КОМПОЗИЦИИ ДВОЙСТВЕННО ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ БЛОКСОПОЛИМЕРОВ
COMPOSITIONS OF DUALLY RESPONSIVE BLOCK COPOLYMERS

ПРИОРИТЕТ
Настоящая обычная заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке No.61/618094 по дате подачи 30 марта 2012 г. Содержание заявки No.61/618094 полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к композиции, обладающей способностью эффективно реагировать на присутствие физиологических жидкостей при различных физиологических температурах.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Чувствительные к раздражителю полимеры играют решающую роль в усовершенствовании материалов, предназначенных для биологических целей. Термочувствительные полимеры с нижней критической температурой растворения (англ. LCST, от lower critical solution temperature) в водных растворах являются перспективными в области доставки лекарственных средств и доставки генов, при экстракции соединений и модификации поверхностей. Из известных термочувствительных полимеров наибольшее внимание привлекает и наиболее широко используется поли(N-изопропилакриламид) (англ. poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAM), имеющий величину LCST в воде 32°С. Однако PNIPAM обладает рядом недостатков, в числе которых необратимый фазовый переход и влияние концевых групп низкомолекулярных полимеров, затрагивающее тепловые характеристики. Кроме того, остаточный N-изопропилакриламидный мономер в PNIPAM может быть проблематичным в плане его использования в относительно недорогих потребительских товарах массового производства. В поисках альтернатив PNIPAM центр внимания был перенесен на биосовместимые термочувствительные полимеры, в которых присутствуют короткие боковые цепочки этиленгликоля. Такие полимеры не только обеспечивают улучшенные термические характеристики, но также позволяют их использовать не только для доставки лекарственных средств и генов, а также и в потребительских товарах.
Таким образом, существует потребность в создании термочувствительных материалов, для которых имеет значение ионная сила и температура и которые могут быть использованы в таких областях применения, как средства личной гигиены.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к композиции, включающей в себя чувствительный блоксополимер, при этом чувствительный блоксополимер содержит по меньшей мере один блок А, представляющий собой активируемый извне сополимер, причем активируемый извне сополимер включает в себя по меньшей мере один мономер с нижней критической температурой растворения и по меньшей мере один заряженный мономер, где активируемый извне сополимерный блок А представляет собой двойственно активируемый блок, способный активироваться под воздействием температуры и ионной силы, и где чувствительный блоксополимер мицеллизируется или превращается в гель при температуре в диапазоне от 28°С до 37°С и концентрации соли приблизительно 0,9 мас.%.
Настоящее изобретение также относится к композиции, включающей в себя чувствительный блоксополимер, при этом чувствительный блоксополимер содержит блок А, представляющий собой активируемый извне сополимер, причем активируемый извне сополимер включает в себя по меньшей мере один мономер с нижней критической температурой растворения и по меньшей мере один заряженный мономер, где активируемый извне сополимерный блок А представляет собой двойственно активируемый блок, способный активироваться под воздействием температуры и ионной силы, и где блок А становится нерастворимым при температуре в диапазоне от 28°С до 37°С и концентрации соли приблизительно 0,9 мас.%.
Настоящее изобретение также относится к композиции, включающей в себя чувствительный триблоксополимер, при этом чувствительный триблоксополимер содержит по меньшей мере два блока А, каждый из которых является активируемым извне сополимером, при этом каждый активируемый извне сополимер включает в себя по меньшей мере один мономер с нижней критической температурой растворения и по меньшей мере один заряженный мономер, где каждый активируемый извне сополимерный блок А представляет собой двойственно активируемый блок, способный активироваться под воздействием температуры и ионной силы; и неактивируемый извне сополимерный блок В, где чувствительный блоксополимер имеет форму А-В-А, и где чувствительный блоксополимер превращается в гель при температуре в диапазоне от 30°С до 37°С при концентрации хлорида натрия приблизительно 0,9 мас.%.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Указанные выше особенности и аспекты настоящего изобретения и способ их достижения станут более очевидными, а изобретение, как таковое, будет более понятным со ссылкой на следующее описание, прилагаемые формулу изобретения и графические материалы, где:
