CN101341191B - 用可聚合的阳离子亲水性基团封端的含硅单体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造生物相容性医用装置的聚合组合物。更具体而言，本发明涉及一些阳离子单体，这些阳离子单体能够聚合形成具有用于制造眼用装置所需的物理性能的聚合组合物。所述性能包括能够用水萃取所述聚合的医用装置的能力。这样避免了本领域中通常对有机溶剂的使用。所述聚合物组合物包括聚合的含硅单体，所述含硅单体用可聚合的阳离子亲水性基团封端。

Description

用可聚合的阳离子亲水性基团封端的含硅单体
相关申请的交叉参考
本申请依据35 USC 119(e)要求2005年12月21日提交的临时专利申请No.：60/752,663的权益。
技术领域
本发明涉及用于制造生物相容性医用装置的聚合组合物。更具体而言，本发明涉及某些阳离子单体，所述阳离子单体能够聚合形成具有用于制造眼用装置所需的物理性能的聚合组合物。所述性能包括用水萃取聚合的医用装置的能力。这样避免了本领域中通常对有机溶剂的使用。所述聚合物组合物包括聚合的含硅单体，所述含硅单体用烯键式不饱和的阳离子亲水性基团封端。
背景技术
多种制品，包括生物医用装置，由含有有机硅的材料形成。用于生物医用装置如软质隐形眼镜的一类有机硅材料是含硅水凝胶材料。水凝胶是含有水并处于平衡状态的水合且交联的聚合体系。水凝胶隐形眼镜提供相对较高的透氧性以及所需的生物相容性和舒适性。在水凝胶制剂中包括含硅材料通常提供较高的透氧性，因为硅系材料具有比水更高的透氧性。
另一类有机硅材料是用于硬质隐形眼镜的刚性且透气的材料。这种材料通常由硅或氟硅共聚物形成。这些材料是透氧的，并且比用于软质隐形眼镜的材料更刚性。用于包括隐形眼镜的生物医用装置的含有机硅的材料公开在以下美国专利中：美国专利No.4,686,267(Ellis等人)；美国专利No.5,034,461(Lai等人)；和美国专利No.5,070,215(Bambury等人)。
此外，传统的硅氧烷型单体是疏水性的，并且用其制作的透镜经常要求额外的处理，以提供亲水性表面。尽管不希望限于特定的理论，本发明者认为，提供带电的硅氧烷型单体，如本发明公开的季化的硅氧烷型单体，生成亲水性硅氧烷型单体。据认为，亲水性季化基团与极性水分子的带负电部分相互作用。
通过聚合并交联亲水性单体制造软质隐形眼镜材料，所述亲水性单体如甲基丙烯酸2-羟基乙基酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮和它们的组合。通过聚合这些亲水性单体制得的聚合物本身表现出显著的亲水性，并能够吸收聚合基质中的大量水。由于吸收水的能力，这些聚合物经常被称作″水凝胶″。这些水凝胶是光学透明的，并且由于高水平的水合作用，是制作软质隐形眼镜特别适用的材料。众所周知的是，硅氧烷型单体在水以及亲水性溶剂和单体中溶解性较差，因此，使用标准水凝胶技术难于共聚和处理。因此，需要在用于制作水凝胶透镜的材料、具体而言是在稀释剂中具有改善的溶解度的新型的硅氧烷型单体。还需要形成在水中而不是现有技术使用的有机溶剂中可以萃取的聚合的医用装置的单体。
本说明书中，术语″单体″和类似术语指通过例如自由基聚合可聚合的相对较低分子量化合物，以及也被称作″预聚物″、″大分子单体″和相关术语的较高分子量化合物。
本说明书中，术语″(甲基)″指任选的甲基取代基。因此，术语如″(甲基)丙烯酸酯″指甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯，″(甲基)丙烯酸″指甲基丙烯酸或丙烯酸。
本发明提供新型的用于制品(诸如包括隐形眼镜的生物医用装置)中的阳离子型含有机硅的单体。
发明内容
在第一个方面，本发明涉及式(I)的单体：
Figure S2006800482972D00021
式(I)
其中L可以相同或不同，并选自氨基甲酸乙酯、碳酸酯、氨基甲酸酯、羧基脲基、磺酰基、直链或枝化的C1-C30烷基、C1-C30氟烷基、C1-C20酯基、烷基醚、环烷基醚、环烷基烷基醚、环烯基醚、芳基醚、芳基烷基醚、含有聚醚的基团、脲基、酰胺基、胺基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代或未取代的C3-C30环烷基烷基、取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C5-C30芳基、取代或未取代的C5-C30芳基烷基、取代或未取代的C5-C30杂芳基、取代或未取代的C3-C30杂环、取代或未取代的C4-C30杂环烷基、取代或未取代的C6-C30杂芳基烷基、C5-C30氟芳基、或羟基取代的烷基醚和它们的组合。
X-是至少带单电荷的抗衡离子。单电荷抗衡离子的例子选自Cl-、Br-、I-、CF3CO2 -、CH3CO2 -、HCO3 -、CH3SO4 -、对甲苯磺酸根、HSO4 -、H2PO4 -、NO3 -和CH3CH(OH)CO2 -。带双电荷的抗衡离子的例子包括SO4 2-、CO3 2-和HPO4 2-。其他带电荷的抗衡离子对本领域技术人员是显然的。应该理解，残余量的抗衡离子可以存在于水合产物中。因此，毒性抗衡离子的使用将被抑制。同样，应该理解，对于带单电荷的抗衡离子而言，抗衡离子与季化的硅氧烷基的比例为1∶1。按抗衡离子的总电荷计，带有较大负电荷的抗衡离子将产生不同的比例。
n是1至约300的整数；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8每一个独立地是氢、直链或枝化的C1-C30烷基、C1-C30氟烷基、C1-C20酯基团、烷基醚、环烷基醚、环烷基烷基醚、环烯基醚、芳基醚、芳基烷基醚、含有聚醚的基团、脲基、酰胺基团、胺基团、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代或未取代的C3-C30环烷基烷基、取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C5-C30芳基、取代或未取代的C5-C30芳基烷基、取代或未取代的C5-C30杂芳基、取代或未取代的C3-C30杂环、取代或未取代的C4-C30杂环烷基、取代或未取代的C6-C30杂芳基烷基、氟、C5-C30氟芳基、或羟基；X独立地是直链或枝化的C1-C30烷基、C1-C30氟烷基、取代或未取代的C5-C30芳基烷基、醚、聚醚、硫化物、或含氨基的基团，并且V独立地是可聚合的烯键式不饱和的有机基团。
