＭを含むアームを指すために使用される。本明細書で使用される場合、ポリマーまたはコポリマーに適用される「３Ｄプリント可能」という用語は、単独で、またはフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）、架橋剤、希釈剤、光開始剤、染料、光減衰剤、分散剤、乳化剤、セラミック、ＢＩＯＧＬＡＳＳ（商標）、ヒドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム、および／または溶媒などの他の成分とともに使用して、従来の積層造形（３Ｄプリント）技術を使用して、３次元構造にプリントできる樹脂を形成することができるポリマーまたはコポリマーを指す。
【００６１】
様々な実施形態では、本発明のこれらの星型ＰＰＦベースのコポリマーは、３つ、４つ、５つ、または６つのアームを有し得る。本発明の星型ＰＰＦベースの３Ｄプリント可能コポリマーは、いくつかの実施形態では６つを超えるアームを有し得るが、これは、ポリマーの架橋にさらなる困難を生じさせる可能性があるため、好ましくない。いくつかの実施形態では、本発明の星型ＰＰＦベースのコポリマーは、３つのアームを有するであろう。他の実施形態では、本発明の星型ＰＰＦベースのコポリマーは、４つのアームを有するであろう。さらに他の実施形態では、本発明の星型ＰＰＦベースのコポリマーは、５つのアームを有するであろう。
【００６２】
明らかなように、本発明の星型ＰＰＦベースの３Ｄプリント可能コポリマーの中心コアは、開始剤として使用される多官能性アルコールの残基を含み、これらのポリマー上のアームの数は、同様に、多官能性アルコール開始剤に存在するアルコール（すなわちヒドロキシル）官能基の数によって制御される。本明細書で使用される場合、「残基」という用語は、一般に、ポリマーまたは他の大きな分子に組み込まれたモノマーまたは他の化学単位の部分を指すために使用される。例として、１つ以上の実施形態では、「４アームスター」および「４アーム星型」という用語は、メソエリスリトールなどの４つの利用可能なヒドロキシル基を有するアルコールによって開始されるＰＯを使用してＭＡｎのＲＯＣＯＰに由来する４アームを有し、４つのヒドロキシル基のそれぞれが４アームスターポリマーの１つのアームのＲＯＣＯＰを開始し、残りのアルコール分子がコアを形成するＰＰＦコポリマーを指すために使用される。同様に、「５アームスター」および「５アーム星型」という用語は、アドニトールなどの５つの利用可能なヒドロキシル基を有するアルコールによって開始されるＰＯを使用してＭＡｎのＲＯＣＯＰに由来する５アームを有し、５つのヒドロキシル基のそれぞれが５アームスターポリマーの１つのアームのＲＯＣＯＰを開始し、残りのアルコール分子がコアを形成するＰＰＦコポリマーを指す。
【００６３】
上記のように、多官能性アルコール分子を使用して、マグネシウム触媒の存在下でＰＯを使用してＭＡｎのＲＯＣＯＰを開始し、それによって本発明の星型ＰＰＦベースの３Ｄプリント可能コポリマーを形成できることが見出された。本発明の星型ＰＰＦベースの３Ｄプリント可能コポリマーのコアを形成する開始アルコールは、それが３つ以上の利用可能なヒドロキシル官能基を有し、マグネシウム触媒の存在下で、プロピレンオキシド（ＰＯ）モノマーを使用して無水マレイン酸（ＭＡｎ）モノマーのＲＯＣＯＰを開始することができるという条件で、特に限定されない。適切な多官能性アルコール開始剤としては、グリセロール（プロパン−１，２，３−トリオール）、メソ−エリスリトール（（２Ｒ，３Ｓ）−ブタン−１，２，３，４−テトロール）、ペンタエリスリトール（２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール）、テイトール（（２Ｒ，３Ｒ）−ブタン−１，２，３，４−テトロール）、アラビトール（（２Ｒ，４Ｒ）−ペンタン−１，２，３，４，５−ペントール）キシリトール（（２Ｒ，３ｒ，４Ｓ）−ペンタン−１，２，３，４，５−ペントール）、アドニトール（（２Ｒ，３ｓ，４Ｓ）−ペンタン−１，２，３，４，５−ペントール）、フシトール（（２Ｒ，３Ｓ，４Ｒ，５Ｓ）−ヘキサン−１，２，３，４，５−ペントール）、ソルビトール（（２Ｓ，３Ｒ，４Ｒ，５Ｒ）−ヘキサン−１，２，３，４，５，６−ヘキソール）、ダルシトール（（２Ｒ，３Ｓ，４Ｒ，５Ｓ）−ヘキサン−１，２，３，４，５，６−ヘキソール）、マンニトール（ヘキサン−１，２，３，４，５，６−ヘキソール）イジトール（（２Ｒ，３Ｓ，４Ｓ，５Ｒ）−ヘキサン−１，２，３，４，５，６−ヘキソール）、イノシトール（１Ｒ，２Ｓ，３ｒ，４Ｒ，５Ｓ，６ｓ）−シクロヘキサン−１，２，３，４，５，６−ヘキソール）、およびボレミトール（（２Ｒ，３Ｒ，５Ｒ，６Ｒ）−ヘプタン−１，２，３，４，５，６，７−ヘプトール）が含まれ得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、多官能性アルコール開始剤は、糖ベースのアルコールであり得る。１つ以上の実施形態では、多官能性アルコール開始剤は、メソエリスリトールおよびアドニトールを含む糖ベースのアルコールのファミリーから選択され得る。上記のように、メソエリスリトール分子は４つのヒドロキシル官能基を持ち、メソエリスリトールのすべてのヒドロキシル基が、制御された方法でＰＯを使用してＭＡｎのＲＯＣＯＰを開始して、定義された４アーム星型ＰＰＦコポリマーを生成できることを見出した。同様に、アドニトール分子は５つのアルコール部分を有し、同様に、アドニトールのすべてのヒドロキシル基が、制御された方法でＰＯを使用してＭＡｎの共重合を開始して、定義された５アーム星型ＰＰＦコポリマーを生成できることが見出した。
【００６４】
１つ以上の実施形態では、多官能性アルコール開始剤は、国際出願公開第ＷＯ２０１８／１４４８４９号に記載されるような重合後官能化のための１つ以上の他の官能基を含んでよく、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６５】
様々な実施形態において、マグネシウム触媒は、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２またはＭｇＥｔ２であり得るが、好ましくは、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２である。
【００６６】
１つ以上の実施形態では、本発明のＰＰＦベースの３Ｄプリント可能な星型コポリマーは、異性化残基、無水マレイン酸モノマーの残基、およびプロピレンオキシドの残基を含む。以下のように、「プロピレンオキシドモノマーの残基」、「プロピレンオキシドの残基」および「プロピレンオキシド残基」という用語はすべて、ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーに組み込まれたプロピレンオキシドモノマーの部分を指すために本明細書で使用される。同様に、「無水マレイン酸モノマーの異性化残基」、「無水マレイン酸モノマーの異性化残基」、「無水マレイン酸の異性化残基」、「無水マレイン酸の異性化残基」、および「無水マレイン酸異性化残基」という用語は、その後、ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体からのポリ（プロピレンフマレート）コポリマーの形成中に、シス（マレイン酸）配置からトランス（フマル酸）配置に異性化された本発明のポリ（プロピレンフマレート）コポリマーに組み込まれた無水マレイン酸モノマーの残基を指すために交換可能に使用される。
【００６７】
いくつかの実施形態では、２０１８年７月１３日に出願された米国仮出願番号６２／６９７，４３３に記載されているように、本発明のＰＰＦベースの３Ｄプリント可能な星型ポリマーのアームは、無水コハク酸残基をさらに含んでよく、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態では、本発明のＰＰＦベースの３Ｄプリント可能な星型ポリマーのアームは、国際出願公開第ＷＯ２０１８／１４４８４９号に記載されているように、官能化プロピレンオキシドモノマーの残基をさらに含んでよく、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６８】
いくつかの他の実施形態では、本発明のマルチアームＰＰＦコポリマーのアームは、ＷＯ２０１８／１４２３８４に記載されているラクトンとＰＰＦのブロックコポリマーを含んでよく、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。これらの実施形態では、マグネシウム触媒を最初に使用して、１つ以上のラクトンの開環重合によるラクトンブロックの形成を触媒し、次に、上記のように、ＰＯを使用してＭＡｎのＲＯＣＯＰによるＰＰＦブロックの形成を触媒する。マルチアームＰＰＦコポリマーは、線形ＰＰＦコポリマーよりも粘度が低く、吸収が同等であることがわかっている。結果として、これらのコポリマーは、反応性溶媒ＤＥＦのより低い重量分率で３Ｄプリント可能な樹脂を調製するために使用することができる。
【００６９】
上記のように、ＰＰＦの重合度および分散度は、所望の粘度を有するポリマーを得るために注意深く制御されなければならない。当業者によって理解されるように、「重合度」（ＤＰ）は、一般に、高分子、ポリマー、またはオリゴマー分子中のモノマー単位の数を指す。本明細書で使用される場合、重合度は、それぞれ、本発明の星型ＰＰＭコポリマー中間体または星型ＰＰＦコポリマーを形成するプロピレンマレエートまたはプロピレンフマレート単位の総数を指す。明らかなように、本発明の星型ＰＰＦコポリマーのいずれか１つのアームのＤＰ（「アームによる重合度」「アームによるＤＰ」または「アームによる反復単位の数」）は、スターコポリマーの総ＤＰをアーム数で割ったものだろう。したがって、例として、総ＤＰが４０である本発明の４アーム形状のＰＰＦコポリマーは、アームごとのＤＰが１０である。
【００７０】
１つ以上の実施形態では、本発明のコポリマーは、約３〜約６５０、好ましくは約３〜約３２５、およびより好ましくは約３〜約２００の総ＤＰを有する。いくつかの実施形態では、本発明のコポリマーは、約３〜５、他の実施形態では、約３〜１０、他の実施形態では、約３〜１５、他の実施形態では、約３〜２０、他の実施形態では、約３〜３０、他の実施形態では、約３〜５０、他の実施形態では、約３〜１００、他の実施形態では、約３〜２００、他の実施形態では、約１０〜２００、他の実施形態では、約２０〜２００、他の実施形態では、約４０〜２００、他の実施形態では、約８０〜２００の総ＤＰを有するであろう。ここでは、明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、個々の範囲値を組み合わせて、追加の非開示範囲を形成することができる。
【００７１】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）またはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定すると、約０．５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、好ましくは約０．５ｋＤａ〜約５０ｋＤａ、より好ましくは約０．５ｋＤａ〜約３０ｋＤａの数平均分子重量（
【数１７】
2021536515.tif 000021
）を有するであろう。いくつかの実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、ＮＭＲ分光法で計算する、またはサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）またはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定すると、約０．５ｋＤａ〜約８０ｋＤａ、他の実施形態では、約０．５ｋＤａ〜約６０ｋＤａ、他の実施形態では、約０．５ｋＤａ〜約４０ｋＤａ、他の実施形態では、約０．５ｋＤａ〜約２０ｋＤａ、他の実施形態では、約５ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、他の実施形態では、約１０ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、他の実施形態では、約２０ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、他の実施形態では、約３０ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、および他の実施形態では、約５０ｋＤａ〜約１００ｋＤａ、の数平均分子量（
【数１８】
2021536515.tif 000022
）を有するであろう。
【００７２】
１つ以上のこれらの実施形態では、本発明の星型コポリマー組成物は、約１〜約２、好ましくは約１〜約１．７、より好ましくは約１〜約１．４の分子質量分布（
【数１９】
2021536515.tif 000023
）を有するであろう。いくつかの実施形態では、本発明の星型コポリマーは、約１．０〜約２．０、他の実施形態では、約１．２〜約２．０、他の実施形態では、約１．４〜約２．０、他の実施形態では、約１．６〜約２．０、他の実施形態では、約１．８〜約２．０、他の実施形態では、約１．０〜約１．９、他の実施形態では、約１．０〜約１．７、他の実施形態では、約１．０〜約１．５、および他の実施形態では、約１．０〜約１．３の
【数２０】
2021536515.tif 000024
を有するであろう。ここでは、明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、個々の範囲値を組み合わせて、追加の非開示範囲を形成することができる。本明細書で使用される場合、「分散度」、「多分散度」、「分子質量分布」、および「分子量分布」という用語は、材料の数平均分子量に対する重量平均分子量の比（Ｍｗ／Ｍｎ）を指すために交換可能に使用される。