x
y
Фиг. 1 иллюстрирует характер изменения температуры помутнения серии сополимеров поли(DEGA-co-HQUAT) при различных концентрациях NaCl;
x
y
Фиг.2а иллюстрирует термочувствительную мицеллизацию серии диблоксополимеров OEG-b-(DEGTMA) (англ. OEG, oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate - метакрилат метилового эфира олигоэтиленгликоля; DEG, diethylene glycol methyl ether methacrylate - метакрилат метилового эфира диэтиленгликоля) в воде (надпись на фигуре соответствует мол.% ТМА;
x
y
Фиг. 2b иллюстрирует термочувствительную мицеллизацию серии диблоксополимеров OEG-b-(DEGTMA) при 0,9 мас.% NaCl в воде (надпись на фигуре соответствует мол.% ТМА);
90
5
5
Фиг. 3 иллюстрирует реакцию на соль, температуру и рН поли(OEG-b-DEGDMAMMA) 13,5k-6-23,3k, показывая трижды чувствительные блоксополимеры по отношению к соли, рН и температуре;
75
5
20
Фиг. 4 иллюстрирует реакцию на соль, температуру и рН поли(OEG-6-DEGDMAMMA) 13,5k-b-19,5k, особо выделяя трижды чувствительные блоксополимеры по отношению к соли, рН и температуре;
x
y
x
y
Фиг. 5 иллюстрирует анализ методом водной гель-проникающей хроматографии (англ. SEC, size exclusion chromatography) бифункционального поли(OEG) макро-СТА (англ. СТА, chain transfer agent - агента передачи цепи) и образующихся в результате триблоксополимеров поли(OECTMA-b-OEG-b-DEGTMA), демонстрирующий отсутствие примесей макро-СТА в триблоксополимерах;
97
3
97
3
Фиг. 6 иллюстрирует природу реакции поли(DEGTMA-b-OEG-b-DEGTMA) на температуру и концентрацию соли при использовании реологических свойств раствора 25 мас.% полимера в деионизированной воде или 0,9 мас.% NaCl. Температура, при которой G' и G'' перекрываются, определяется как температура точки гелеобразования;
98
2
98
2
Фиг. 7 иллюстрирует гистерезисный анализ поли(DEGTMA-b-OEG-b-DEGTMA) при проведении циклов нагрева и охлаждения раствора 25 мас.% полимера в 0,9 мас.% водном растворе NaCl;
97
3
97
3
97
3
97
3
Фиг. 8а иллюстрирует характерный пример образования гидрогеля при температуре 30°С. 25 мас.% поли(DEGTMA-b-OEG-b-DEGTMA) в растворе 0,9 мас.% NaCl в левой пробирке и 25 мас.% поли(DEGTMA-b-OEG-b-DEGTMA в деионизированной воде в правой пробирке;
Фиг. 8b иллюстрирует картину образования гидрогеля на плоском элементе Пельтье при температуре 37°С;
Фиг. 9 иллюстрирует схему 1: RAFT-полимеризации поли(OEG) макро-СТА и последующее удлинение цепи с помощью DEG и ТМА (хлорид [2-(метакрилоилокси)этил]триметиламмония) для синтеза двойственно чувствительных диблоксополимеров; и
Фиг. 10 иллюстрирует схему 2: RAFT-полимеризации для синтеза чувствительных к температуре и соли триблоксополимеров.
Повторяющееся использование условных обозначений в настоящем описании и графических материалах предназначено для изображения одинаковых или аналогичных характеристик или элементов настоящего изобретения. Графические материалы являются репрезентативными и необязательно выполнены в масштабе. Некоторые части их могут быть преувеличены, тогда как другие могут быть преуменьшены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя описание завершается формулой изобретения, особым образом акцентирующей и отдельно заявляющей изобретение, предполагается, что настоящее изобретение будет более понятно на основании следующего описания.
Все проценты, части и коэффициенты основаны на общей массе композиций настоящего изобретения, если не оговорено иное. Все такие массы в части, касающейся перечисленных ингредиентов, основаны на активной концентрации и потому не включают в себя растворители или побочные продукты, которые могут входить в состав коммерчески доступных материалов, если не оговорено иное. Термин "массовый процент" в данном контексте может быть обозначен как "мас.%". За исключением случаев, когда представлены конкретные примеры фактическиизмеренных величин, приписываемые им числовые значения следует рассматривать с оговоркой "приблизительно".
При использовании в данном контексте, "включающий в себя" означает, что могут быть добавлены другие стадии и другие ингредиенты, не влияющие на конечный результат. Этот термин охватывает термины "состоящий из" и "состоящий в основном из". Композиции и способы/процессы настоящего изобретения могут включать в себя, состоять из и состоять в основном из существенных элементов и ограничений изобретения, описанных в данном контексте, а также из любых дополнительных или необязательных ингредиентов, компонентов, стадий или ограничений, описанных в данном контексте.