本发明中使用的氨基甲酸乙酯的代表性例子包括例如与羧基连接的仲胺，其中羧基还可以与其他基团如烷基连接。同样，仲胺还可以与其他基团如烷基连接。
本发明中使用的碳酸酯的代表性例子包括例如碳酸烷基酯和碳酸芳基酯，等等。
本发明中使用的氨基甲酸酯的代表性例子包括例如氨基甲酸烷基酯和氨基甲酸芳基酯，等等。
本发明中使用的羧基脲基的代表性例子包括例如烷基羧基脲基和芳基羧基脲基，等等。
本发明中使用的磺酰基的代表性例子包括例如烷基磺酰基和芳基磺酰基，等等。
本发明中使用的烷基的代表性例子包括，例如，连接到所述分子的其余部分的含有碳和氢原子的具有1至约18个碳原子的直链或枝化的饱和或不饱和的烃链基团，例如，甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基(异丙基)、正丁基和正戊基，等等。
本发明中使用的氟烷基的代表性例子包括例如具有与碳原子连接的一个或多个氟原子的上述直链或枝化的烷基，例如，-CF3、-CF2CF3、-CH2CF3、-CH2CF2H和-CF2H，等等。
本发明中使用的酯基团的代表性例子包括例如具有1-20个碳原子的羧酸酯，等等。
本发明中使用的醚或含有聚醚的基团的代表性例子包括例如烷基醚、环烷基醚、芳基醚、芳基烷基醚，其中烷基、环烷基、环烷基烷基、环烯基、芳基和芳基烷基是按上述定义的，例如，环氧烷烃、聚(环氧烷烃)，如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、聚(环氧乙烷)、聚(乙二醇)、聚(环氧丙烷)、聚(环氧丁烷)和它们的混合物或共聚物，还包括通式-R8OR9的醚或聚醚基团，其中R8是键、按上述定义的烷基、环烷基或芳基，R9是按上述定义的烷基、环烷基或芳基，例如，-CH2CH2OC6H5和-CH2CH2OC2H5，等等。
本发明中使用的酰胺基团的代表性例子包括例如通式-R10C(O)NR11R12的酰胺，其中R10、R11和R12独立地是C1-C30烃基，例如，R10可以是亚烷基、亚芳基、亚环烷基，R11和R12可以是按上述定义的烷基、芳基和环烷基，等等。
本发明中使用的胺基团的代表性例子包括例如通式-R13NR14R15的胺，其中R13是C2-C30亚烷基、亚芳基或亚环烷基，R14和R15独立地是C1-C30烃基，例如按上述定义的烷基、芳基或环烷基，等等。
本发明中使用的脲基的代表性例子包括例如具有一个或多个取代基的脲基或未取代的脲基。脲基优选是具有1～12个碳原子的脲基。取代基的例子包括烷基和芳基。脲基的例子包括3-甲基脲基、3，3-二甲基脲基和3-苯基脲基。
本发明中使用的烷氧基的代表性例子包括例如经氧键与所述分子的其余部分连接的按上述定义的烷基，即通式-OR20，其中R20是按上述定义的烷基、环烷基、环烷基烷基、环烯基、芳基或芳基烷基，例如，-OCH3、-OC2H5或-OC6H5等等。
本发明中使用的环烷基的代表性例子包括例如约3至约18个碳原子的取代或未取代的非芳香单环或多环环系，例如，环丙基、环丁基、环戊基、环己基、全氢萘基、金刚烷基和降冰片烷基桥连的环基团或螺双环基团，例如，螺-(4，4)-壬-2-基等等，任选地含有一个或多个杂原子，例如，O和N，等等。
本发明中使用的环烷基烷基的代表性例子包括例如取代或未取代的含有环的基团，其中约3至约18个碳原子的与烷基直接连接，然后在烷基的任何碳处与单体的主结构连接，从而产生稳定结构，例如，环丙基甲基、环丁基乙基和环戊基乙基，等等，其中环可以任选地含有一个或多个杂原子，例如，O和N，等等。
本发明中使用的环烯基的代表性例子包括例如含有约3至约18个碳原子的取代或未取代的含有环的基团，并具有至少一个碳-碳双键，例如，环丙烯基、环丁烯基和环戊烯基，等等，其中环可以任选地含有一个或多个杂原子，例如，O和N，等等。
本发明中使用的芳基的代表性例子包括例如含有约5至约25个碳原子的取代或未取代的单芳香或多芳香基团，例如，苯基、萘基、四氢化萘基、茚基和联苯基等等，任选地含有一个或多个杂原子，例如，O和N，等等。
本发明中使用的芳基烷基的代表性例子包括例如与按上述定义的烷基直接连接的取代或未取代的按上述定义的芳基，例如，-CH2C6H5、-C2H5C6H5，等等，其中芳基可以任选地含有一个或多个杂原子，例如，O和N，等等。
本发明中使用的氟芳基的代表性例子包括例如具有一个或多个与芳基连接的氟原子的按上述定义的芳基。
本发明中使用的杂环基团的代表性例子包括例如取代或未取代的稳定的3至约15元环基团，其含有碳原子和1～5个杂原子，例如，氮、磷、氧、硫和其混合。本发明使用的适合的杂环基团可以是单环、双环或三环体系，可以包括稠环、桥环或螺环体系，并且杂环基团中的氮、磷、碳、氧或硫原子可以任选被氧化至各种氧化态。此外，氮原子可以任选地被季化；和环基团可以被部分或完全饱和(即，杂芳香族的或杂芳基芳香族的)。杂环基团的例子包括但不限于氮杂环丁烷基、吖啶基、苯并间二氧杂环戊烯基、苯并二噁烷基、苯并呋喃基、咔唑基、噌啉基、二氧戊环基、中氮茚基、1，5-二氮杂萘基、全氢氮杂基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩噁嗪基、二氮杂萘基、吡啶基、pteridinyl、嘌呤基、喹唑啉基、喹喔啉基、喹啉基(quinolinyl)、异喹啉基、四唑基、咪唑基、四氢异喹啉、哌啶基、哌嗪基、2-氧代哌嗪基、2-氧代哌啶基、2-氧代吡咯烷基、2-氧代氮杂基、氮杂基、吡咯基、4-哌啶酮基、吡咯烷基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、噁唑基、噁唑啉基、噁唑烷基、三唑基、二氢化茚基、异噁唑基、异噁唑烷基、吗啉基、噻唑基、噻唑啉基、噻唑烷基、异噻唑基、quinuclidinyl、异噻唑烷基、吲哚基、异吲哚基、吲哚啉基、异吲哚啉基、八氢吲哚基、八氢异吲哚基、喹啉基(quinolyl)、异喹啉基、十氢异喹啉基、苯并咪唑基、噻二唑基、苯并吡喃基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、呋喃基、四氢呋喃基、四氢吡喃基、噻吩基、苯并噻吩基、硫杂吗啉基、硫杂吗啉基亚砜、硫杂吗啉基砜、二氧杂磷杂环戊烷基、噁二唑基、苯并二氢吡喃基、异苯并二氢吡喃基等和它们的混合物。