【００７３】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、レオメータによって測定すると、約０．１Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、好ましくは約１．０Ｐａ．ｓ〜約５．０Ｐａ・ｓ、より好ましくは、約３．０Ｐａ．ｓ〜約５．０Ｐａ．ｓの平均複素粘度を有する。いくつかの実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、レオメータで測定すると、約０．５Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約１．０Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約２．０Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約３．０Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約５．０Ｐａ．ｓ〜約１０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約８．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約６．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約４．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約２．０Ｐａ．ｓの平均複素粘度を有する。ここでは、明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、個々の範囲値を組み合わせて、追加の非開示範囲を形成することができる。
【００７４】
様々な実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、紫外可視分光計（ＤＰ１２０の０．００９７〜ＤＰ２０の０．０６８３の範囲）で測定すると、約３０５ｎｍ〜約４０５ｎｍの３Ｄプリント可能波長において、約０．００１〜約０．３、好ましくは約０．００１〜約０．２、より好ましくは約０．００１〜約０．０１の吸光度を有し得る。ここでは、明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、個々の範囲値を組み合わせて、追加の非開示範囲を形成することができる。
【００７５】
当業者には明らかであるように、吸光度は、以下の式を使用して、測定された透過率に基づいて計算される。
Ａ＝２−ｌｏｇ１０（％Ｔ）（式１）
ここで、透過率（Ｔ）はサンプルを通過する光の比率であり、吸光度（Ａ）は参照標準に対する透過されない（つまり吸収される）光の量である。
【００７６】
１つ以上の実施形態では、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、以下の式を有し得る。
【化３】
2021536515.tif 000025
式中、ｍは、約１〜約２００までのアームごとの重合度（アームごとの反復単位の数とも呼ばれる）であり、ｎは、２より大きいアームの数であり、「コア」構造は、ポリマーを形成するために使用される多官能性アルコール開始剤の残基を含む。いくつかの実施形態では、ｎは、３〜６である。いくつかの実施形態では、ｎは、４である。いくつかの実施形態では、ｎは、５である。いくつかの実施形態では、ｎは、５である。いくつかの実施形態では、コアは、メソエリスリトールの残基を含み、ｎは、４である。いくつかの他の実施形態では、コアは、アドニトールの残基を含み、ｎは、５である。
【００７７】
別の態様では、本発明は、上記のマルチアームＰＰＦスターポリマーを製造するための方法に関する。当業者には明らかであるように、重合度は、開始剤の利用可能なモルおよび／または重合反応の時間および温度を制御することによって制御することができる。重合反応を完了させることができる（実質的にすべてのモノマーが反応した）実施形態では、重合度は、利用可能なモノマーの総モル数の関数として開始アルコールの利用可能なモル数を制御することによって制御することができる。いくつかの他の実施形態では、重合度は、プロピレンオキシドのモルおよびコポリマーを形成するために使用される無水マレイン酸の総モルの両方に対する開始アルコール官能基のモルの比を制御することによって制御され得る。１つ以上のこれらの実施形態では、無水マレイン酸およびプロピレンオキシドは、適切な密閉反応容器内で、開始アルコール、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２、および適切な溶媒と１：１のモル比で組み合わされる。当業者は、過度の実験なしに、適切な反応容器を選択、構成、または作成することができるであろう。１つ以上のこれらの実施形態では、無水マレイン酸、プロピレンオキシドおよび開始剤は、無水マレイン酸対プロピレンオキシド対アルコール開始剤官能のモル比が約２００：２００：１〜約３：３：１であるように組み合わされる。
【００７８】
この目的に適した溶媒は、反応が進行するという条件で特に限定されず、トルエン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ＴＨＦ、またはそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。当業者は、過度の実験なしに、適切な反応溶媒を選択することができるであろう。
【００７９】
これらの実施形態では、組み合わせは、実質的にすべての無水マレイン酸およびプロピレンオキシドが反応して、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を形成するまで加熱される。１つ以上の実施形態では、星型のポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、以下の式を有し得る。
【化４】
2021536515.tif 000026
式中、ｍは、約１〜約２００までのアームごとの重合度（アームごとの反復単位の数とも呼ばれる）であり、ｎは、２より大きいアームの数であり、「コア」は、コポリマーを形成するために使用される多官能性開始剤の残基を含む。いくつかの実施形態では、ｎは、３〜６である。いくつかの実施形態では、ｎは、４である。いくつかの実施形態では、ｎは、５である。いくつかの実施形態では、コアは、メソエリスリトールの残基を含み、ｎは、４である。いくつかの他の実施形態では、コアは、アドニトールの残基を含み、ｎは、５である。
【００８０】
１つ以上のこれらの実施形態では、反応性混合物を含む密閉反応容器は、約４０℃〜約８０℃の温度に約１時間〜約２００時間（または本質的にすべてのモノマーが消費されるまで）加熱して、本発明の星型トランス異性体ポリ（プロピレンフマレート）コポリマー組成物の星型シス異性体ポリ（プロピレンマレエート）中間体を生成する。いくつかの実施形態では、密閉反応容器は、約４０℃〜約７５℃、他の実施形態では、約４０℃〜約７０℃、他の実施形態では、約４０℃〜約６５℃、他の実施形態では、約４０℃〜約６０℃、他の実施形態では、約５０℃〜約８０℃、他の実施形態では、約６０℃〜約９０℃、および他の実施形態では、約７０℃〜約１００℃の温度に加熱される。いくつかの実施形態では、密閉反応容器は、約１時間〜約２００時間、他の実施形態では、約１時間〜約１５０時間、他の実施形態では、約１時間〜約１００時間、他の実施形態では、約１時間〜約４８時間、他の実施形態では、約１時間〜約２４時間加熱される。他の実施形態では、約２４時間〜約２００時間、他の実施形態では、約４８時間〜約２００時間、他の実施形態では、約１５０時間〜約２００時間、および他の実施形態では、約１００時間〜約２００時間である。
【００８１】
次に、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、その目的のために当技術分野で知られている任意の適切な方法によって回収することができる。いくつかの実施形態では、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、ジエチルエーテル、イソプロピルアルコール、エチルアルコール、ヘキサン、またはそれらの組み合わせなど、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体に対して過剰の非溶媒への沈殿によって回収され得る。
【００８２】
次に、回収された星型のポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体を乾燥させて、残っている溶媒を除去する。星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、真空蒸発、空気乾燥、回転蒸発、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、当技術分野で知られている任意の適切な方法を使用して乾燥され得る。
【００８３】
上記のように、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体の無水マレイン酸残基のシス二重結合は、次に異性化されて、上記の星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーに到達する。本明細書で使用される場合、「異性化する」および「異性化」という用語は、シス異性体（ＰＰＭ）のそのトランス異性体（ＰＰＦ）形態への変換、または化学反応またはプロセス（「異性化反応」）の文脈では、シス異性体（ＰＰＭ）をそのトランス異性体（ＰＰＦ）の形に変換する反応またはプロセスを広く指す。そして、上記のように、「無水マレイン酸モノマーの異性化残基」、「無水マレイン酸モノマーの異性化残基」、「無水マレイン酸の異性化残基」および「無水マレイン酸の異性化残基」という用語は、具体的には、本発明のＰＰＦベースの３Ｄプリント可能な星型コポリマー組成物を形成するために使用される無水マレイン酸モノマーであって、二重結合が、以下に説明するように、星型のポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体からのポリ（プロピレンフマレート）コポリマーの形成中に、シス（マレイン酸）配置からトランス（フマル酸）配置に異性化された無水マレイン酸モノマーの１つ以上の残基を指す。星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体の異性化は、ポリマーに他のいくつかの変化をもたらすが、おおよその
【数２１】
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、
【数２２】
2021536515.tif 000028
およびＴｇの範囲など、本発明のＰＰＦベースの３Ｄプリント可能な星型コポリマー組成物の最も一般的な特性は、初期ＲＯＣＯＰ反応で決定され、異性化反応中に変化しない。
【００８４】
１つ以上のこれらの実施形態では、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、最初に適切な有機溶媒に溶解される。この目的に適した溶媒は、反応が進行するという条件で特に限定されず、クロロホルム、ジクロロメタン、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。１つ以上の実施形態では、星型ポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体は、クロロホルムに溶解される。次に、ジエチルアミンまたはピリジンなどのある量の有機塩基を溶液に添加し、それを不活性雰囲気下で還流温度に加熱して、本発明の星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを生成する。
【００８５】
いくつかのこれらの実施形態では、溶液を不活性雰囲気下で約１〜約４８時間（または実質的にすべてのポリ（プロピレンマレエート）コポリマー中間体が異性化するまで）還流温度に加熱して、本発明の星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを生成する。いくつかの実施形態では、溶液は、約１時間〜約４８時間、他の実施形態では、約１時間〜約３６時間、他の実施形態では、約１時間〜約３０時間、他の実施形態では、１時間〜約２４時間、他の実施形態では、約６時間〜約４８時間、他の実施形態では、約１２時間〜約４８時間、他の実施形態では、約１８時間〜約４８時間、および他の実施形態では、約２４時間〜約４８時間、および他の実施形態では、約３６時間〜約４８時間還流して、本発明の星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを生成する。
【００８６】
最後に、生成された星型ポリ（プロピレンフマレート）をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄して残留モノマーおよび塩基を除去し、次に乾燥させて星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーを回収し得る。星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーは、その目的のために当技術分野で知られている任意の適切な方法によって精製し得る。いくつかのこれらの実施形態では、星型ポリ（プロピレンフマレート）コポリマーは、過剰のリン酸ナトリウム水溶液または適切な酸溶液で繰り返し洗浄し、有機層を組み合わせ、得られたポリマーを真空中で乾燥させて、精製されたポリマーを生成する。