При использовании в данном контексте термин "физиологические жидкости" относится к жидкостям, которые выводятся или выделяются из организма, включая, но не ограничиваясь перечнем: желчь, диарея, моча, кровь, слизь, влагалищное отделяемое, носовые жидкости, пот и тому подобное.
Для получения преимуществ более высокого уровня применительно к средствам личной гигиены и для расширения ряда продуктов на рынке настоящее изобретение предоставляет композиции, обладающие способностью иметь "разумный" отклик в присутствии физиологических жидкостей при соответствующих им физиологических температурах и ионной силе (или концентрациях солей). Разумные отклики включают, не ограничиваясь перечнем, изменения растворимости, смачиваемости, гладкости, проницаемости, барьерных свойств и прочности при растяжении. Далее эти отклики приспосабливают специально для того, чтобы инициировать изменение при соответствующей комбинации температуры и ионной силы. Комбинация активаторов окружающей среды, таких как температура и ионная сила, является предпочтительной и обеспечивает более точное регулирование "разумного" отклика, ожидаемого от продукта в присутствии физиологических жидкостей. Например, продукт может иметь один отклик на физиологические жидкости при физиологической температуре или температурах при соприкосновении с телом, но иметь при этом другой отклик, когда эти физиологические жидкости будут иметь комнатную температуру. В то время как характерные "умные" материалы, исследовавшиеся в прошлом, часто используют активаторы на основе температуры, рН или ионной силы по отдельности, настоящее изобретение обеспечивает комбинацию таких активаторов. Кроме того, многие из этих материалов были адаптированы специально для доставки лекарственных средств либо для других высокотехнологичных применений и не разрабатывались для применения в средствах личной гигиены, для которых могут потребоваться менее дорогостоящие материалы и потребоваться совсем другие комбинации свойств материалов.
1
2
1
2
Композиции настоящего изобретения включают в себя чувствительные полимеры, которые могут быть использованы в средствах личной гигиены. А именно чувствительные полимеры представляют собой блоксополимерные структуры, включающие в себя по меньшей мере один чувствительный или активируемый извне полимерный блок А и по меньшей мере один неактивируемый извне полимерный блок В. Общая конструкция блоксополимера будет создана с учетом требуемой конкретной области применения. Примерами блоксополимерных структур (или расположения блоков во всей блоксополимерной структуре) могут быть, не ограничиваясь перечнем, двухблочная структура А-В, А-В-А, В-А-В и тому подобные трехблочные или другие многоблочные структуры. Кроме того, в многоблочной структуре, такой как А-В-А, А может быть выполнен с возможностью выступать в качестве активатора при одном наборе условий, тогда как А может быть активатором при другом наборе условий.
Полимерный блок А обуславливает комбинацию двух функций чувствительных полимеров - чувствительности к ионной силе и термочувствительности. Мономеры, используемые при образовании полимерного блока А, включают в себя по меньшей мере один "мономер с LCST" (мономер с нижней критической температурой растворения) и один мономер с заряженной функциональной группой. "Мономер с LCST" определяют как мономер, гомополимер которого проявляет растворимость с низшей критической температурой растворения (англ. LCST, lower-critical solution temperature) в водном растворе. Конкретные примеры таких мономеров с LCST включают в себя (мет)акрилаты на основе олигоэтиленоксида, такие как акрилат метилового эфира диэтиленгликоля, акрилат этилового эфира диэтиленгликоля, метакрилат этилового эфира диэтиленгликоля, метакрилат метилового эфира диэтиленгликоля, акрилат метилового эфира триэтиленгликоля и метакрилат метилового эфира триэтиленгликоля. Примеры мономеров с заряженной функциональной группой могут включать в себя, не ограничиваясь перечнем, акрилатные, метакрилатные или акриламидные мономеры с катионными, цвиттер-ионными или анионными функциональными группами, такие как хлорид [2-(акрилоилокси)этил]триметиламмония (англ. [2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride, HQUAT) или хлорид [2-(метакрилоилокси)этил]триметиламмония, 2-акриламидо-2-метилпропансульфонат натрия, диметиламиноэтилакрилат или диметиламиноэтилметакрилат (англ. dimethylaminoethyl methacrylate, DMA). Относительные количества мономера с LCST и заряженного мономера в составе блока А определяют при помощи конкретной комбинации ионной силы и температуры, необходимых для перехода растворимости.