本发明中使用的杂芳基的代表性例子包括例如按上述定义的取代或未取代的杂环基团。杂芳基环基团可以在任何杂原子或碳原子处与主结构连接，从而产生稳定结构。
本发明中使用的杂芳基烷基的代表性例子包括例如与按上述定义的烷基直接连接的取代或未取代的按上述定义的杂芳基环基团。杂芳基烷基可以在烷基的任何碳原子处与主结构连接，从而产生稳定结构。
本发明中使用的杂环基团的代表性例子包括例如取代或未取代的按上述定义的杂环基团。杂环基团可以在任何杂原子或碳原子处与主结构连接，从而产生稳定结构。
本发明中使用的杂环烷基的代表性例子包括例如与按上述定义的烷基直接连接的取代或未取代的按上述定义的杂环基团。杂环烷基可以在烷基的碳原子处与主结构连接，从而产生稳定结构。
″可聚合的烯键式不饱和的有机基团″的代表性例子包括例如含有(甲基)丙烯酸酯的基团、含有(甲基)丙烯酰胺的基团、含有碳酸乙烯酯的基团、含有氨基甲酸乙烯酯的基团、含有苯乙烯的基团，等等。在一个实施方案中，可聚合的烯键式不饱和的有机基团可以由以下通式代表：
Figure S2006800482972D00071
其中R21是氢、氟或甲基；R22独立地是氢、氟、具有1-6个碳原子的烷基、或-CO-Y-R24基团，其中Y是-O-、-S-或-NH-，R24是具有1至约10个碳原子的二价亚烷基。
′取代的烷基′、′取代的烷氧基′、′取代的环烷基′、′取代的环烷基烷基′、′取代的环烯基′、′取代的芳基烷基′、′取代的芳基′、′取代的杂环′、′取代的杂芳基环′、′取代的杂芳基烷基′、′取代的杂环烷基环′、′取代的环′和′取代的羧酸衍生物′中的取代基可以相同或不同，包括一个或多个取代基，如氢、羟基、卤素、羧基、氰基、硝基、氧基(＝O)、硫基(＝S)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的环烯基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代的杂环烷基环、取代或未取代的杂芳基烷基、取代或未取代的杂环、取代或未取代的胍、-COORx、-C(O)Rx、-C(S)Rx、-C(O)NRxRy、-C(O)ONRxRy、-NRxCONRyRz、-N(Rx)SORy、-N(Rx)SO2Ry、-(＝N-N(Rx)Ry)、-NRxC(O)ORy、-NRxRy、-NRxC(O)Ry-、-NRxC(S)Ry、-NRxC(S)NRyRz、-SONRxRy-、-SO2NRxRy-、-ORx、-ORxC(O)NRyRz、-ORxC(O)ORy-、-OC(O)Rx、-OC(O)NRxRy、-RxNRyC(O)Rz、-RxORy、-RxC(O)ORy、-RxC(O)NRyRz、-RxC(O)Rx、-RxOC(O)Ry、-SRx、-SORx、-SO2Rx、-ONO2，其中在每一个上述基团中的Rx、Ry和Rz可以相同或不同，可以是氢原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的环烯基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、′取代的杂环烷基环′、取代或未取代的杂芳基烷基、或取代或未取代的杂环。
优选的式(I)的单体由以下式(II)至式(VI)所示：
Figure S2006800482972D00081
式(II)
Figure S2006800482972D00082
式(III)
Figure S2006800482972D00083
式(IV)
Figure S2006800482972D00084
式(V)，和
Figure S2006800482972D00091
式(VI)。
用于制作本发明公开的新型的阳离子型含硅单体的合成方法的示意性表述如下：
Figure S2006800482972D00092
在第二个方面，本发明包括由形成装置的包括式(I)单体的单体混合物形成的制品。根据优选的实施方案，所述制品是包括上述阳离子单体和至少第二单体的混合物的聚合产物。优选的制品是光学透明的，并可用作隐形眼镜。
由这些材料制成的有用制品可能要求疏水性、可能含硅的单体。优选的组合物具有亲水性和疏水性的单体。本发明可适用于各种聚合材料，可以是刚性或柔性的。特别优选的聚合材料是透镜，包括隐形眼镜、晶状体和非晶状体眼内透镜、角膜植入物，但是包括生物材料的所有聚合材料均在本发明的范围内。特别优选的是含硅水凝胶。
本发明还提供医用装置，如心瓣膜(heart valve)和薄膜、手术装置、导管替代物、子宫内装置、膜、隔膜、外科植入物、血管、人造输尿管、人造乳房组织、用于在体外与体液接触的膜，例如，肾透析用膜和心/肺机用膜等等、导管、护口器(mouth guard)、义齿衬垫(denture liner)、眼用装置和特别是隐形眼镜。
通过聚合含有至少一种含硅单体和至少一种亲水性单体的混合物来制备含硅水凝胶。含硅单体可以用作交联剂(交联剂被定义为具有多个可聚合的官能团的单体)，或可以使用单独的交联剂。
含硅隐形眼镜材料的早期例子公开在美国专利No.4,153,641(Deichert等人，转让给Bausch & Lomb Incorporated)。透镜由聚(有机硅氧烷)单体制成，其经二价烃基团α，ω末端键合至聚合的活化的不饱和基团。各种疏水性含硅预聚物如1，3-双(甲基丙烯酰氧基烷基)-聚硅氧烷与已知的亲水性单体如甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(HEMA)共聚。
美国专利No.5,358,995(Lai等人)记载了含有与大体积的聚硅氧烷基烷基(甲基)丙烯酸酯单体聚合的丙烯酸酯封端的聚硅氧烷预聚物和至少一种亲水性单体的含硅水凝胶。Lai等人转让给Bausch & Lomb Incorporated，通过引用的方式将其全部内容并入本文。丙烯酸酯封端的聚硅氧烷预聚物，常称作M2Dx，由两个丙烯酸酯端基构成，″x″是二甲基硅氧烷重复单元的数量。优选的大体积的聚硅氧烷基烷基(甲基)丙烯酸酯单体是TRIS-型(甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷)，其中亲水性单体含有丙烯酸或乙烯基。