【００８７】
別の態様では、本発明は、上記のスターＰＰＦコポリマーを含む光架橋可能な３Ｄプリント可能な樹脂に関する。上記のように、本発明のスターＰＰＦコポリマーは、様々な実施形態では、実質的により高い数の平均分子量（
【数２３】
2021536515.tif 000029
）を有し、線形ＰＰＦポリマーと比較した場合、プリント可能な粘度であり、同等の線形ＰＰＦよりも迅速に架橋もする。結果として、本発明のスターＰＰＦコポリマーは、従来の線形ＰＰＦポリマーで調製された３Ｄプリント可能樹脂よりも、希釈剤としてのＤＥＦがより少なく、より高い
【数２４】
2021536515.tif 000030
であり、より速いプリント時間である３Ｄプリント可能樹脂の形成を可能にする。
【００８８】
１つ以上の実施形態では、本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、上記のスターＰＰＦコポリマーおよびＤＥＦのうちの１つ以上を含むであろう。いくつかの実施形態では、本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、２つ以上の異なるスターＰＰＦコポリマーを含むであろう。いくつかの実施形態では、本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂はまた、１つ以上の線形ＰＰＦを含み得る。明らかなように、ＤＥＦは、スターＰＰＦコポリマーの溶媒／希釈剤として、またポリマーが後でプリントおよび硬化されるときに架橋剤として作用する。様々な実施形態では、本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、上記のスターＰＰＦコポリマーの約５０重量％〜約７０％を含むであろう。いくつかの実施形態では、本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、約５５重量％〜約７０％、他の実施形態では、約６０重量％〜約７０重量％、他の実施形態では、約６５重量％〜約７０％重量％、他の実施形態では、約５０重量％〜約６５重量％、他の実施形態では、約５０重量％〜約６０重量％、および他の実施形態では、約５０重量％〜約５５％重量％の上記の星型ＰＰＦコポリマーを含む。
【００８９】
１つ以上の実施形態では、約３０重量％〜約５０重量％のＤＥＦを有する本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、レオメータで測定すると、約０．０１Ｐａ．ｓ〜約２５．０Ｐａ．ｓ、好ましくは約２．０Ｐａ・ｓ〜約５．０Ｐａ・ｓ、より好ましくは約０．１Ｐａ．ｓ〜約１．５Ｐａ・ｓの平均複素粘度を有するであろう。いくつかの実施形態では、これらの光架橋可能な３Ｄプリント可能樹脂（重量でＤＥＦの約３０％〜約５０％を含む）は、レオメータによって測定すると、約０．５Ｐａ．ｓ〜約２５．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約１．０Ｐａ．ｓ〜約２５．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約２．０Ｐａ．ｓ〜約２５．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約４．０Ｐａ．ｓ〜約２５．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約８．０Ｐａ．ｓ〜約２５Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約２０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約１５．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約１０．０Ｐａ．ｓ、他の実施形態では、約０．１Ｐａ．ｓ〜約４．０Ｐａ．ｓの平均複素粘度を有する。ここでは、明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、個々の範囲値を組み合わせて、追加の非開示範囲を形成することができる。
【００９０】
光架橋性３Ｄプリント可能樹脂はまた、１つ以上の光開始剤を含むであろう。３Ｄプリント可能樹脂で使用できる光開始剤は特に限定されず、適切な波長（約２５４〜４５０ｎｍ）でラジカルを生成することができる任意の光開始剤を使用することができる。当業者によって理解されるように、光開始剤の選択は、しばしば、使用される３Ｄプリンタの要件によって決定される。適切な光開始剤には、フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）、ＩＲＧＡＣＵＲＥ（商標）８１９／ＢＡＰＯ（ＢＡＳＦ、ニュージャージー州フローラムパーク）またはＩＲＧＡＣＵＲＥ（商標）７８４（ＢＡＳＦ、ニュージャージー州フローラムパーク）が含まれるが、これらに限定されない。
【００９１】
さらに、光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、染料、光減衰剤、ラジカルスカベンジャー、分散剤、乳化剤、セラミック、バイオガラス、ヒドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム、架橋剤および／または溶媒などの３Ｄプリント可能樹脂で一般的に使用される１つ以上の他の添加剤を含み得る。使用され得る染料は、特に限定されるものではなく、架橋に必要なラジカルをクエンチしないという条件で、３Ｄプリントで従来使用されている任意の染料であってもよい。使用され得る光減衰剤も同様に特に限定されず、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）（シグマ−アルドリッチ社）を含むが、これらに限定されない。適切な乳化剤には、スクロース、トレハロース、または任意の糖分子が含まれ得るが、これらに限定されない。
【００９２】
様々な実施形態では、本発明の実施形態の３Ｄプリント可能樹脂は、組織成長を支持および／または促進するための１つ以上の他の添加剤を含み得る。添加剤は、３Ｄプリント可能樹脂の架橋に必要なラジカルをクエンチしない限り、特に制限されない。様々な実施形態では、３Ｄプリント可能樹脂は、セラミック、ＢＩＯＧＬＡＳＳ（商標）、ヒドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム、およびそれらの組み合わせなどの添加剤を含み得る。
【００９３】
１つ以上の実施形態では、光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、上記のスターＰＰＦコポリマーの１つ以上を約３０重量％〜約５０重量％のＤＥＦに溶解して、約５０重量％〜約７０重量％の上記のスターＰＰＦコポリマーを含むＰＰＦ：ＤＥＦ溶液を形成することによって形成される。上記の他の様々な樹脂成分（例えば、光開始剤、染料、光減衰剤、分散剤、乳化剤、セラミック、バイオガラス、ヒドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム、架橋剤および／または溶媒）は、ＰＰＦポリマーの架橋の前であればいつでも３Ｄプリント可能樹脂に添加することができ、当技術分野で知られているように、樹脂全体に均一に混合される。いくつかの実施形態では、上記のスターＰＰＦコポリマーの約５０重量％〜約７０重量％を有するＰＰＦ／ＤＥＦ溶液が最初に調製される。次に、２つの光開始剤、フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）およびＩｒｇａｃｕｒｅ  ７８４、およびラジカルスカベンジャーオキシベンゾン（ＨＭＢ）をＰＰＦ：ＤＥＦ溶液に３％、０．４％、０．７％でそれぞれ添加し、以前に報告したコポリマーとＤＥＦの混合比を変更したプロトコルに従って樹脂全体に均一に混合して、３Ｄプリント可能なスターＰＰＦ樹脂を得る。Ｊ．Ｐ．Ｆｉｓｈｅｒ，Ｄ．ＤｅａｎおよびＡ．Ｇ．Ｍｉｋｏｓ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００２，２３，４３３３−４３４３およびＹ．Ｌｕｏ，Ｃ．Ｋ．Ｄｏｌｄｅｒ，Ｊ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｒ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｄ．ＤｅａｎおよびＭ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１６，１７，６９０−６９７を参照のこと。この開示はその全体が本明細書に組み込まれる。
【００９４】
本発明の光架橋性３Ｄプリント可能樹脂は、ステレオリソグラフィーまたは連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）技術などの従来の積層造形（３Ｄプリント）技術を使用してプリントされ、実質的に任意の形状を有する３Ｄプリント構造を形成するために光架橋される。任意の適切な光ベースの３Ｄプリンタを使用することができる。適切な３Ｄプリンタには、Ｃａｒｂｏｎ３Ｄプリンタ（ＣＡＲＢＯＮ３Ｄ（商標）、レッドウッドシティー、カリフォルニア州）、ＰＥＲＦＡＣＴＯＲＹ（商標）  Ｐ３  ３Ｄプリンタ（ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ、ディアボーン、ミシガン州）、Ｍｉｃｒｏ  ＨＲ  ２７９プリンタＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ（ディアボーン、ミシガン州、米国）、フォトセントリック・ステレオリソグラフィックまたは光化学３Ｄプリンタが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、本発明の光架橋可能な３Ｄプリント可能樹脂は、放射照度２２５ｍＷ・ｄｍ−２の４０５ｎｍ  ＬＥＤ  ＵＶ光プロジェクターを使用するＭｉｃｒｏ  ＨＲ  ２７９（ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ、ディアボーン、ミシガン州、米国）プリンタを使用してプリントされる。
【００９５】
様々な実施形態では、スターＰＰＦプリント構造は、最初に、所望の構造を３Ｄプリントするための一連の命令を生成し、それらの命令を適切な３Ｄプリンタに送信することによって形成され得る。いくつかのこれらの実施形態では、一連の命令は、使用される３Ｄプリンタによって読み取り可能な適切なコンピュータソフトウェアを使用して生成されたコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを含み得る。いくつかの実施形態では、設計ファイルは、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓソフトウェア（Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ  Ｃｏｒｐ．，ウォルサム、マサチューセッツ州）を使用して作成され得る。いくつかの実施形態では、ＣＡＤモデルは、製造前にＰｅｒｆａｃｔｏｒｙソフトウェアスイートを使用してデジタルでレイヤーにスライスされた。Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｐ３は、透明なガラス板を通って樹脂を含むリザーバーに上向きに突き出る倒立システムである。１つ以上の実施形態では、スターＰＰＦプリント構造をプリントするための命令を含むＣＡＤまたは他のコンピュータファイルは、米国特許第６，８４９，２２３号、第７，７０２，３８０号、第７，７４７，３０５号、第８，７８１，５５７号、第９，２０８，５５８号、第９，２７５，１９１号、第９，２９２，９２０号、第９，３３０，２０６号、第９，６２６，７５６号、第９，６７２，３０２号、第９，６７２，６１７、および第９，６８８，０２３号に記載されるように生成されてよく、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００９６】
上記のように、本発明のスターＰＰＦコポリマーは、様々な実施形態では、線形ＰＰＦポリマーと比較した場合、プリント可能な粘度で実質的により高い数平均分子量（
【数２５】
2021536515.tif 000031
）を有し、同等の線形ＰＰＦよりも迅速に架橋する。これらのスターＰＰＦコポリマーは、同等の線形ＰＰＦポリマーよりもプリント時間を大幅に短縮し、大幅に優れた鮮明度と機械的特性を備えた３Ｄプリント構造を生成することが示される。いくつかの実施形態では、プリント時間は５０％を超えて短縮される。
【００９７】
実験
本発明をより完全に説明し、実施するように減らすために、本発明による４アームＰＰＦコポリマーは、開始剤として糖ベースのアルコールメソエリスリトールを使用して上記のように合成され、２０〜２００の範囲の総ＤＰを有し、その形状が１Ｈ  ＮＭＲ分光法、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）、ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦおよび粘度測定の組み合わせによって評価された。（実施例１２−１５を参照）これらのスターＰＰＦポリマーは、高いＤＰ値でもＤＬＰ  ３Ｄプリントと互換性のある複素粘度のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂を調製するために使用され、円筒形（８ｍｍ×４ｍｍ）のとねじ（高さ４．５ｍｍ）を備えたらせん状スキャフォールドの３Ｄプリントに使用され、これらが評価された。
【００９８】