Если композиция подлежит использованию во взаимодействии с нагретым телом, согласно одному из аспектов, активируемый извне блок может быть выполнен с возможностью становиться нерастворимым при температуре по меньшей мере на несколько градусов ниже истинной температуры нагретого тела, так чтобы композиция могла "установиться" и быть стабильной к тому моменту, когда она уравновешивается для целевой комбинации температуры/концентрации соли. В качестве примера применимости двойственных активаторов трехблочная композиция может быть выполнена с возможностью превращаться в гель при температуре 28°С в присутствии соли, когда температура нагретого тела составляет 31°С. Двухблочная композиция может быть выполнена с возможностью мицеллизироваться при температуре 34°С в присутствии соли, когда температура нагретого тела составляет 37°С. Использование двойственного активатора обеспечивает лучший контроль точки активации. Например, если композиция подлежит нанесению или распределению на нагретое тело перед гелеобразованием или осаждением, наличие точки гелеобразования/точки осаждения ближе к температуре нагретого тела помогает дать композиции время для достижения этой цели. Если переход нерастворимости является слишком медленным, композиция будет превращаться в гель прежде, чем она будет в состоянии сделать это.
Согласно различным аспектам настоящего изобретения активируемый извне блок А в диблок- или триблоксополимерной композиции выполнен с возможностью становиться нерастворимым при комбинации температуры в диапазоне от 28°С до 37°С, более предпочтительно 30°С до 35°С, и концентрации соли приблизительно 0,9 мас.%. Для того чтобы блок А стал нерастворимым, должны выполняться оба условия. Вне этих условий активируемый извне блок А является растворимым. Например, если температура соответствует целевому диапазону (например, от 30°С до 37°С), но концентрация соли при этом значительно меньше, чем 0,9 мас.% NaCl, блок А будет растворимым. Согласно другому примеру, если концентрация соли составляет 0,9 мас.% NaCl, но температура ниже целевого диапазона (например, от 30°С до 37°С), блок А будет растворимым. И, наконец, например, если температура ниже целевого диапазона (например, от 30°С до 37°С) и концентрация соли значительно меньше, чем 0,9 мас.% NaCl, блок А будет растворимым. Кроме того, если условия являются подходящими, и блок А становится нерастворимым, уменьшение температуры за пределами диапазона или уменьшение концентрации соли ниже ее целевого значения будет приводить к тому, что блок А изменится и станет растворимым.
Температура помутнения (англ. cloud point temperature, СРТ - определена ниже) активируемого извне блока будет возрастать после включения в двухблочную или трехблочную композицию, содержащую второй гидрофильный блок. Таким образом, может потребоваться, чтобы СРТ предшественника активируемого блока самого по себе была на несколько градусов ниже, чтобы скорректировать и обеспечить возможность получения конечных свойств полимера. Напротив, если активируемый извне блок присоединен к гидрофильному блоку внутри ди- или триблоксополимера, может быть необходимо, чтобы СРТ предшествующего блока была выше, чтобы уравновесить для конечной ди- или триблоксополимерной композиции.
Композиция полимерного блока В зависит от конкретного целевого применения. Например, если необходимо усилить нерастворимость блока А для образования мицеллчувствительного блоксополимера или поверхностно-активных полимеров для адсорбции на гидрофобные поверхности в водном растворе, композиция полимера В может быть растворимой в воде. Если требуется чувствительная блоксополимерная структура, образующая гидрогель, композиция В потенциально может быть гидрофильным полимером или гидрофобным полимером, в зависимости от структуры блоксополимера. Если требуется адсорбция чувствительных блоксополимеров на поверхности, В будет выполнен с возможностью иметь сродство к данной конкретной поверхности. Примеры мономеров, которые могут быть использованы в блоке В, включают, не ограничиваясь перечнем, гидрофобные мономеры, такие как бутилакрилат, метилакрилат, этилакрилат, 2-этилгексилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, метилметакрилат, или гидрофильные мономеры, такие как 2-гидроксипропилакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксиэтилакрилат, акрилат метилового эфира полиэтиленгликоля (англ. poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, PEGA).
Помимо мономерной композиции блоков А и В для достижения требуемых свойств в интересующей области применения также важны молекулярные массы этих блоков. Молекулярные массы блока А могут лежать в диапазоне приблизительно от 5000 г/моль до 100000 г/моль, а молекулярные массы блока В будут лежать в диапазоне от 5000 г/моль до 100000 г/моль. Соотношения молекулярных масс блоков А и В также имеют значение. Способность изменять свойства растворов и твердого состояния блоксополимеров в зависимости от молекулярной массы блоков и относительных длин блоков или их соотношений хорошо известны в данной области техники.