本发明可以使用的含硅单体混合物的其他例子包括下面的：美国专利No.5,070,215和5,610,252(Bambury等人)公开的碳酸乙烯酯和氨基甲酸乙烯酯单体混合物；美国专利No.5,321,108、5,387,662和5,539,016(Kunzler等人)公开的氟硅单体混合物；美国专利No.5,374,662、5,420,324和5,496,871(Lai等人)公开的富马酸酯单体混合物和美国专利No.5,451,651、5,648,515、5,639,908和5,594,085(Lai等人)公开的氨基甲酸乙酯单体混合物，所有这些专利均转让给受让人Bausch & Lomb Incorporated，通过引用的方式将其全部内容并入本文。
非硅疏水性材料的例子包括丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯。
阳离子型含硅单体可以与各种亲水性单体共聚，形成硅水凝胶透镜。适合的亲水性单体包括：不饱和的羧酸，如甲基丙烯酸和丙烯酸；丙烯酸取代的醇，如甲基丙烯酸2-羟基乙基酯和丙烯酸2-羟基乙基酯；乙烯基内酰胺，如N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和1-vinylazonam-2-酮；丙烯酰胺，如甲基丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺(DMA)。
其他例子是美国专利No.5,070,215中公开的亲水性碳酸乙烯酯或氨基甲酸乙烯酯单体和美国专利No.4,910,277中公开的亲水性噁唑酮单体。其他适合的亲水性单体对于本领域技术人员是显然的。
疏水性交联剂包括甲基丙烯酸酯，如二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和甲基丙烯酸烯丙酯(AMA)。与传统的硅水凝胶单体混合物相比，含有本发明的季化硅单体的单体混合物是相对可溶于水的。与传统硅水凝胶单体混合物相比，这种特征提供的优点在于，因不相容相分离造成的混浊透镜的可能降低，并且聚合的材料可用水萃取。然而，在需要时，还可以使用传统的有机萃取方法。此外，萃取的透镜证实良好地组合了透氧性(Dk)和低模量，已知这对获得所需的隐形眼镜是很重要的性能。此外，用本发明季化的硅单体制备的透镜在未进行表面处理时也可润湿，提供干模剥离，在单体混合物中不需要溶剂(但是可以使用溶剂，如甘油)，萃取的聚合材料没有细胞毒性，并且表面对触觉是光滑的。在含有本发明季化的硅单体的聚合的单体混合物没有表现出所需的撕裂强度时，增韧剂如TBE(甲基丙烯酸4-叔丁基-2-羟基环己基酯)可以加到单体混合物中。其他补强剂是本领域技术人员已知的，并在需要时可以使用。
尽管本文公开的阳离子型含硅单体的优点在于它们是相对水可溶解的，并且在它们的共聚单体中也是可溶的，但是在初始单体混合物中可以包括有机稀释剂。本发明中，术语″有机稀释剂″包括使初始单体混合物中各成分的不相容性最小化并且与初始混合物中的各成分基本上不反应的有机化合物。此外，有机稀释剂用于使通过聚合单体混合物生成的聚合产物的相分离最小化。此外，有机稀释剂通常是相对不可燃的。
预期的有机稀释剂包括叔丁醇(TBA)；二醇，如乙二醇，以及多元醇，如甘油。优选地，有机稀释剂在萃取溶剂中充分溶解，从而促进在萃取步骤中从固化的制品中将其去除。其他适合的有机稀释剂对于本领域技术人员是显然的。
有机稀释剂的量可有效地提供所需效果。通常，稀释剂占单体混合物的5-60重量％，10-50重量％是特别优选。
根据本方法，通过常规方法，如静态浇铸或旋转浇铸，使包括至少一种亲水性单体、至少一种阳离子型含硅单体和任选存在的有机稀释剂的单体混合物成型并固化。
使用引发剂，在如美国专利No.3,808,179所述的那些条件下，自由基聚合，如偶氮二异丁腈(AIBN)和过氧化物催化剂，可以形成透镜，在此引入该专利作为参考。本领域公知的单体混合物的光引发聚合也可以用在形成本发明制品的方法中。在单体聚合之前，可以加入着色剂等。
然后，从固化的制品中除去足够量的未反应的单体和存在时的有机稀释剂，从而改进制品的生物相容性。在安装透镜时，将未聚合的单体释放到眼睛中可能引起刺激和其他问题。与必须用可燃溶剂如异丙醇萃取的其他单体混合物不同，由于本发明公开的新型的季化的硅氧烷单体的性能，可以使用包括水在内的不可燃的溶剂进行萃取过程。
一旦形成了由含有本发明公开的阳离子型含硅单体的聚合的单体混合物形成的生物材料，那么进行萃取制备，并包装和最终使用。通过使聚合的材料与各种溶剂如水、叔丁醇等接触不同时间完成萃取。例如，一种萃取方法是在水中浸渍聚合的材料约3分钟，除去水，然后在另一份水中浸渍聚合的材料约3分钟，除去那份水，然后在水或缓冲溶液中高压处理聚合的材料。
在萃取未反应的单体和任何有机稀释剂之后，任选地通过本领域已知的各种方法加工成型的制品，例如RGP透镜。加工步骤包括车床切割透镜表面，车床切割透镜边缘，磨光透镜边缘或抛光透镜边缘或表面。对于其中透镜表面被车床切割的方法，本方法是特别有利的，因为当表面有粘性或呈橡胶态时，透镜表面的加工特别困难。
通常，在从模中取出制品之前进行这种加工过程。在加工操作之后，可以从模中取出透镜并将其水合。可选择地，可以在从模中取出透镜之后加工制品，然后水合。
实施例
所有溶剂和试剂均从Sigma-Aldrich，Milwaukee，WI得到，并按得到时的样子使用，除了氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)，900-1000和3000g/mol，从Gelest，Inc.，Morrisville，PA得到，甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷从Silar Laboratories，Scotia，NY得到，它们使用时未进一步纯化。使用标准技术纯化单体甲基丙烯酸2-(羟基乙基)酯和1-乙烯基-2-吡咯烷酮。
分析测量
NMR：使用本领域中的标准技术，使用400 MHz Varian光谱仪进行1H-核磁共振(NMR)表征。除非另有说明，样品溶解在氯仿-d(99.8原子％D)中。通过在7.25ppm处赋予残余氯仿峰确定化学位移。通过对基线分离的峰进行积分确定峰面积和质子比。在存在并明显可识别时，记录分裂图(s＝单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰，m＝多重峰，br＝宽)和耦合常数(J/Hz)。