結果と考察
４アームスターポリプロピレンマレエート（ＰＰＭ）の合成は、４つのヒドロキシ開始官能基を持つ多官能性開始剤としてメソエリスリトールを使用し、無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）の開環共重合（ＲＯＣＯＰ）の触媒としてＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２を使用するコアファースト・アプローチによって実行された（スキーム１）。共重合への影響について、また３Ｄプリント用途に適合した低粘度の定義済みの星型コポリマーを得ることを目的として、さまざまな総モノマー濃度を調査した。
【化５】
2021536515.tif 000032
【００９９】
初期の共重合条件では、ＭＡｎ：ＰＯのモル比を１：１、総モノマー濃度を１、２、４、８、および１４Ｍ、および総ターゲットＤＰが２０、４０、８０、１２０、および２００にそれぞれ対応する各アームについて、５、１０、２０、３０および５０ユニットのメソエリスリトール標的重合度（ＤＰ）の量を使用した。化学的な開始剤として使用されるメソ−エリスリトールの構造（図１（上））および得られたポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）コポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ分光分析（図１（下））により調べた。コポリマーの星型構造は、開始剤からのシグナル１および２’のダウンフィールドシフトによって証明された（それぞれ３．３５〜５．４４ｐｐｍ、および３．３５と３．５０ｐｐｍ〜約４．５０ｐｐｍ）。ポリマー骨格に組み込まれたＭＡｎとＰＯの比は、ほぼ等モルのままであり、さらに、ＰＯの単独重合から観察されたメチレンプロトンに対応するシグナルの欠如（δ＝３．３−３．５ｐｐｍ）により、交互共重合プロセスが確認された。ＤＰ値と対応するモル質量は、コアからのプロトン積分１および２  １Ｈの積分の比、およびＭＡｎ反復単位のオレフィンプロトンに起因するシグナル積分３を使用して計算された。得られたＤＰを、各ターゲットＤＰのモノマー濃度に対してプロットした（図２Ａ）。得られたプロットは、得られたＤＰの強い濃度依存性を明らかにした。より高い総ターゲットＤＰは、一般的に、より高いモノマー濃度を必要とした。一例として、総ターゲットＤＰ２０は２Ｍ濃度から到達したが、完全なモノマー変換を得るには１４Ｍ濃度が必要であり、総ＤＰは２００（４ｘ５０）となった。
【０１００】
共重合プロセス中の濃度の影響をよりよく理解するために、開始剤としてメソエリスリトールを使用して、ターゲットＤＰ４０でさまざまな濃度（２Ｍ、４Ｍ、８Ｍ）で速度論的研究を実施した。比較のために、８Ｍでの速度論的研究も、１つのアームのＤＰまたは星型構造内の総ＤＰに対応する線形ＰＰＭオリゴマーＤＰ１０およびＤＰ４０の合成中に実施された。この目的のために、モノマープロトン共鳴（δ＝７．０１ｐｐｍ）を対応するポリマープロトン共鳴（δ＝６．２７ｐｐｍ）と比較することにより、粗反応混合物の１Ｈ  ＮＭＲを介してｌｎ（［Ｍ０］／［Ｍｔ］）値とＭＡｎ転化率をモニターした。ＰＯのモノマー変換は、ＰＯの蒸気圧と沸点が低く、１Ｈ  ＮＭＲ分光法で評価された積分の信頼性が低い積分につながるために特徴付けられなかった。図２Ｂおよび図２Ｃは、それぞれ、経時的なｌｎ（［Ｍ０］／［Ｍｔ］）値の進展および（
【数２６】
2021536515.tif 000033
ＭＡｎ）
転化率を使用した数平均モル質量の進展を示す。スターＰＰＭ合成の場合、８Ｍ（青いひし形）で、時間に対するｌｎ（［Ｍ］０／［Ｍ］ｔ）の反応速度プロットは、線形関係を明らかにし、これは疑似一次反応速度論を示し、したがって経時的に活性鎖の数が維持され、終了副反応がないリビング重合メカニズムを示唆した。しかし、２Ｍおよび４Ｍ（それぞれピンクと緑の三角形）で実行された共重合では、重合速度の低下とそれに続く重合の早期終了の特徴であるプラトーが観察され、リビング特性の喪失を示している。線形ＰＰＭを提供するための８ＭでのＰＯを使用したＭＡｎのＲＯＣＯＰは、ＤＰ１０（赤い円）およびＤＰ４０（黒い四角）と同様に、疑似一次速度論に従った。これらの線形速度論プロットの傾きから、スターＰＰＭにおける伝播速度定数ｋＰ’および線形ＰＰＭ  ＤＰ４０およびＤＰ１０はそれぞれ計算されて、２．３０×１０−２Ｌ・ｍｏｌ−１・ｓ−１、３．８４×１０−３Ｌ・ｍｏｌ−１・Ｓ−１および２．８８×１０−３Ｌ・ｍｏｌ−１・Ｓ−１であることが見出された。したがって、星型ＰＰＭ  ＤＰ４０の合成は、線形ＰＰＭ  ＤＰ４０の８倍、線形ＤＰ１０の６倍高速である。
【０１０１】
１Ｈ  ＮＭＲにより得られた値
【数２７】
2021536515.tif 000034
を、ＭＡｎ転化率に対してプロットした。得られたプロットは、
【数２８】
2021536515.tif 000035
が転化率とともに直線的に増加し、２Ｍおよび４Ｍを除いて、共重合中に移動反応が発生しなかったことを示した。
【０１０２】
これらの研究により、２０〜２００のさまざまなＤＰを使用して４アームスターＰＰＭを合成するための最適な濃度条件が決定された。テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中での１Ｈ  ＮＭＲおよびサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって得られた合成条件および分子特性を表１に要約する。予想されるＤＰと１Ｈ  ＮＭＲから決定されたＤＰとの間に、強い相関関係が観察された。スターポリマーについて以前に報告されたように、４アームＰＰＭのＳＥＣプロファイル（図３−７）は、スターアーキテクチャに固有の流体力学的体積が小さいため、線形ポリマーと比較してより早い溶出時間にシフトした単峰性ピークを示した。その結果、見かけ
【数２９】
2021536515.tif 000036
値は実際の値よりも低い。モル質量分布（
【数３０】
2021536515.tif 000037
）は、１．２８〜１．４８であり、ＰＯを使用したＭａｎのＲＯＣＯＰによるＰＰＭの合成について報告された
【数３１】
2021536515.tif 000038
の範囲に対応する。（例えば、Ｊ．Ａ．Ｗｉｌｓｏｎ，Ｄ．Ｌｕｏｎｇ，Ａ．Ｐ．Ｋｌｅｉｎｆｅｈｎ，Ｓ．Ｓａｌｌａｍ，Ｃ．Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｉｓ  ａｎｄ  Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１７，１４０，２７７−２８４を参照のこと。その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。
【０１０３】
マトリックス支援レーザー脱離／イオン化飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ  ＭＳ）を使用して、スターポリマーの化学構造を調査した（図８）。すべての分布の末端基は、メソエリスリトール開始に対応する１つのＮａ＋カチオン化剤（２２．９９Ｄａ）のモル質量を考慮して計算された。交互共重合システムから予想され、線形ＰＰＭについて以前に実証されたように（たとえば、Ｓ．Ｓａｌｌａｍ，Ｙ．Ｌｕｏ，Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ｃ．Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｉｓ，Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２０１７，２３，４０２−４１０、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる）、いくつかの主要な寄与が観察され、完全なポリマー繰り返し単位（グループＡ）、半分のポリマー繰り返し単位（すなわち、１つのアームの鎖末端に組み込まれた１つの追加のＰＯ（グループＢ）または１つの追加のＭＡｎ（グループＣ））に起因する（図９を参照）。スターアーキテクチャにより、２つの追加ＰＯ（グループＤ）、２つの追加ＭＡｎ（グループＥ）、３つの追加ＰＯ（グループＦ）、３つの追加ＭＡｎ（グループＧ）、４つの追加ＰＯ（グループＨ）または４つの追加のＭＡｎ（グループＩ）に対応するより多くの分布が観察された。各分布の鎖末端の可能性を図９に示す。
【表１】
2021536515.tif 000039
【０１０４】
ＰＯを使用した共重合中にＭＡｎの単独重合が観察されなかったため、以前の研究でも現在の研究でも、鎖末端として４つのＭＡｎ単位に対応する分布の存在は、４アーム星型ＰＰＭの合成を示した。したがって、触媒としてＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２を使用したＭＡｎとＰＯの共重合は、第一級アルコール基と第二級アルコール基の両方から開始される。
【０１０５】
スターＰＰＭのアーム数を確認するために、スターＰＰＭ  ＤＰ４０（図１０Ａ）および線形ＰＰＭ  ＤＰ４０（図１０Ｂ）の固有粘度をＴＨＦ中で測定した。値は、減少粘度（ηｒｅｄ＝ηｓｐ／Ｃ）をプロットすることにより得られた固有粘度（ηｉｎｈ＝ｌｎ（ηｒ／Ｃ）を濃度でプロットすることによって得られ、［η］スター＝６．４×１０−３Ｌ・ｇ−１および［η］線形＝７．４×１０−３Ｌ・ｇ−１であることが見出された。予想通り、スターポリマーは、同等の線形ポリマーと比較して、セグメント密度がより高く、鎖の絡み合いの量が少ないため、［η］値がより低くなる
【数３２】
2021536515.tif 000040
。
比率ｇ’＝［η］スター／［η］線形は０．８６に等しく、ｆ＝４（アーム）の値ｇ＝６ｆ／［（ｆ＋１）（ｆ＋２）］は０．８であり、結果としてｇ１／２＝０．８９であった。ｇ１／２／ｇ’＝１．０３
2021536515.tif 000041
１．０の関係は、アームの数が４であることを確認した。
【０１０６】
異性化反応の前後に得られた１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シス−アルケンプロトン（δ＝６．３ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランス−アルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、スターＰＰＭ（図１１の（上））がスターＰＰＦ（図１１（下））に正常に異性化されたことを証明した。他の全ての１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、情報（図３〜７）をサポートすることにおいて示されている。ＰＰＦオリゴマーについて以前に報告されたように（例えば、Ｓ．Ｓａｌｌａｍ，Ｙ．Ｌｕｏ，Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ｃ．Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｉｓ，Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２０１７，２３，４０２−４１０を参照。その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる）、各シグナルの積分値によって示されるように、異性化ステップ中に分解は発生しなかった。
【０１０７】
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を使用して、スターＰＦＦコポリマーの熱特性を調査した（図１２）。予想通り、ポリマーはアモルファスであり、それらのガラス転移温度（Ｔｇ）は上記の表１に報告されている。Ｔｇ値が
【数３３】
2021536515.tif 000042
とともに増加する線形ＰＰＦとは対照的に、ＰＰＦスターは、ＤＰ２０の１２．１℃からＤＰ２００の−２．２℃へのＴｇ値の減少を示し、アームの長さが長くなるにつれて鎖の可動性が向上することを強調している。
【０１０８】
次に、フマル酸ジエチル（ＤＥＦ）中のスターＰＰＦ樹脂配合物の複素粘度（η＊）を、ＤＰおよびＰＰＦ：ＤＥＦの重量比（すなわち、５０：５０、６０：４０、および７０：３０）の関数として調査した。ゼロ剪断粘度（η０）は、角周波数に対する複素粘度のプロット（図１３）からゼロ角周波数に対する複素粘度の外挿によって計算した。ゼロ剪断粘度（η０）をスターＰＰＦの数平均モル質量（
【数３４】
2021536515.tif 000043
）の関数として図１４に示す。
【０１０９】
各ＤＰのＰＰＦ：ＤＥＦ重量比７０：３０（図１４内の黒い四角）のゼロせん断粘度値（η０）は、予想どおり、ＰＰＦ：ＤＥＦの重量比５０：５０（青い三角形）よりも高いＰＰＦ：ＤＥＦ重量比６０：４０（赤い円）で得られた値よりも系統的に高いことがわかった。興味深いことに、ＤＰが２０〜１２０に増加すると、星の形状によってゼロせん断粘度が重要かつ直線的に減少し、続いてＤＰ２００においてはわずかに増加した。反対に、線形ＰＰＦオリゴマーの場合、ＤＰの増加は、ゼロせん断粘度の劇的な増加につながることが以前に示されている（たとえば、Ｙ．Ｌｕｏ，Ｇ．Ｌｅ  Ｆｅｒ，Ｄ．Ｄｅａｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１９，２０，１６９９−１７０８を参照。その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）、これは、ＤＰが約２０を超えるＰＰＦに基づく樹脂を３Ｄプリントすることを不可能にし、得られた材料の特性の探索を制限する。このレオロジー挙動は、ＰＰＦスターの
【数３５】
2021536515.tif 000044
増加に伴うＴｇの減少と、η０の増加に対応する最高の