Чувствительные блоксополимеры могут быть синтезированы с помощью любого из известных способов образования блоксополимеров, при этом способы с регулируемой свободнорадикальной полимеризацией являются наиболее полезными. Методы регулируемой свободнорадикальной полимеризации включают в себя радикальную полимеризацию с переносом атома (англ. ATRP, atom-transfer radical polymerization), полимеризацию, инициированную стабильными свободными радикалами (англ. SFRP, stable free-radical polymerization), и полимеризацию путем обратимого присоединения и фрагментирования (англ. RAFT, reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization). Блоксополимеры синтезируют последовательно. Например, для блоксополимера А-В, полимеризованного посредством RAFT, потребуется синтез полимера А, который будет предшественником блоксополимера. В случае RAFT это также может быть так называемый макро-СТА (англ. chain transfer agent - агент передачи цепи), который не становится блоксополимером до завершения синтеза полимера А, и для образования блока В используют последующее добавление мономера (мономеров). Точная последовательность структуры блоксополимера зависит от типа используемого при RAFT агента передачи цепи (СТА). Блок А будет двойственно активируемым, но не блок В.
Например, А-В-А блоксополимеры, имеющие двойственно чувствительный активируемый извне блок А, где двойственный отклик относится к соли и температуре, а блок В при этом является гидрофильным, могут быть использованы для образования чувствительного материала, образующего обратимый гель. При использовании технологий RAFT-полимеризации и бифункционального агента передачи цепи (СТА) может быть синтезирован макро-СТА двойственно чувствительного активируемого извне блока А. Примером полимерной композиции может быть, не ограничиваясь перечнем, сополимер акрилата этилового эфира диэтиленгликоля (DEGA) и катионного мономера хлорида [2-(акрилоилокси)этил]триметиламмония (HQUAT). Синтез соответственно проиллюстрирован на примере:
RAFT сополимеризация внешних блоков DEGA и HQUAT,
RAFT удлинение цепи поли(DEGA-со-HQUAT) с помощью акрилата метилового эфира полиэтиленгликоля (PEGA) приведет к образованию блоксополимера А-В-А, где блок В является гидрофильным. Синтез иллюстрируется соответственно:
Блоксополимеры настоящего изобретения дают преимущества перед различными предыдущими полимерами, поскольку они обеспечивают большие возможности для применения их в средствах личной гигиены. Благодаря наличию по меньшей мере одного мономера с LCST и мономера с заряженной функциональной группой сродство к конкретным субстратам, таким как целлюлоза, может увеличить их применимость в средствах личной гигиены. Блоксополимер А будет включать в себя по меньшей мере один мономер с заряженной функциональной группой, которая может быть активируемой.
Для иллюстрации чувствительности активируемого извне блоксополимера настоящего изобретения к комбинации температуры и ионной силы (или концентрации соли), а также к величине рН были построены фазовые диаграммы в зависимости от этих двух или трех переменных. Используя методы рассеяния света, визуальные или реологические методы, при помощи изменения температуры полимерного раствора при определенной концентрации соли (или ионной силе) и установления точки, в которой полимерный раствор переходит из растворимого в нерастворимое состояние, были определены критические температуры мицеллизации, температуры помутнения и температуры гелеобразования соответственно. В случае методов светорассеяния температура помутнения может быть определена как точка, в которой наблюдается значительное изменение гидродинамического радиуса. Например, растворимый полимер при температуре ниже температуры помутнения может иметь гидродинамический радиус приблизительно 10 нм, а нерастворимый полимер будет иметь гидродинамический радиус приблизительно 1000 нм. В случае визуальных методов "точку помутнения" определяют как температуру, при которой полимерный раствор превращается из оптически чистого в мутноватый. Для "точки гелеобразования" это будет точка, в которой G' и Gʺ в реологии растворов перекрываются.