SEC：尺寸排阻色谱(SEC)分析进行如下：在35℃在Polymer Labs PLGel Mixed Bed E(x2)柱上注射溶解在四氢呋喃(THF)中的100μL样品(5-20mg/mL)，使用Waters 515 HPLC泵和HPLC级THF移动相，流速1.0mL/min，并在35℃用Waters 410差示折射计检测。通过与Polymer Lab聚苯乙烯窄标准相比确定Mn、Mw和多分散性(PD)的值。
ESI-TOF MS：在Applied Biosystems Mariner仪器上进行电喷雾(ESI)飞行时间(TOF)MS分析。该仪器以正离子模式操作。用含有赖氨酸、血管紧张肽原、缓激肽(链段1-5)和des-Pro缓激肽的标准溶液质量校准该仪器。该混合物从147m/z至921m/z提供7点校准。用从相同标准溶液得到的信号优化施加的电压参数。
制备聚合物样品的储备溶液，为四氢呋喃(THF)中的1mg/mL溶液。从这些储备溶液，制备ESI-TOF MS分析用的样品，为异丙醇(IPA)中的30μM溶液，其中在IPA中加有2体积％的饱和NaCl。样品以35μL/min的速率直接灌注进ESI-TOF MS仪器中。
机械性能和透氧性：根据ASTM D-1708a进行模量和拉伸测试，使用Instron(Model 4502)仪器，其中水凝胶膜样品浸渍在硼酸盐缓冲盐水中；膜样品的适宜尺寸为计量长度22mm和宽度4.75mm，其中样品的端部形成狗骨形，从而用Instron仪器的夹子夹持样品，厚度为200+50微米。
通过以下过程测定透氧性(也称作Dk)。可以使用其他方法和/或仪器，只要从其得到的透氧性值等价于所述方法。通过极谱法(ANSIZ80.20-1998)，使用O2 Permeometer Model 201T仪器(Createch，Albany，California USA)，测量聚硅氧烷水凝胶的透氧性，所述仪器具有探针，其端部包含中心的圆的金阴极和与阴极绝缘的银阳极。仅对预检测的无针孔平的聚硅氧烷水凝胶膜样品的150-600微米的三个不同中央厚度进行测量。可以使用Rehder ET-1电子厚度计进行膜样品的中央厚度测量。通常，膜样品呈圆盘形。通过将膜样品和探针浸渍在含有于35℃+/-0.2°平衡的循环磷酸盐缓冲盐水(PBS)的浴中进行测量。在PBS浴中浸渍探针和膜样品之前，放置膜样品，且中心在用平衡的PBS预润湿的阴极上，从而确保在阴极和膜样品之间没有空气泡或过量PBS存在，然后用安装帽将膜样品与探针固定，其中探针的阴极部分仅接触膜样品。对于聚硅氧烷水凝胶膜，经常在探针阴极和膜样品之间使用例如呈圆盘形的Teflon聚合物膜。在这种情况下，首先将Teflon膜放置在预润湿的阴极上，然后将膜样品放置在Teflon膜上，从而确保在Teflon膜或膜样品下面没有空气泡或过量PBS存在。一旦收集了测量值，仅有相关性系数值(R2)0.97或更高的数据进入Dk值的计算。每个厚度至少两次Dk测量，并符合R2值。使用已知的回归分析，从具有至少三个不同厚度的膜样品计算透氧性(Dk)。用PBS之外的溶液水合的任何膜样品首先在纯水中浸泡，然后平衡至少24小时，然后在PHB中浸泡，并平衡至少12小时。仪器进行正规清洗，并使用RGP标准进行正规校准。通过计算William J.Benjamin等人，The Oxygen Permeability ofReference Materials，Optom Vis Sci 7(12s)：95(1997)建立的贮存值(Repository values)的+/-8.8％，建立上限和下限，通过引用的方式将其全部内容并入本文：
  材料名称   贮存值   下限   上限
  Fluoroperm 30   26.2   24   29
  Menicon EX   62.4   56   66
  Quantum II   92.9   85   101
缩写
NVP     1-乙烯基-2-吡咯烷酮
TRIS    甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷
HEMA    甲基丙烯酸2-羟基乙基酯
v-64    2，2′-偶氮双(2-甲基丙腈)
PG      1，3-丙二醇
EGDMA   二甲基丙烯酸乙二醇酯
SA      2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯基]乙基甲基丙烯酸酯
IMVT    1，4-双[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌
除非明确另有所指或用途很清楚，实施例中所用的所有数值均被认为是用术语″约″修饰并按重量％计。
实施例1.合成3-(氯乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)。
向从Gelest，Inc.，Morrisville，PA得到的3-氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(97.7g，3000g/mol)在二氯甲烷(350mL)和NaOH(aq)(0.75M，150mL)中的0℃溶液的剧烈搅拌的两相混合物中滴加氯乙酰氯(8mL，0.1mol)在二氯甲烷(50mL)中的溶液。在环境温度下1小时之后，分离有机层，与硅胶(25g)和Na2SO4(25g)搅拌5小时，过滤。减压除去溶剂，得到无色液态产物(85g，83％)：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ6.64(br，2H)，4.05(s，4H)，3.29(q，J＝7Hz，4H)，1.60-1.52(m，4H)，0.56-0.52(m，4H)，0.06(s，约264H)；GPC：Mw 3075g/mol，PD 1.80。样品的质谱表明具有重复单元质量74Da的带单电荷的低聚物的质量分布。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为326Da(C12H24N2O2SiCl2)，所需的钠荷电剂的质量为23Da(Na)。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列(74×n+326+23)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
Figure S2006800482972D00161
实施例2.合成3-(溴乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷).