【数３６】
2021536515.tif 000045
鎖の絡み合いの増加の可能性によって説明できると考えられている。
【０１１０】
粘度が低いため、４アームスターＰＰＦ  ＤＰ２００をベースにしたＰＰＦ：ＤＥＦ（５０：５０）樹脂を、光開始剤とラジカルスカベンジャーを追加した後、モデルらせん状スキャフォールド（図１５）のデジタル光処理（ＤＬＰ）３Ｄ印刷に使用した。硬化試験とプリント試験を実施して、各配合物に最も適切なＵＶ露光時間／層を決定した。層の厚さが２５μｍの場合、ベースプレートへのらせん状構造の取り付けが改善され、配合に使用されるＰＰＦの総ＤＰが増加すると、硬化時間／層が大幅に減少した。実際、以前に使用されたＤＰ１０の線形ＰＰＦの場合、ＤＰ２００のスターＰＰＦのプリントが６０秒しか許可されなかった場合、２２５秒の硬化時間／層が必要だった。その結果、高さ４ｍｍのスキャフォールドの合計プリント時間は、線形ＤＰ１０の１３時間以上から、スターＤＰ２００の５時間３０分未満に短縮された。その結果、高さ４ｍｍのスキャフォールドの合計プリント時間は、線形ＤＰ１０の１３時間以上から、スターＤＰ２００の５時間３０分未満に短縮された。
【０１１１】
内部の細孔形状は、スキャフォールドが新組織を誘導する能力に直接影響を与えるため、血管系が欠損部への注入は、ｅｘ  ｖｉｖｏ培養のための細胞播種および／または栄養素の流れを改善でき、それは樹脂の配合、プリントパラメータ、スキャフォールドの構造の間の関係を十分に特徴づけることが最も重要である。この目的のために、スキャフォールドを光学顕微鏡で画像化して、らせん状構造の特徴をより詳細に描写し、それらの実際の支柱サイズを決定した（図１５Ｂ）。らせん状スキャフォールドの構造はまた、それらの総多孔度を決定するために、Ｘ線マイクロコンピューター断層撮影法（μ−ＣＴ）によって特徴づけられた（図１５Ｄ）。対応する細孔サイズは、Ｓｃｈｏｅｎのらせん状の三重周期極小曲面方程式を使用して計算された。（Ｊ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｅ．Ｂｏｄａｍｅｒ，Ｏ．Ｋｒｅｂｓ，Ｙ．Ｌｕｏ，Ａ．Ｋｌｅｉｎｆｅｈｎ，Ｍ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ｄ．Ｄｅａｎ，Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１７，１８，１４１９−１４２５およびＪ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｅ．Ｂｏｄａｍｅｒ，Ａ．Ｋｌｅｉｎｆｅｈｎ，Ｙ．Ｌｕｏ，Ｍ．Ｂｅｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ｄ．Ｄｅａｎ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１７，２，９９−１０８を参照。その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。ＤＰ２００のスターＰＰＦから得られたスキャフォールドは均質で、再現性の高い細孔の空間配置を備えていた。多孔度の値、測定された支柱サイズ、および細孔サイズは、使用されているＣＡＤモデルに密接に対応している。
【０１１２】
さらに、ＰＰＦスターベースのねじは、高さ４．５ｍｍのＣＡＤモデル（図１６Ａ）を使用して正常にプリントされた。（実施例１５を参照）実際に、吸収性ねじは、骨間の圧入を提供し、そのようなものを移植するためにねじが一般的に使用されるため、関心のある構造である。得られたねじ（図１６Ｃ）は、モデルとの良好な相関を示す光学顕微鏡法（図１６Ｂ）によって画像化された。
【０１１３】
結論
ここでは、４アームＰＰＦは、糖ベースのアルコールメソエリスリトールを開始剤として使用し、総ＤＰが２０〜２００の範囲であるコアファースト・アプローチによって合成された。これらのポリマーの星型は、１Ｈ  ＮＭＲ分光法、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）、ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ、および粘度測定の組み合わせによって確認された。これらの結果は、第一級アルコール基と第二級アルコール基の両方からの触媒としてＭｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２を使用したＭＡｎとＰＯの共重合の開始を示した。スターＰＰＦは、高いＤＰ値でもＤＬＰ  ３Ｄプリントと互換性のある複素粘度のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂の調製を可能にし、以前にプリントされた最大のＰＰＦオリゴマーのほぼ８倍の
【数３７】
2021536515.tif 000046
の大きさを有するＰＰＦに基づくらせん状スキャフォールドの正確な３Ｄプリントを可能にする。
【実施例】
【０１１４】
以下の実施例は、本発明をより完全に例示するために提供されるが、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。さらに、いくつかの実施例は、本発明が機能する方法についての結論を含み得るが、発明者は、それらの結論に拘束されることを意図せず、可能な説明としてのみそれらを提示する。さらに、過去形を使用して注記されていない限り、実施例の提示は、実験または手順が実行されたか、実行されなかったか、または結果が実際に取得されたか、または取得されなかったことを意味しない。使用される数値（例えば、量、温度）に関して正確さを保証するための努力がなされてきたが、いくつかの実験誤差および偏差が存在する可能性がある。別途示されない限り、部は重量部であり、分子量は数平均分子量であり、温度は摂氏温度であり、粘度はＰａ．ｓであり、圧力は雰囲気圧またはほぼ雰囲気圧である。
【０１１５】
実験の最初のセット（実施例１〜１１）では、マルチアームの星型ポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）コポリマーは、無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）の開環共重合（ＲＯＣＯＰ）により、開始剤として２つの糖ベースのアルコール、すなわち、メソエリスリトールまたはアドニトールを使用して合成された。メソエリスリトールは、４アームＰＰＭを合成するための多官能性アルコール開始剤として使用され、アドニトールは、５アームＰＰＭを合成するための多官能性アルコール開始剤として使用された。さまざまなモノマー／開始剤のモル比を使用して、異なるＰＰＭアーム長のコポリマーを得た。異性化反応では、シス異性体（ＰＰＭ）が触媒の存在下でトランス異性体（ＰＰＦ）の形に変換された。異性化ステップは、ポリマーに有意な他の変化をもたらさないので、おおよそのＤＰ、
【数３８】
2021536515.tif 000047
および
【数３９】
2021536515.tif 000048
などの本発明の実施形態の星型ＰＰＦコポリマーの最も一般的な態様は、第１の反応で決定される。最後に、これらの星型ＰＰＦコポリマーを、さまざまな量のＤＥＦと組み合わせてＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂を形成し、その複素粘度を３Ｄプリントへの適合性について評価した。
【０１１６】
材料
実施例１〜１１のすべての材料は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ−Ｓｉｇｍａから購入した。Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２は、以前の報告の修正された方法として合成された。（Ｗｉｌｓｏｎ，Ｊ．Ａ．；Ｈｏｐｋｉｎｓ，Ｓ．Ａ．；Ｗｒｉｇｈｔ，Ｐ．Ｍ．；Ｄｏｖｅ，Ａ．Ｐ．，Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．，２０１４，５，２６９１−２６９４を参照。その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。）すべての溶媒はＦｉｓｈｅｒから購入し、Ｐｕｒｅ  Ｓｏｌｖ  ＭＤ−３溶媒精製システム（Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．）および使用前に脱気した。メソエリスリトールおよびアドニトールは、使用前に共沸蒸留によって乾燥させた。無水マレイン酸は、一週間Ｐ２Ｏ５上で真空下で乾燥させた。プロピレンオキシドを水素化カルシウム上で一晩乾燥させた後、真空蒸留した。他のすべての試薬は受け取ったまま使用した。
【０１１７】
機器による方法
プロトン（１Ｈ）ＮＭＲ実験をＶａｒｉａｎ  Ｖａｒｉａｎ  ＮＭＲＳ  ５００分光計を用いて２５℃でＣＤＣｌ３中で実施した。すべての化学シフトは、参照ピーク溶媒であるδ＝７．２６のクロロホルムに対する１００万分の１（ｐｐｍ）で記録された。重合度（ＤＰ）と分子量は、１Ｈ  ＮＭＲ積分から計算された。ポリマーの分散度（Ｄ）は、ＴＳＫｇｅｌ  ＧＭＨＨＲ−Ｍカラムを直列に接続したＴｏｓｏｈ  ＥｃｏＳＥＣ  ＨＬＣ−８３２０ＧＰＣでのサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定された。この決定に使用される検出器は、屈折率検出器（ＲＩ）である。１．０ｍＬ．ｍｉｎ−１で流れる溶離液としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を使用した。分子量は、ポリスチレン標準から決定された検量線を介して計算された。サンプル濃度は１０ｍｇ・ｍＬ−１である。
【０１１８】
星型ＰＰＭコポリマーの一般的な合成手順
これらのマルチアーム星型を合成するための一般的な手順ｐｏｌｙ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）コポリマーは次のとおりだった：グローブボックス内で、糖ベースのアルコール開始剤（メソエリスリトールまたはアドニトール）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２触媒、無水トルエン、ＭＡｎおよびＰＯを、火炎乾燥したシュレンクにこの順序で導入した。総モノマー濃度は８Ｍだった。シュレンクをＰＴＦＥプラグで密封し、グローブボックスから取り出した。混合物を８０℃で撹拌しながら、定義された時間（通常、ＰＰＭがシュレンクの底に沈殿し、上澄みが透明に見えるまで）撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。
【実施例１】
【０１１９】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の合成
メソ−エリスリトール（１１２．１２ｇ．ｍｏｌ−１、２４９．１ｍｇ、２．０４ｍｍｏｌ）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ．ｍｏｌ−１、２４６．８ｍｇ、４．０８×１０−１ｍｍｏｌ）、無水トルエン（１０．２ｍＬ）、ＭＡｎ（９８．０６ｇ．ｍｏｌ−１、４．０グラム、４０．８ｍｍｏｌ）、およびＰＯ（５８．０８ｇ．ｍｏｌ−１、２．８５ｍＬ、４０．８ｍｍｏｌ）をこの順序で、火炎乾燥したシュレンクに導入した。シュレンクはＰＴＦＥプラグで密封され、グローブボックスから取り出された。溶液を８０℃で２４時間撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：８８％。
【０１２０】
得られた４アームスターポリ（プロピレンマレエート）コポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けらた：６．４２−６．１８（ｍ、４２．１Ｈ、Ｃ＝ＯＣＨＣＨＣ＝Ｏ）、５．４４（ｍ、２Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ２ＯＲ）、５．３６−５．１７（ｍ、２１．２Ｈ、ＣＨ２ＣＨＣＨ３Ｏ）、４．５５−４．４７（ｄ、１．７Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨＨＯＲ）、４．４５−４．００（ｍ、４４．９Ｈ、ＯＣＨ２ＣＨＣＨ３）、１．４１−１．２３（ｍ、５４．３Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）、１．２３−１．０（ｍ、１２．１Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）ＯＨ）。メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図１７（上）に示す。重合度および結果として生じる分子量（
【数４０】
2021536515.tif 000049
）１Ｈ  ＮＭＲ計算により確認された。分子質量分布（分散度）（
【数４１】
2021536515.tif 000050
）は、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定され、トレースは図１８に示される。結果は以下の表２に報告される。
【実施例２】
【０１２１】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の合成
メソ−エリスリトール（１１２．１２ｇ．ｍｏｌ−１、１２４．５ｍｇ、１．０２ｍｍｏｌ）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ．ｍｏｌ−１、１２３．４ｍｇ、２．０４×１０−１ｍｍｏｌ）、無水トルエン（１０．２ｍＬ）、ＭＡｎ（９８．０６ｇ．ｍｏｌ−１、４．０グラム、４０．８ｍｍｏｌ）、およびＰＯ（５８．０８ｇ．ｍｏｌ−１、２．８５ｍＬ、４０．８ｍｍｏｌ）をこの順序で、火炎乾燥したシュレンクに導入した。シュレンクはＰＴＦＥプラグで密封され、グローブボックスから取り出された。溶液を８０℃で４８時間撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：７８％