Средства личной гигиены настоящего изобретения включают, не ограничиваясь перечнем, продукты ухода за детьми раннего возраста, в том числе подгузники, влажные салфетки для малышей, трусики для приучения к туалету и другие одноразовые предметы одежды; предметы женской гигиены, в том числе гигиенические прокладки, салфетки, менструальные прокладки, ежедневные прокладки, защитные трусы, тампоны и аппликаторы для тампонов; средства по уходу для взрослых, в том числе салфетки, прокладки, продукты для страдающих недержанием и средства для защиты от мочи; сервисные товары, промышленные изделия и товары для дома, в том числе салфетки, покрытия, фильтры, бумажные полотенца, туалетная бумага и косметические салфетки; а также композиции, предназначенные для нанесения на кожу или мукозальные мембраны.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенные ниже примеры дополнительно описывают и демонстрируют аспекты в рамках настоящего изобретения. Примеры приведены исключительно в целях иллюстрации и их не следует рассматривать в качестве ограничения настоящего изобретения, поскольку существует множество возможных изменений их без отклонения от объема и сущности изобретения.
Пример 1
Методы
1
Для синтеза предшественников блоксополимеров и блоксополимеров использовали RAFT-полимеризацию, такую как показана на Фиг. 9 и 10. Полимерные композиции описывали с помощью Н ЯМР спектроскопии и гель-проникающей хроматографии (англ. SEC, size exclusion chromatography). Динамическое рассеяние света (англ. DLS, dynamic light scattering) и реологию растворов использовали для описания чувствительности или активируемых свойств материалов. Характерные описания этих методов приведены ниже.
Стандартная методика RAFT-полимеризации приведена ниже.
2
Материалы. С метакрилата метилового эфира олигоэтиленгликоля (OEG) (485 г/моль) и метакрилата метилового эфира диэтиленгликоля (DEG) (95%) (Sigma-Aldrich, Milwaukee, WI) перед полимеризацией снимали защиту на колонке с оксидом алюминия. [2-Хлорид (метакрилоилокси)этил]триметиламмония (80 мас.% в воде) (Sigma-Aldrich) использовали непосредственно после получения. 4,4'-Азобис(4-циановалериановую кислоту) (V-501) (>98%) (Sigma-Aldrich) перекристаллизовывали из метанола. СЕР1 (4-Циано-4-(этилсульфанилтиокарбонилсульфанил)-валериановую кислоту) получали в соответствии с методикой, описанной в работе Convertine, A.J.; Benoit, D.S.W.; Duvall, С.L; Hoffman, A.S.; Stayton, P.S., Journal of Controlled Release 2009, 133 (3), 221-229. dCEP (гександиамид 1,6-бис(4-циано-4-(этилсульфанил-тиокарбонилсульфанил)валериановой кислоты) получали в соответствии с методикой, описанной в работе Allen, М.Н.; Hemp, S.Т.; Zhang, М.; Zhang, М.; Smith, А.Е.; Moore, R.В.; Long, Т.Е., Polymer Chemistry 2013, ASAP. Все остальные растворители и реагенты приобретали в Sigma-Aldrich.
n
Поли(OEG) бифункциональный макро-СТА. OEG (0,995 г, 2,05 ммоль), dCEP (8,34 мг, 0,0137 ммоль), V-501 (1,54 мг, 0,00549 ммоль) и ДМСО (англ. DMSO, dimethylsulphoxide - диметилсульфоксид) (8,247 мл) помещали в круглодонную колбу емкостью 25 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Полученный раствор продували Ar в течение 30 минут и затем нагревали при температуре 70°С в течение 220 минут. Полимерный раствор диализировали с водой (MWCO (англ. Molecular Weight Cut Off - номинальное отсечение по молекулярной массе) = 3,500 г/моль) и лиофилизовали с получением масла желтого цвета (водная SEC: M=74,6 кг/моль, PDI (англ. polydispersity index - коэффициент полидисперсности) = 1,01).
Синтез триблоксополимеров, чувствительных к соли и температуре.
x
y
x
y
n
n
Стандартная методика синтеза триблоксополимеров поли(DECTMA-b-OEG-b-DEGTMA) соответствует примеру с загрузкой 3 мол.% ТМА во внешний блок. DEG (2,89 мл, 15,7 ммоль), ТМА (114 мкл, 0,439 ммоль), поли(OEG) макро-СТА (523,9 мг, M = 64,9 кг/моль) и ДМФА (диметилформамид, англ. DMF) (15,99 мл) помещали в круглодонную колбу емкостью 25 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Полученный раствор продували Ar в течение 30 минут и затем нагревали при температуре 70°С в течение 7 ч. Полимерный раствор диализировали с водой (MWCO = 3,500 г/моль) при температуре 4°С и лиофилизовали с получением полимера слабо-желтого цвета (водная SEC: M = 230 кг/моль, PDI = 1,19).