按与实施例1所述基本上相同的方式，使氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(50.2g，3000g/mol)与溴乙酰氯反应，得到粘稠无色油状产物(40g，74％)：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ6.55(br，2H)，3.89(s，4H)，3.27(q，J＝7Hz，4H)，1.60-1.52(m，4H)，0.54(t，J＝7Hz，4H)，0.06(s，约348H)。GPC：Mw 5762g/mol，PD 1.77。样品的质谱表明具有重复单元质量74Da的带单电荷的低聚物的质量分布。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为414Da(C12H24N2O2SiBr2)，所需的钠荷电剂的质量为23Da(Na)。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列(74×n+414+23)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
实施例3.合成阳离子型甲基丙烯酸酯氯化物封端的聚(二甲基硅氧烷)。
向实施例1的3-(氯乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(19.96g)在乙酸乙酯(25mL)中的溶液中加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(3.40mL，20.1mmol)，在黑暗中在氮气气氛中于60℃加热混合物39小时。减压下从得到的溶液除去溶剂和/或试剂，得到含有残余量甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(＜10w/w％)的产物(23.1g)，通过1H NMR分析容易将其量化：1HNMR(CDCl3，400MHz)δ9.23(br，2H)，6.07(s，2H)，5.60(s，2H)，4.71(s，4H)，4.65-4.63(m，4H)，4.18(br，4H)，3.47(s，12H)，3.19-3.13(m，4H)，1.88(s，6H)，1.53-1.49(m，4H)，0.51-0.47(m，4H)，0.01(s，约327H)。样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积(deconvolute)时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为570Da(C28H54N4O6Si)。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列((74/2)×n+570)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
Figure S2006800482972D00171
实施例4.合成阳离子型甲基丙烯酰胺氯化物封端的聚(二甲基硅氧烷)。
按与实施例3所述基本上相同的方式，使实施例1的3-(氯乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(36.9g)与N-[3-(二甲基氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(4.90mL，27.0mmol)反应，得到阳离子型甲基丙烯酰胺氯化物封端的聚(二甲基硅氧烷)(41.5g)，含有残余量的N-[3-(二甲基氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(＜10w/w％)，通过1H NMR分析容易将其量化：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ9.19(br，2H)，7.68(br，2H)，5.87(s，2H)，5.33(br，2h)，4.45(s，4H)，3.72-3.69(m，4H)，3.44-3.40(m，4H)，3.33(s，12H)，3.21-3.16(m，4H)，2.21-2.17(m，4H)，1.95(s，6H)，1.55-1.51(m，4H)，0.54-0.49(m，4H)，0.04(s，约312H)。样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为596Da(C30H60N6O4Si)。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列((74/2)×n+596)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
Figure S2006800482972D00181
实施例5.合成阳离子型甲基丙烯酸酯溴离子封端的聚(二甲基硅氧烷)。
按与实施例3所述基本上相同的方式，使实施例2的3-(溴乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(15.0g)反应，得到阳离子型甲基丙烯酸酯溴离子封端的聚(二甲基硅氧烷)(17.8g)，其为高度粘稠的液体：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ8.79(br，2H)，6.12(s，2H)，5.65(s，2H)，4.76(s，4H)，4.66(br，4H)，4.20(br，4H)，3.49(s，12H)，3.21(t，J＝7Hz，4H)，1.93(s，6H)，1.59-1.51(m，4H)，0.55-0.51(m，4H)，0.04(s，约400H)。样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为570Da(C28H54N4O6Si)。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列((74/2)×n+570)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
Figure S2006800482972D00191
实施例6.合成阳离子型甲基丙烯酰胺溴离子封端的聚(二甲基硅氧烷)。
按与实施例3所述基本上相同的方式，使实施例2的3-(溴乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(15.0g)反应，得到阳离子型甲基丙烯酰胺溴离子封端的聚(二甲基硅氧烷)，其为高度粘稠的液体(16.7g)：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ8.76(br，2H)，7.44(br，2H)，5.87(s，2H)，5.33(s，2H)，4.47(s，4H)，3.77-3.73(m，4H)，3.43-3.40(s，4H)，3.35(s，12H)，3.22-3.17(m，4H)，3.24-3.00(m，4H)，1.96(s，6H)，1.58-1.50(m，4H)，0.54-0.50(m，4H)，0.04(s，约387H)。样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为596Da(C30H60N6O4Si)。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列((74/2)×n+596)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
实施例7.合成阳离子型甲基丙烯酸酯氯化物封端的聚(二甲基硅氧烷)。
按与实施例1和3所述基本上相同的方式，使3-氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(g，900-1000g/mol)分两步反应，得到阳离子型甲基丙烯酸酯氯化物封端的聚(二甲基硅氧烷)，其为高度粘稠的液体：1H NMR(CDCl3，400MHz)δ9.26(br，2H)，6.12(s，2H)，5.67(s，2H)，4.75(s，4H)，4.66(br，4H)，4.14(br，4H)，3.47(s，12H)，3.22(br，4H)，2.06(br，4H)，1.93(s，6H)，1.59-1.52(m，4H)，0.56-0.52(m，4H)，0.05(s，约192H)。