【０１２２】
得られた４アームスターポリ（プロピレンマレエート）コポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けた：６．４２−６．１８（ｍ、７９．３Ｈ、Ｃ＝ＯＣＨＣＨＣ＝Ｏ）、５．４４（ｍ、２Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ２ＯＲ）、５．３６−５．１７（ｍ、３７．５Ｈ、ＣＨ２ＣＨＣＨ３Ｏ）、４．５５−４．４７（ｄ、２．１Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨＨＯＲ）、４．４５−４．００（ｍ、８６．５Ｈ、ＯＣＨ２ＣＨＣＨ３）、１．４１−１．２５（ｍ、１３０．２Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）、１．２５−１．０（ｍ、１１．８Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）ＯＨ）。メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図１９（上）に示す。重合度および結果として生じる分子量（
【数４２】
2021536515.tif 000051
）１Ｈ  ＮＭＲ計算により確認された。分散度（
【数４３】
2021536515.tif 000052
）はサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定され、そのトレースは図２０に示される。結果は以下の表２に報告される。
【実施例３】
【０１２３】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の合成
メソ−エリスリトール（１１２．１２ｇ．ｍｏｌ−１、６２．３ｍｇ、５．１０×１０−１ｍｍｏｌ）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ．ｍｏｌ−１、６１．７ｍｇ、１．０２×１０−１ｍｍｏｌ）、無水トルエン（１０．２ｍＬ）を、ＭＡｎ（９８．０６ｇ．ｍｏｌ−１、４．０グラム、４０．８ｍｍｏｌ）およびＰＯ（５８．０８ｇ．ｍｏｌ−１、２．８５ｍＬ、４０．８ｍｍｏｌ）をこの順序で、火炎乾燥したシュレンクに導入した。シュレンクはＰＴＦＥプラグで密封され、グローブボックスから取り出された。溶液を８０℃で１００時間撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：８２％
【０１２４】
得られた４アームスターポリ（プロピレンマレエート）コポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けた：６．４７−６．１８（ｍ、１６１．３Ｈ、Ｃ＝ＯＣＨＣＨＣ＝Ｏ）、５．４４（ｍ、２Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ２ＯＲ）、５．３７−５．０５（ｍ、８２．２Ｈ、ＣＨ２ＣＨＣＨ３Ｏ）、４．５８−４．４６（ｄ、２．４Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨＨＯＲ）、４．４５−３．９８（ｍ、１９４．８Ｈ、ＯＣＨ２ＣＨＣＨ３）、１．５１−１．２５（ｍ、２５１．４Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）、１．２１−１．０（ｍ、１３．６Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）ＯＨ）。メソ−エリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アーム星型ポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２１（上）に示す。重合度および結果として生じる分子量（
【数４４】
2021536515.tif 000053
）１Ｈ  ＮＭＲ計算により確認された。分散度（
【数４５】
2021536515.tif 000054
）はサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定され、トレースは図２２に示される。結果は表２に報告される。
【実施例４】
【０１２５】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンマレエート）の合成
メソ−エリスリトール（１１２．１２ｇ．ｍｏｌ−１、３１．１ｍｇ、２．５５×１０−１ｍｍｏｌ）、マグネシウム（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ．ｍｏｌ−１、３０．８ｍｇ、５．１０×１０−２ｍｍｏｌ）、無水トルエン（７．６ｍＬ）を、ＭＡｎ（９８．０６ｇ．ｍｏｌ−１、３．０グラム、３０．６ｍｍｏｌ）、およびＰＯ（５８．０８ｇ．ｍｏｌ−１、２．１４ｍＬ、３０．６ｍｍｏｌ）をこの順序で、火炎乾燥したシュレンクに導入した。シュレンクはＰＴＦＥプラグで密封され、グローブボックスから取り出された。溶液を８０℃で１５０時間撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：７２％
【０１２６】
得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）：６．５０−６．１８（ｍ、２３９．９Ｈ、Ｃ＝ＯＣＨＣＨＣ＝Ｏ）、５．４４（ｍ、２Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ２ＯＲ）、５．３７−４．９６（ｍ、１１３．２Ｈ、ＣＨ２ＣＨＣＨ３Ｏ）、４．５８−４．４６（ｄ、２．１Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨＨＯＲ）、４．４５−３．９４（ｍ、２３２．８Ｈ、ＯＣＨ２ＣＨＣＨ３）、１．４９−１．２２（ｍ、３１８．５Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）、１．２２−１．０（ｍ、１４．９Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）ＯＨ）によって特徴付けられた。メソ−エリスリトールコアと総ＤＰ１２０の４アーム星型ポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２３（上）に示す。重合度および結果として生じる分子量（
【数４６】
2021536515.tif 000055
）１Ｈ  ＮＭＲ計算により確認された。分散度（
【数４７】
2021536515.tif 000056
）はサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定され、トレースは図２４に示される。結果は以下の表２に報告される。
【表２】
2021536515.tif 000057
【実施例５】
【０１２７】
アドニトールコアを有する総ＤＰ４０の５アームスターポリ（プロピレンマレエート）の合成
アドニトール（１５２．１５ｇ．ｍｏｌ−１、１１６．３ｍｇ、７．６５×１０−１ｍｍｏｌ）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ．ｍｏｌ−１、９２．５ｍｇ、１．５３×１０−１ｍｍｏｌ）を、無水トルエン（７．６ｍＬ）を、ＭＡｎ（９８．０６ｇ．ｍｏｌ−１、３．０グラム、３０．６ｍｍｏｌ）およびＰＯ（５８．０８ｇ．ｍｏｌ−１、２．１４ｍＬ、３０．６ｍｍｏｌ）をこの順序で、火炎乾燥したシュレンクに導入された。シュレンクはＰＴＦＥプラグで密封され、グローブボックスから取り出された。溶液を８０℃で４８時間撹拌した。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：８５％
【０１２８】
得られた５アームスターポリ（プロピレンマレエート）コポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられた：６．４７−６．１６（ｍ、７９．８Ｈ、Ｃ＝ＯＣＨＣＨＣ＝Ｏ）、５．６４−５．４３（ｍ、３Ｈ、ＯＲＣＨ２ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ（ＯＲ）ＣＨ２ＯＲ）、５．４０−５．００（ｍ、３６．７Ｈ、ＣＨ２ＣＨＣＨ３Ｏ）、４．６１−４．４５（ｄ、２．３Ｈ、ＣＨ（ＯＲ）ＣＨＨＯＲ）、４．４５−３．９５（ｍ、７８．１Ｈ、ＯＣＨ２ＣＨＣＨ３）、１．４４−１．２２（ｍ、１１９．１Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）、１．２２−１．０（ｍ、１４．１８Ｈ、ＣＨ（ＣＨ３）ＯＨ）。アドニトールコアを有する総ＤＰ４０の５アームスターポリ（プロピレンマレエート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２５（上）に示す。重合度および結果として生じる分子量（
【数４８】
2021536515.tif 000058
）１Ｈ  ＮＭＲ計算により確認された。分散度（
【数４９】
2021536515.tif 000059
）はサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定され、トレースは図２６に示される。結果は以下の表３に報告される。
【表３】
2021536515.tif 000060
【０１２９】
星型ＰＰＭの星型ＰＰＦへの異性化
異性化反応の一般的な手順は次のとおりである。マルチアームＰＰＭコポリマーをクロロホルムに溶解して、ＭＡｎ残基の濃度を０．５ｍｏｌ．Ｌ−１にした。ジエチルアミン（ＤＥＡ）（０．１５当量／ＭＡｎ残基）を加え、溶液を不活性雰囲気下で２４時間還流した。有機層を１Ｍリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発により、コポリマーを回収して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。
【実施例６】
【０１３０】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターＰＰＭの対応する星型ＰＰＦへの異性化
実施例１から回収した６ｇの星型ＰＰＭ（１．７９ｍｍｏｌ、３７．１ｍｍｏｌのＭＡｎ残基）をクロロホルム７４ｍＬに溶解し、ジエチルアミン０．５８ｍＬ（５．５７ｍｍｏｌ）を溶液に添加した。溶液を不活性雰囲気下で２４時間加熱還流した。次に、有機溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発によりクロロホルムを除去して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：９３％。
【０１３１】
得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられ、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ２０の４アームスターポリ（プロピレンフマレート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図１７（下）に示す。異性化反応の前後に実施された１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シスアルケンプロトン（δ＝６．２ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランスアルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、実施例１の４アームスターＰＰＭが対応する４アームスターＰＰＦを形成するために正常に異性化されたことを証明した。
【実施例７】
【０１３２】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターＰＰＭの対応する星型ＰＰＦへの異性化
実施例２からの回収した４．８ｇの星型ＰＰＭ（７．６２×１０−１ｍｍｏｌ、ＭＡｎ残基の３０．５ｍｍｏｌ）をクロロホルム６１ｍＬに溶解し、ジエチルアミン０．４７ｍＬ（４．５７ｍｍｏｌ）を溶液に添加した。溶液を窒素流下で２４時間加熱還流した。次に、有機溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発によりクロロホルムを除去して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：９５％
【０１３３】
得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられ、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ４０の４アームスターポリ（プロピレンフマレート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図１９（下）に示す。異性化反応の前後に実施された１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シスアルケンプロトン（δ＝６．２ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランスアルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、実施例２のスターＰＰＭが対応するスターＰＰＦを形成するために正常に異性化されたことを証明した。