n
w
Определение молекулярной массы. Водную гель-проникающую хроматографию (SEC) выполняли, используя в качестве элюента трехкомпонентную смесь 54/23/23 об./об./об. вода/метанол/уксусная кислота с 0,1 М ацетата натрия. Установка для водной SEC состояла из изократического насоса для ВЭЖХ Waters 1515, автодозатора Waters 717plus, двух линейных ультрагидрогелевых колонок Waters, одной ультрагидрогелевой колонки Waters 250, детектора рассеяния света (LS) Wyatt MiniDAWN и детектора показателя преломления (RI) Waters 2414, работающего при скорости потока 0,8 мл/мин. Среднечисленные молекулярные массы (M) и среднемассовые молекулярные массы (M), а также коэффициенты полидисперсности (PDI) определяли на основании данных SEC.
Критическая температура мицеллизации (СМТ). Динамическое рассеяние света, определенное с помощью Malvern Zetasizer Nano, использовали для определения критической температуры мицеллизации (СМТ). Полимерные растворы (1 мг/мл в деионизированной воде (вода квалификации "для ВЭЖХ" из Sigma-Aldrich) или в растворе 0,9 мас.% NaCl в воде) подвергали пошаговому температурному протоколу (2°С/шаг от 4°С до 50°С) и измеряли гидродинамические диаметры после уравновешивания в течение 5 мин на каждой ступени. За критическую температуру мицеллизации принимали первую измеренную температуру, при которой гидродинамические диаметры превышали 20 нм, что свидетельствовало об агрегации и мицеллизации юнимеров (<10 нм).
Температура помутнения (СРТ). Полимерные растворы (5 мас.%) в деионизированной воде с разными концентрациями хлорида натрия (0,00-1,25 мас.% NaCl с шагом повышения 0,25 мас.%) уравновешивали в течение 30 минут при температуре в диапазоне от 5°С до 48°С с шагом 3°. В случае данного визуального метода "температуру помутнения" (СРТ) определяют как точку, в которой полимерный раствор превращается из оптически чистого в мутноватый.
Температура гелеобразования (GPT). Реология растворов с помощью реометра с регулируемым напряжением DHR-2, ТА Instruments, с геометрией конуса 2° 40 мм и плиты с элементами Пельтье, позволяла непосредственно исследовать образование гидрогеля и общую прочность геля. Полимерные растворы (25 мас.% полимера в чистой воде или в растворе 0,9 мас.% NaCl в воде) подвергали опытам с температурной разверткой, используя 1% осцилляторные напряжения 1 Гц при скорости нагрева 0,5°С/мин с 4°С до 50°С. Температуру точки гелеобразования (GPT) оценивали с помощью пакета программного обеспечения TRIOS ТА Instruments и определяли как точку пересечения модуля накопления и модуля потерь.
Пример 2
Полимеры синтезировали с помощью методов RAFT-полимеризации, используя комбинацию метилакрилата (МА), хлорида [2-(акрилоилокси)этил]триметиламмония (HQUAT) и 2-метилоксиэтилакрилата (МЕА).
Пример 3
x
y
x
y
Гомополимер акрилата этилового эфира диэтиленгликоля (DEGA) синтезировали с помощью методов RAFT-полимеризации. Температуры помутнения (СРТ) определяли для полимера в диапазоне температур от 5 до 50°С и при концентрации соли в диапазоне от 0 до 1,25 мас.% NaCl. Кривая температуры помутнения представлена на Фиг. 1 наряду с температурой помутнения при 0,9 мас.% NaCl в Таблице 1. Предшественники блоксополимеров поли(DEGA-co-HQUAT) (или макро-агенты передачи цепи, "макро-СТА") синтезировали с помощью методов RAFT-полимеризации для обеспечения бифункционального "активируемого" блока. Точки помутнения для полимера определяли при помощи изменения гидродинамического радиуса в диапазоне температур от 5 до 50°С и при концентрации соли в диапазоне от 0 до 1,25 мас.% NaCl. Фазовая диаграмма, иллюстрирующая температуры помутнения, представлена на Фиг. 1. СРТ активируемого блока будет увеличиваться после введения в двухблочную или трехблочную композицию, содержащую второй гидрофильный блок. Так, может потребоваться, чтобы СРТ предшественника активируемого блока, как такового, была на несколько градусов ниже, чтобы скорректировать и обеспечить возможность получения конечных свойств полимера. Напротив, если активируемый блок присоединяют к гидрофобному блоку внутри ди- или триблоксополимера, может потребоваться, чтобы СРТ предшествующего блока была выше, чтобы скорректировать конечную ди- или триблоксополимерную композицию. Температуры помутнения при концентрации 1,0 мас.% NaCl представлены в Таблице 1 как обобщение для композиций поли(DEGA-co-HQUAT). Композиция С7 не проявляет зависимости соли и СРТ. Композиции С8-С10 показывают наличие СРТ при концентрации 1,0 мас.% при температурах, сравнимых с комнатной. Е1 и Е2 показывают переход при концентрации 1,0 мас.% в требуемом диапазоне температур, но остаются растворимыми при низких концентрациях соли, в частности при 0,5 мас.% NaCl и ниже.