实施例8-12.含有阳离子型硅氧烷基预聚物的膜的聚合、加工和性能。
将含有以上实施例的阳离子封端的聚(二甲基硅氧烷)预聚物、以及眼用材料常用的其他添加剂(稀释剂、引发剂等)的液状单体溶液夹在不同厚度的硅烷化的玻璃板之间，通过在氮气气氛中于100℃加热2h，利用产生自由基的添加剂的热分解进行聚合。表1所列各制剂提供透明的、不粘的、不溶膜。
表1.含有阳离子封端的聚(二甲基硅氧烷)的制剂
  实施例 3 4 5 6 7 NVP HEMA TRIS PG EGDMA v-64
  8   19.2   34.4   48.9   0.5
  9   14.2   37.8   18.9   23.6   5.0   0.5
  10   14.2   37.9   19.0   23.7   4.7   0.5
  11   17.3   39.4   16.8   27.9   3.6   0.2   0.5
  12   25.8   24.3   24.9   24.2   0.2   0.5
  13   7.0   7.0   36.9   19.4   23.1   4.9   0.5
从玻璃板取下膜，在去离子水中水合/萃取最少4小时，转移至新鲜的去离子水中，在121℃高压处理30min。然后按表2所述，分析冷却膜在眼用材料中的相关的所选性能。如上所述，根据ASTM D-1708a在硼酸盐缓冲盐水进行机械测试。如上所述，在35℃，使用三个不同厚度的可接受膜，在磷酸盐缓冲盐水中测量透氧性，按Dk(或barrer)单位记录。
表2.含有阳离子封端的聚(二甲基硅氧烷)的加工膜的性能
  实施例   含水量(w/w％)   Dk(barrer)   模量(g/mm2)*  撕裂(g/mm)*
  8   36.5   117   210(21)   16(2)
  9   52.1   60   75(3)   7.0(5)
  10   51.4   62   101(14)   5(1)
  11   41.5   74   123(13)   9(1)
  12   31.9   89   180(12)   8.0(4)
  13   49.4   53   111(4)   4.0(3)
*括号中的数值表明最终数字的标准偏差
实施例14.含有阳离子型封端的聚(二甲基硅氧烷)的眼用透镜的聚合和加工。
在惰性氮气气氛中，将含有13.9重量份实施例3的产物、23.3份TRIS、41.8份NVP、13.9份HEMA、5份PG、0.5份v-64、1.5份SA和60ppm IMVT的40μL的可溶液态单体混合物密封在聚(丙烯)前半和后半隐形眼镜模具之间，转移至炉中，在惰性氮气气氛中在100℃加热2h。分离冷却的两半模具，从模具中取出干燥的透镜，两次在去离子水中水合/萃取最少3min，转移至含有缓冲盐水溶液的高压小瓶中并密封，在121℃高压处理30min，得到光学透明的、蓝色的眼用透镜，折射率1.4055+/-0.0005。
实施例15.制备R-1778
综述
材料
试剂烯丙基溴，甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(98％；重要的是：用2000ppm MEHQ稳定)，二甲苯中的10％铂-1，3-二乙烯基-1-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷复合物，氯仿-d(99.8原子％D)，正戊烷(HPLC级)，无水乙酸乙酯(99.8％)，无水四氢呋喃，无水1，4-二噁烷，硅胶60(70-230目ASTM)均购自Sigma-Aldrich，Milwaukee，WI，使用时未进一步纯化。试剂氢化物封端的聚(二甲基硅氧烷)(平均分子量1000-1100g/mol)购自Gelest，Inc.，Morrisville，PA。
分析方法
NMR：使用本领域中的标准技术，使用400MHz Varian光谱仪进行1H-NMR表征。除非另有说明，样品溶解在氯仿-d(99.8原子％D)中。通过在7.25ppm处赋予残余氯仿峰确定化学位移。通过对基线分离的峰进行积分确定峰面积和质子比。在存在并明显可识别时，记录分裂图(s＝单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰，m＝多重峰，br＝宽)和耦合常数(J/Hz)。
SEC：尺寸排阻色谱(SEC)分析进行如下：在35℃在Polymer Labs PLGel Mixed Bed E(x2)柱上注射溶解在四氢呋喃(THF)中的100μL样品(5-20mg/mL)，使用Waters 515 HPLC泵和HPLC级THF移动相，流速1.0mL/min，并在35℃用Waters 410差示折射计检测。通过与Polymer Lab聚苯乙烯窄标准相比确定Mn、Mw和多分散性(PD)的值。
制备
步骤1：硅氢化。在安装有搅拌装置、水冷凝器和氮气冲洗的圆底烧瓶中，向氢化物封端的聚(二甲基硅氧烷)(99.3g，1000-1100Mn)和烯丙基溴(25mL，287mmol，3.0eq.)的四氢呋喃/1，4-二噁烷(2：1v/v，570mL)溶液中加入二甲苯(0.7mL)中的10％铂-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷复合物，溶液在60℃加热4h。减压浓缩冷却的溶液，在戊烷(250mL)中再溶解，经过材料部分填充有硅胶(200g)和戊烷的色谱柱，用额外的300mL戊烷冲洗。减压(约25托)浓缩无色溶液，然后高真空(约1托)下汽提至恒重，得到112.12g(90.1％产率)透明液态产物(1316g/mol)。
步骤2：季化。然后在安装有磁力搅拌棒的圆底烧瓶中，将步骤1的无色液态产物(112.12g)溶解在乙酸乙酯(150mL，1.3mL/g)中，用甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(116mL，680mmol，约8eq.)处理，并用氮气冲洗密封半小时。经除去氮气冲洗，使反应保持在正氮气压力下，使得在后续加热中容器承受住略微的顶部空间压力。然后在黑暗中于60℃加热反应100h。(注：由于存在可聚合的部分，必须仔细监测和控制反应，避免胶凝，例如使用带护套的圆底、油浴等)。然后减压浓缩(约25托和40℃)冷却的溶液。得到的产物混合物为粘稠液态至部分固态，颜色为清色至琥珀色，高真空(＜1托)和60℃汽提，除去残余的乙酸乙酯和N，N-二甲基氨基(乙基甲基丙烯酸酯)。在汽提中，热液体开始固化成无定形固体，要求频繁地搅拌/刮擦/压碎产物混合物，特别是在快到汽提结束时。当通过目测外观产物完全固化和不再收集到残余单体时，完成汽提。得到蜡状固态产物，颜色为无色至浅琥珀色，然后在低温下保存在琥珀色小瓶中。
分析
1HNMR：(CDCl3，400MHz)δ6.19(s，0.01H)，5.66(s，0.01)，4.64(br，0.02H)，1.76(br，0.02H)，3.70-3.64(m，0.04H)，3.50(0.06H)，1.94-1.83(m，0.05H)，1.63-1.55(m，0.02H)，0.05(s，0.78H)。使用以下计算式，使用在δ5.66(产物封端的乙烯基H，V)、5.55(残余N，N-二甲基氨基(乙基甲基丙烯酸酯)的乙烯基H)、1.59(PDMS烷基封端的CH2，A)和0.05ppm(PDMS骨架的-CH3，P)处的产物峰积分，估计PDMS链长度(x)、分子量、转化率百分比和残余单体/溶剂：
链长度(n)＝(P×2)/(A×3)
分子量(g/mol)＝n×74+558
转化率(％)＝[(V×2)/(A)]×100
摩尔分数残余DMAEMA(d)＝(D)/[(V/2)+(D)]
残余DMAEMA(w/w％)＝[(d×157)/([d×157]+[(1-d)×MW])]×100
ESI-TOF：样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。
实施例16.制备RD-1799
综述
材料