【実施例８】
【０１３４】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターＰＰＭの対応する星型ＰＰＦへの異性化
実施例３からの回収した５．５ｇの星型ＰＰＭ（４．２６×１０−１ｍｍｏｌ、ＭＡｎ残基の３５．０ｍｍｏｌ）をクロロホルム７０ｍＬに溶解し、ジエチルアミン０．５４ｍＬ（５．２４ｍｍｏｌ）を溶液に添加した。溶液を不活性雰囲気下で２４時間加熱還流した。次に、有機溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発によりクロロホルムを除去して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：９１％。得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられ、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ８０の４アームスターポリ（プロピレンフマレート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２１（下）に示す。異性化反応の前後に実施された１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シスアルケンプロトン（δ＝６．２ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランスアルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、実施例３のスターＰＰＭが対応するスターＰＰＦに正常に異性化されたことを証明した。
【実施例９】
【０１３５】
メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターＰＰＭの対応する星型ＰＰＦへの異性化
実施例４からの回収した３．５ｇの星型ＰＰＭ（１．８６×１０−１ｍｍｏｌ、ＭＡｎ残基の２３．２ｍｍｏｌ）をクロロホルム４６ｍＬに溶解し、ジエチルアミン０．３６ｍＬ（３．４８ｍｍｏｌ）を溶液に添加した。溶液を不活性雰囲気下で２４時間加熱還流した。次に、有機溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発によりクロロホルムを除去して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：９５％
【０１３６】
得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられ、メソエリスリトールコアを有する総ＤＰ１２０の４アームスターポリ（プロピレンフマレート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２３（下）に示す。異性化反応の前後に実施された１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シスアルケンプロトン（δ＝６．２ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランスアルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、実施例５のスターＰＰＭが対応するスターＰＰＦを形成するために正常に異性化されたことを証明した。
【実施例１０】
【０１３７】
アドニトールコアを有する総ＤＰ４０の５アームスターＰＰＭの対応する星型ＰＰＦへの異性化
実施例５から回収した３．６ｇの星型ＰＰＭ（５．１４×１０−１ｍｍｏｌ、ＭＡｎ残基の２３．１ｍｍｏｌ）をクロロホルム４６ｍＬに溶解し、ジエチルアミン０．３６ｍＬ（３．４７ｍｍｏｌ）を溶液に添加した。溶液を不活性雰囲気下で２４時間加熱還流した。次に、有機溶液をリン酸ナトリウム水溶液で洗浄し、真空下での蒸発によりクロロホルムを除去して、粘着性のあるベージュ色の粉末を得た。収率：９７％
【０１３８】
得られたコポリマーは、１Ｈ  ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、２９８Ｋ、ＣＤＣｌ３）によって特徴付けられ、アドニトールコアを有する総ＤＰ４４の５アームスターポリ（プロピレンフマレート）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを図２５（下）に示す。異性化反応の前後に実施された１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、シスアルケンプロトン（δ＝６．２ｐｐｍ）に対応するプロトン共鳴シグナルの消失とトランスアルケンプロトン（δ＝６．７ｐｐｍ）に対応する新しいプロトン共鳴シグナルの出現を示すことによって、実施例５のスターＰＰＭが対応するスターＰＰＦに正常に異性化されたことを証明した。
【０１３９】
３Ｄプリント用の星型ＰＰＦベースの樹脂の調製
当業者には明らかであるように、使用される流体ポリマー樹脂の粘度、したがって流動性は、特定の３Ｄプリント方法において重要な変数である。一般に、使用するポリマー樹脂の粘性が高い（すなわち、流動性が低い）ほど、光架橋法（３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｒｏｃｋ  Ｈｉｌｌ、Ｓ．Ｃ．）ステレオリソグラフィーまたはＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｄａｌｌａｓ、Ｔｅｘ．）Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（商標）チップ。ポリマー樹脂の流動性は、加熱するか、ＤＥＦなどの毒性の低い溶媒を添加することで向上する。実際には、粘度を下げるこれらの方法は制限されており、なぜなら、熱が多すぎるとポリマーの自己触媒作用が起こり、大量のＤＥＦが結果として得られる３Ｄプリント物の材料特性を劇的に低下させるからである。
【０１４０】
線形ＰＰＦコポリマーの場合、混合ポリマーの粘度を下げるために溶媒のような低分子量ＰＰＦを使用することが好ましいと一般的に理解されており、それによってそのＰＰＦポリマーで作られた３Ｄプリント樹脂の流動性が低下する。このため、３Ｄプリント樹脂の機械的特性に対する高分子量の影響を調査することはできなかった。しかしながら、本発明の星型ＰＰＦコポリマーは、それらの線形対応物よりも実質的に低い粘度を有するので、はるかに広い範囲の分子量にわたって３Ｄプリント可能なＰＰＦポリマーを調査することが可能になった。
【実施例１１】
【０１４１】
実施例６〜１０のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂の複素粘度
上記の実施例６〜１０のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂の複素粘度は、以下の手順を使用して測定された。実施例６〜１０で生成した０．８０ｇの星型ＰＰＦコポリマーを０．８０ｇ、０．５３ｇおよび０．３４ｇのＤＥＦと混合し、４５℃で一晩加熱して、それぞれ５０：５０、６０：４０および７０：３０のＰＰＦ：ＤＥＦ溶液を調製した。それらは室温まで冷却した後、各溶液の複素粘度は、直径５０ｍｍのプレートを備えたＴＡ機器ＡＲＥＳ−Ｒ２レオメータを使用して、６３０ｒａｄ．ｓ−１〜０．６ｒａｄ．ｓ−１の角周波数の周波数掃引モードで、ひずみ１０％で測定された。
【０１４２】
メソエリスリトールコアおよび２０〜８０までの総ＤＰを有する４アームＰＰＦの３つの異なるＰＰＦ：ＤＥＦ重量比での複素粘度を図２７にプロットし、平均値を以下の表４に報告する。ＤＰ２０を有する４アーム星型ＰＰＦの溶液は、１〜２５Ｐａ．ｓの範囲の複素粘度を有し、ＤＰ８０を有する４アーム星型ＰＰＦの溶液は、０．６〜１０Ｐａ．ｓの範囲の複素粘度を有する。見てわかるように、コポリマーのＤＰが増加すると、コポリマー／ＤＥＦ溶液の複素粘度が低下し、プリント可能な粘度範囲の高分子量ＰＰＦの樹脂の調製が可能になる。さらに、ＰＰＦ：ＤＥＦ溶液の平均粘度は、溶液のコポリマー含有量の増加とともに増加した。ＤＰが８０からの７０％ＰＰＦ樹脂の平均粘度は、１０Ｐａ．ｓ未満の３Ｄプリント可能な範囲にあることがわかった。また、図２８に示すように、樹脂の平均複素粘度値を総ＤＰに対してプロットすると、ＰＰＦ：ＤＥＦ  ７０／３０比のＤＰ依存性が高くなり、ＤＰをさらに増加させることによるＤＥＦの割合が低い場合でも、低粘度樹脂の予測可能な開発が可能になる。
【表４】
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【０１４３】
アドニトールコアと総ＤＰ４０を有する５アームＰＰＦの３つのさまざまなＰＰＦ：ＤＥＦ重量比での平均複素粘度を以下の表５に示す。値の範囲はＰＰＦ：ＤＥＦ  ５０：５０の０．７６Ｐａ．ｓ〜ＰＰＦ：ＤＥＦ  ７０：３０の２０．１５Ｐａ．ｓであり、図２９の証拠として、同じＤＰの４アームＰＰＦで得られた値を下回っていて、これはアームの数と複素粘度の相関関係を示している。
【表５】
2021536515.tif 000062
【０１４４】
また、これらのポリマーの
【数５０】
2021536515.tif 000063
は、予測可能でよく知られているため、
【数５１】
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の異なるバッチをブレンドして、所望の粘度、劣化、および／または他の特性を得ることができる。星型ＰＰＦのバッチは、線形ＰＰＦとブレンドすることもできる。
【０１４５】
実験の２番目のセット（実施例１２〜１４）では、４アームＰＰＦコポリマーは、開始剤として糖ベースのアルコールメソエリスリトールを使用して上記のように合成され、２０〜２００の範囲の総ＤＰを有し、その形状を１Ｈ  ＮＭＲ分光法、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）、ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦおよび粘度測定の組み合わせによって評価した。スターＰＰＦポリマーは、高いＤＰ値でもＤＬＰ  ３Ｄプリントと互換性のある複素粘度のＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂を調製するために使用され、評価されたらせん状スキャフォールドの３Ｄプリントに使用された。
【０１４６】
材料
実施例１２〜１５のすべての試薬は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（セントルイス、ミズーリ州、米国）から購入した。すべての溶媒はＦｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（ハンプトン、ニューハンプシャー州、米国）から購入し、Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．（ニューベリーポート、マサチューセッツ州、米国）Ｐｕｒｅ  Ｓｏｌｖ  ＭＤ−３溶媒精製システムを使用して乾燥させた。Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２は、以前に報告されたように合成された。Ｊ．Ａ．Ｗｉｌｓｏｎ，Ｓ．Ａ．Ｈｏｐｋｉｎｓ，Ｐ．Ｍ．Ｗｒｉｇｈｔ  ａｎｄ  Ａ．Ｐ．Ｄｏｖｅ，Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１４，５，２６９１−２６９４を参照。これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。メソエリスリトールは、使用前に共沸蒸留により乾燥させた。無水マレイン酸は、一週間Ｐ２Ｏ５上で真空下で乾燥させた。プロピレンオキシドを水素化カルシウム上で一晩乾燥させた後、真空蒸留した。他のすべての試薬は受け取ったまま使用した。
【０１４７】
実施例１２〜１５の特性評価手法
プロトン（１Ｈ）ＮＭＲ実験は、Ｖａｒｉａｎ（Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ、カリフォルニア州、米国）Ｍｅｒｃｕｒｙ  ＮＭＲＳ  ５００分光計を使用して、ＤＭＳＯ−ｄ６またはＣＤＣｌ３で２５℃で実施した。すべての化学シフトは、参照ピーク溶媒に対する１００万分の１（ｐｐｍ）で記録された。δ＝２．５０ｐｐｍのＤＭＳＯおよびδ＝７．２６ｐｐｍのクロロホルムである。
【０１４８】
相対数−平均モル質量（
【数５２】
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）およびコポリマーのモル質量分布（
【数５３】
2021536515.tif 000066
）は、ＴＳＫｇｅｌ  ＧＭＨＨＲ−Ｍカラムを直列に接続したＴｏｓｏｈ（グローブシティー、オハイオ州、米国）  ＥｃｏＳＥＣ  ＨＬＣ−８３２０ＧＰＣでのサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定された。この測定に使用した検出器は屈折率検出器（ＲＩ）で、１．０ｍＬ．ｍｉｎ−１で流れる溶離液としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を使用した。サンプル濃度は１０ｍｇ・ｍＬ−１であった。相対的
【数５４】
2021536515.tif 000067
は、ＮＩＳＴトレーサブルポリスチレン標準から決定された検量線を使用して計算された。
【０１４９】
ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ質量スペクトルは、３５５ｎｍで発光するＮｄ：ＹＡＧレーザーを備えたＢｒｕｋｅｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｆｌｅｘ  ＩＩＩ  ＭＡＬＤＩ−ＴｏＦ／ＴｏＦ質量分析計で記録された。機器は陽イオンモードで操作された。すべてのサンプルを最終濃度１０ｍｇ・ｍＬ−１でＴＨＦに溶解した。トランス−２−［３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−２−メチル−２−プロペニリデン］マロノニトリル（ＤＣＴＢ）（２０ｍｇ・ｍＬ−１）は、マトリックスとして作用し、トリフルオロ酢酸ナトリウム（ＮａＴＦＡ）（１０ｍｇ・ｍＬ−１）は、カチオン化剤として作用した。サンプルを調製し、１０：１の比率で混合した。マトリックスとサンプル溶液は、サンドイッチ法を用いてＭＡＬＤＩ−ＴｏＦターゲットプレートに適用した。ＦｌｅｘＡｎａｌｙｓｉｓソフトウェアを使用してＭＡＬＤＩ−ＴｏＦデータを分析した。
【０１５０】
星型ＰＰＭのアーム数を確認するために、重合度（ＤＰ）が４０の星型ＰＰＭの固有粘度を、３５℃でＵｂｂｅｌｏｈｄｅ粘度計を使用してＴＨＦ中で測定した。各サンプルはＴＨＦで調製し、粘度計で既知の容量を追加して直接希釈した。フロー時間は各濃度で記録された（ｎ＝３）。星型ＰＰＦの固有粘度と同様の
【数５５】
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を有する線形ＰＰＦベアリングの固有粘度の比（ｇ’）は、式２に従って実験的に推定された。
ｇ’＝［η］スター／［η］線形（式２）
ここで、［η］スターと［η］線形は、それぞれスターＰＰＦと線形ＰＰＦの固有粘度である。完全なアーム構造を持つ星型ポリマーの場合、ＺｉｍｍおよびＫｉｌｂによって提案されているように、ｇ１／２＝ｇ’またはｇ１／２／ｇ’＝１．０の強い関係がある（Ｂ．Ｈ．Ｚｉｍｍ  ａｎｄ  Ｒ．Ｗ．Ｋｉｌｂ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９５９，３７，１９−４２を参照。その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。パラメータ（ｇ）は、星型ポリマーの平均二乗回転半径（Ｒｇ）と、同様の
【数５６】
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を有する線形対応物の回転半径の比として定義され、および式３に従って計算でき、ここで、パラメーターｆは星型ポリマーのアームの数である。
ｇ＝６ｆ／［（ｆ＋１）（ｆ＋２）］（式３）
【０１５１】
ＰＰＦ：ＤＥＦ樹脂の複素粘度（η＊）は、４ｍｍのギャップを持つ直径５０ｍｍの平行板を使用したＴＡ（Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ、デラウェア州、米国）のＡＲＥＳ−Ｇ２レオメータを使用して得られた。測定は、２５℃、８％のひずみ、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚ（０．６〜６２８．３ｒａｄ・ｓ−１）の範囲の周波数で、実行された。振動せん断測定は、線形応答レジームで行われた。
【０１５２】
Ｏｌｙｍｐｕｓ  Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｅ（センターバレー、ペンシルベニア州、米国）を使用してスキャフォールドを画像化し、らせん状アーキテクチャの特徴をより詳細に描写した。らせん状スキャフォールドの構造は、Ｘ線マイクロコンピューター断層撮影（μ−ＣＴ）Ｓｋｙｓｃａｎ  １１７２（Ｂｒｕｋｅｒ；Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ、マサチューセッツ州、米国）を使用して非破壊的に特徴付けられた。スキャフォールドの３Ｄスキャンは、次のパラメーターを使用して実行された：４０ｋＶ電圧、中型カメラ（ピクセルサイズ＝８．７３μｍ）、フィルターなし、２３８ｍｓのカメラ露出プリセット時間および７．０μｍの解像度。
【０１５３】
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、ＤＳＣ−ＴＡ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ＤＳＣ２５０（Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ、ＤＥ、ＵＳＡ）を使用して、−４０〜８０℃の温度範囲を１０℃・ｍｉｎ−１の加熱および冷却ランプでスキャンして実行した。ガラス転移温度（Ｔｇ）は、２番目の加熱サイクルの遷移の中間点から決定された。
【実施例１２】
【０１５４】
星型ポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）の合成
４本の腕の星型ポリ（プロピレンマレエート）（ＰＰＭ）コポリマーは、無水マレイン酸（ＭＡｎ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）の開環共重合（ＲＯＣＯＰ）により、開始剤としてメソエリスリトールを使用して合成された。さまざまな［モノマー］／［開始剤］のモル比を使用して、ＰＰＭアームの長さが異なり、その結果、重合度（ＤＰ）が異なるコポリマーが得られた。たとえば、ターゲット重合度（ＤＰ）４０を有する４アーム星型ＰＰＭは、以下のように調製した：グローブボックスにおいて、メソ−エリスリトール（１１２．１２ｇ・ｍｏｌ−１、１２４．５ｍｇ、１．０２ｍｍｏｌ）、Ｍｇ（ＢＨＴ）２（ＴＨＦ）２（６０４．９５ｇ・ｍｏｌ−１、１２３．４ｍｇ、２．０４×１０−１ｍｍｏｌ）、無水トルエン（１０．２ｍＬ）を、ＭＡｎ（９８．０６ｇ・ｍｏｌ−１、４．０グラム、４０．８ｍｍｏｌ）およびＰＯ（５８．０８Ｇ・ｍｏｌ−１、２．８５ｍＬ、４０．８ｍｍｏｌ）を火炎乾燥したシュレンク管に、この順に導入した。シュレンク管をＰＴＦＥプラグで密封し、グローブボックスから取り出した。溶液を８０℃で４８時間撹拌した（通常、ＰＰＭがシュレンクの底に沈殿し、上澄みが透明に見えるまで）。得られたコポリマーをジエチルエーテル中での沈殿により回収し、次いで真空下で乾燥させて、高粘度の油を得た（収率：７８％）。モノマー転化率に対する総モノマー濃度（１Ｍ、２Ｍ、４Ｍ、８Ｍおよび１４Ｍ）の影響を、開始剤としてメソエリスリトールおよび総ターゲットＤＰ２０、４０、８０、１２０および２００を使用してスターＰＰＭの合成を実行することによって調査した。さらに、共重合プロセスに対する総モノマー濃度の影響を、開始剤としてメソエリスリトールおよび総ターゲットＤＰ４０を用いて、２Ｍ、４Ｍおよび８Ｍで速度論的研究を実施することによって調査した。速度論的研究のために、混合物をいくつかのバイアルに分割し、８０℃に予熱した浴に浸し（反応の時間ゼロに対応）、重合を撹拌下で行い、周囲温度に冷却し、過剰のクロロホルムを加えることによって停止させた。モノマー転化率は、反応容積からの粗試料についてＣＤＣｌ３中で１Ｈ  ＮＭＲによって測定した。比較のために、単官能性開始剤としてプロパルギルアルコールを使用する共重合の速度論を、８Ｍのモノマー濃度およびターゲット総ＤＰ１０および４０について調査した。
【実施例１３】
【０１５５】
ＰＰＭの異性化
コポリマーをＭＡｎ残基の０．５ｍｏｌ・Ｌ−１の濃度でクロロホルムに溶解し、ジエチルアミン（ＤＥＡ）を加えて０．１５当量／ＭＡｎ残基に到達させた。例として、ターゲット総ＤＰ４０を有する４アームスターＰＰＭを、対応する４アームスターＰＰＦで次のように異性化した。星型ＰＰＭ（４．８ｇ、７．６２×１０−１ｍｍｏｌ、３０．５ｍｍｏｌのオレフィン）をクロロホルム（６１ｍＬ、０．５ｍｏｌ・Ｌ−１のオレフィン）に溶解し、ＤＥＡ（０．４７ｍＬ、０．１５ｍｏｌ当量のオレフィン）を加え、溶液を窒素雰囲気下で２４時間還流下で加熱した。周囲温度まで冷却した後、有機溶液を１Ｍリン酸ナトリウム溶液（２５０ｍＬ、ｐＨ＝６）で洗浄し、クロロホルムの蒸発後にコポリマーを回収した。収率：９５％。
【実施例１４】
【０１５６】
樹脂の調製
高分子樹脂は、星型ＰＰＦを溶媒と架橋剤の両方として作用するフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）と混合することによって調製された。さまざまなＰＰＦ：ＤＥＦ重量比、すなわち７０：３０、６０：４０、および５０：５０重量％が、調査された。ＰＰＦおよびＤＥＦを注意深くフラスコに導入し、混合物を撹拌しながら４５℃で一晩維持して、適切な混合を確実にした。３Ｄスキャフォールドをプリントするために、２つの光開始剤、フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）およびＩｒｇａｃｕｒｅ  ７８４、およびラジカルスカベンジャーオキシベンゾン（ＨＭＢ）をＰＰＦ：ＤＥＦ溶液に３重量％、０．４重量％、０．７重量％でそれぞれ添加し、以前に報告したプロトコルに従って、樹脂全体に均一に混合された。Ｊ．Ｐ．Ｆｉｓｈｅｒ，Ｄ．ＤｅａｎおよびＡ．Ｇ．Ｍｉｋｏｓ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００２，２３，４３３３−４３４３およびＹ．Ｌｕｏ，Ｃ．Ｋ．Ｄｏｌｄｅｒ，Ｊ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｒ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｄ．ＤｅａｎおよびＭ．Ｌ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１６，１７，６９０−６９７を参照のこと。この開示はその全体が本明細書に組み込まれる。
【実施例１５】
【０１５７】
３Ｄプリント
放射照度２２５ｍＷ・ｄｍ−２を有する４０５ｎｍ  ＬＥＤＵＶライトプロジェクターを使用して、Ｅｎｖｉｓｉｏｎ  ＴＥＣ（ディアボーン、ミシガン州、米国）ＭｉｃｒｏＨＲ  ２７９プリンタで、ＤＰ２００のスターＰＰＦ（ＰＰＦ：ＤＥＦ  ５０：５０重量％）の液体樹脂から円筒形（８ｍｍ×４ｍｍ）およびねじ（高さ４．５ｍｍ）のらせん状スキャフォールドをプリントし、製造前にＰｅｒｆａｃｔｏｒｙソフトウェアスイートを使用して、ＣＡＤモデルをデジタルでレイヤーにスライスした。Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｐ３は、透明なガラス板を通って樹脂を含むリザーバーに上向きに突き出る倒立システムである。各投影の後、ビルドプラットフォームは垂直に上向きに移動し、次の層に樹脂が流入できるようにする。スキャフォールドプリントの前に、ＰＰＦベースの樹脂の硬化試験を実施して、樹脂の配合に応じて最適なプリント層の厚さとＵＶ露光時間を決定した。２０ｍｇの樹脂を樹脂トレイの中央に置き、さまざまな時間（６０、１２０、１８０および２４０秒）ＵＶを照射した後、未硬化の液体樹脂をティッシュペーパーで静かに取り除いた。得られたフィルムをかみそりの刃で樹脂トレイから剥がし、硬化したフィルムの厚さをデジタルノギス（Ｍａｒａｔｈｏｎ、Ｏｎｔａｒｉｏ、カリフォルニア州）によって１０μｍの精度で測定した。これらの硬化試験とプリント試験に続いて、層の厚さは２５μｍに固定され、投影時間はＰＰＦのモル質量に応じて６０秒〜２２５秒の範囲だった。プリント後、スキャフォールドはすぐにアセトン、７０％エタノール（ｖ／ｖ）、および蒸留水でそれぞれ１５秒間すすがれた。
【０１５８】
上述したものに照らして、本発明は、多くの方法で構造的および機能的に改善された３Ｄプリント用の星型ＰＰＦポリマーを提供することによって当技術分野を著しく進歩させることを理解されたい。本発明の特定の形態を本明細書で詳細に開示したが、本明細書の本発明に対する変形例が当業者によって容易に認識されるので、本発明は、当該形態に、または当該形態によって限定されるものではないことを理解されたい。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から認識されるものとする。
付記
【表６】
2021536515.tif 000070
【表７】
2021536515.tif 000071
【表８】
2021536515.tif 000072
【表９】
2021536515.tif 000073
【表１０】
2021536515.tif 000074
【表１１】
2021536515.tif 000075
【表１２】
2021536515.tif 000076
【表１３】
2021536515.tif 000077
【表１４】
2021536515.tif 000078
【表１５】
2021536515.tif 000079
【表１６】
2021536515.tif 000080
【表１７】
2021536515.tif 000081
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2021536515.tif 000094
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2021536515.tif 000098
【図５Ｂ】
2021536515.tif 000099
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2021536515.tif 000128
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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2021536515.tif 000133
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