Пример 4
Диблоксополимеры получали из поли(ОЕС) макро-СТА (композиция С12 в Таблице 2). Блок В макро-СТА поли(ОЕС) подвергали удлинению цепи с помощью сополимеров с разными композициями мономера DEG с LCST и катионно заряженного мономера ТМА с образованием активируемого блока А в структуре диблоксополимера. Композиции С13, С14 имеют СМТ ниже целевого температурного диапазона в присутствии 0,9 мас.% NaCl, тогда как композиции Е4-Е7 имеют величины СМТ в целевом диапазоне. Е6 и Е7 также показывают растворимость при температурах выше температуры тела при отсутствии NaCl. Температурный отклик продемонстрирован на Фиг. 2.
Пример 5
Композиции Е8 и Е9 в Таблице 3 являются диблоками А-В с водорастворимым блоком В из поли(OEG) и активируемым блоком А на основе мономера DEG с LCST, рН чувствительного мономера диметиламиноэтилметакрилата (DMA), являющегося катионным в нижнем диапазоне рН, и гидрофобного мономера метилметакрилата (ММА). Эти композиции показывают, что возможно управлять СМТ через посредство изменения не только концентрации соли, но также и величины рН. При помощи увеличения количества гидрофобного мономера ММА могут быть изменены значения СМТ. Температурная и рН-реакция в деионизированной воде и в растворе 0,9 мас.% NaCl показаны на Фиг. 3 и Фиг. 4 для двух композиций Е8 и Е9 соответственно.
Пример 6
В Таблице 4 представлена трехблочная композиция А-В-А. Водорастворимый блок В получали из бифункционального поли(OEG) макро-СТА (композиция С12) через посредство RAFT-полимеризациии и затем подвергали его удлинению цепи с получением внешних активируемых блоков А на основе мономера DEG с LCST и катионно-заряженного мономера ТМА с разными соотношениями сомономеров. На Фиг. 5 приведены данные SEC, иллюстрирующие отсутствие примесей макро-СТА или диблоксополимера в образцах триблоксополимеров. Трехблочная композиция Е13 показывает температуру гелеобразования при 25 мас.% в присутствии 0,9 мас.% NaCl в целевом диапазоне и является растворимой при температурах значительно выше температуры тела при отсутствии соли. Фиг. 6 иллюстрирует данные температурной зависимости реологических свойств для композиции Е13 в присутствии и при отсутствии 0,9 мас.% NaCl и иллюстрирует GPT при перекрытии кривых G' и Gʺ. Фиг. 7 показывает, что переход в точке GPT для Е12 является обратимым, так как величины G' и Gʺ при нагревании и охлаждении являются сравнимыми.
Размеры и величины, описанные в данном контексте, не следует понимать как строго ограниченные приведенными точными численными значениями. Напротив, если не оговорено иное, каждая такая величина предназначена для того, чтобы означать как указанную величину, так и функционально эквивалентный диапазон в области этой величины. Например, величина, указанная как "40 мм", предназначена для того, чтобы означать "приблизительно 40 мм".
Все документы, процитированные в подробном описании, в соответствующей части, включены в настоящий документ посредством ссылки; упоминание любого из документов не следует рассматривать как допущение, что он является прототипом в отношении настоящего изобретения. В той мере, в какой любое значение или определение термина в данном письменном документе вступает в противоречие с любым значением или определением термина в документе, включенном посредством ссылки, значение или определение, закрепленное за термином в данном письменном документе, имеет преимущественную силу.
Несмотря на то, что были проиллюстрированы и описаны частные аспекты настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть сделаны различные другие модификации и изменения без отклонения от сущности и объема изобретения. Исходя из вышесказанного, оно охватывает в прилагаемой формуле изобретения все такие изменения и модификации, являющиеся частью объема данного изобретения.