试剂氯乙酰氯(98％)，甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(98％；重要的是：用2000ppm MEHQ稳定)，氯仿-d(99.8原子％D)，正戊烷(HPLC级)，无水乙酸乙酯(99.8％)，氢氧化钠，硅胶60(70-230目ASTM)均购自Sigma-Aldrich，Milwaukee，WI，使用时未进一步纯化。试剂氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(平均分子量2500g/mol)购自Gelest，Inc.，Morrisville，PA。
分析方法
ESI-TOF MS：在Applied Biosystems Mariner仪器上进行电喷雾(ESI)飞行时间(TOF)MS分析。该仪器以正离子模式操作。用含有赖氨酸、血管紧张肽原、缓激肽(链段1-5)和des-Pro缓激肽的标准溶液质量校准该仪器。该混合物从147m/z至921m/z提供7点校准。用从相同标准溶液得到的信号优化施加的电压参数。为精确质量测量，将标称Mn值为400Da的聚(乙二醇)(PEG)加到相关样品中，用作质量内标。插入法测定(bracketed)相关样品质量的两种PEG低聚物用于校准质量刻度。样品制备成异丙醇(IPA)中的30μM溶液，IPA中加有2体积％的饱和NaCl。样品以35μL/min的速率直接灌注进ESI-TOF MS仪器中。在分析中获得充分分辨本领(6000RP m/ΔmFWHM)，对于每一样品获得单种同位素质量。在每一分析中，将实验单种同位素质量与从各元素组成确定的理论单种同位素质量作比较。在每一分析中，单种同位素质量比较误差小于10ppm。应注意到，不带电荷的样品在其元素组成中包括钠(Na)原子。Na原子是样品制备过程中加入的必须的荷电剂。一些样品不需要加入荷电剂，因为它们含有来自于它们各自结构中固有的季氮的电荷。
NMR：使用本领域中的标准技术，使用400MHz Varian光谱仪进行1H-NMR表征。除非另有说明，样品溶解在氯仿-d(99.8原子％D)中。通过在7.25ppm处赋予残余氯仿峰确定化学位移。通过对基线分离的峰进行积分确定峰面积和质子比。在存在并明显可识别时，记录分裂图(s＝单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰，m＝多重峰，br＝宽)和耦合常数(J/Hz)。
SEC：尺寸排阻色谱(SEC)分析进行如下：在35℃在Polymer Labs PLGel Mixed Bed E(x2)柱上注射溶解在四氢呋喃(THF)中的100μL样品(5-20mg/mL)，使用Waters 515 HPLC泵和HPLC级THF移动相，流速1.0mL/min，并在35℃用Waters 410差示折射计检测。通过与Polymer Lab聚苯乙烯窄标准相比确定Mn、Mw和多分散性(PD)的值。
制备
步骤1：酰胺化。向在二氯甲烷(122mL)中的3-氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(97.7g)和NaOH(aq)(5.0M，62mL)的0℃的剧烈搅拌的两相混合物中，于30min内滴加氯乙酰氯(9.31mL，0.117mol)在二氯甲烷(23mL)中的溶液。在0℃再过1.5h之后，分离有机层，用硫酸镁干燥。倾析出透明液体，经过填充硅胶(150g)和二氯甲烷的色谱柱。使额外的200mL二氯甲烷经过柱，减压除去溶剂，得到产物，为粘稠无色液体(85g，83％).
1H NMR：(CDCl3，400MHz)δ6.64(br，2H)，4.05(s，4H)，3.29(q，J＝7Hz，4H)，1.60-1.52(m，4H)，0.56-0.52(m，4H)，0.06(s，约264H)。
SEC：Mw 3075g/mol，PD 1.80。
ESI-TOF：样品的质谱表明具有重复单元质量74Da的带单电荷的低聚物的质量分布。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为326Da(C12H24N2O2SiCl2)，所需的钠荷电剂的质量为23Da(Na)。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列(74×n+326+23)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
Figure S2006800482972D00251
步骤2：季化。在安装有搅拌棒的圆底烧瓶中，用2.25当量的甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯处理步骤1的3-(氯乙酰氨基)丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)(19.96g，3200g/mol)、乙酸乙酯(19mL)和对甲氧基苯酚(20mg，1000ppm)的溶液。为解释分子量分布的微小差异，少量加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯，搅拌均匀化，然后取出一部分反应混合物，在氯仿-d中稀释，并经在0.56-0.52ppm(4个质子/封端的PDMS)处的多峰对5.55ppm(1个质子/甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯)处的单峰的1H NMR积分分析，得到精确的化学计量定量，然后根据需要用额外的甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯调整。密封容器，用氮气冲洗30min。除去氮气冲洗，保持正氮气压力，使得在后续加热中容器承受住略微的顶部空间压力。然后在黑暗中于60℃加热反应80h。(注：由于存在可聚合的部分，必须仔细监测和控制反应，避免胶凝，例如使用带护套的圆底油浴等)。然后减压浓缩(约25托和40℃)冷却的溶液，然后在高真空(＜1托)和环境温度下汽提至恒重(4-15h)，得到产物，为高度粘稠液体，颜色为无色到黄色，含有残余量的甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(＜10w/w％)，然后转移进琥珀色瓶中，冷却保存。
Figure S2006800482972D00261
分析
1HNMR：(CDCl3，400MHz)δ9.23(br，2H)，6.07(s，2H)，5.60(s，2H)，4.71(s，4H)，4.65-4.63(m，4H)，4.18(br，4H)，3.47(s，12H)，3.19-3.13(m，4H)，1.88(s，6H)，1.53-1.49(m，4H)，0.51-0.47(m，4H)，0.01(s，约327H)。使用以下计算式，使用在δ5.60(产物封端的乙烯基H，V)、5.55(残余N，N-二甲基氨基(乙基甲基丙烯酸酯)的乙烯基H)、0.51-0.47(PDMS烷基封端的CH2，A)和0.01ppm(PDMS骨架的-CH3，P)处的产物峰积分，估计PDMS链长度(x)、分子量、转化率百分比和残余单体/溶剂：
链长度(n)＝(P×2)/(A×3)
分子量(g/mol)＝n×74+584
转化率(％)＝[(V×2)/(A)]×100
摩尔分数残余DMAEMA(d)＝(D)/[V/2)+(D)]
残余DMAEMA(w/w％)＝[(d×157)/([d×157]+[(1-d)×MW])]×100
ESI-TOF：样品的质谱表明具有重复单元质量37Da的带双电荷的低聚物的质量分布。当去卷积时，这相应于重复单元质量74Da(37Da×2)。这相应于目标二甲基硅氧烷(C2H6SiO)重复单元化学。样品的目标端基标称质量为570Da(C28H54N4O6Si)。端基化学含有两个季氮原子，因此不需要额外的荷电剂。两个季氮(N+)原子也解释了存在带双电荷的质量峰。样品分布中的质量峰相应于标称质量序列((74/2)×n+570)，其中n是重复单元的数量。在评价的低聚物的实验和理论同位素分布图之间具有良好匹配。
实施例17  制备RD-1799-B和RD-1778-B
综述
材料
试剂甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(98％；重要的是：用2000ppmMEHQ稳定)，三氟乙酸，氯仿-d(99.8原子％D)，正戊烷(HPLC级)，无水乙酸乙酯(99.8％)，氢氧化钠，硅胶60(70-230目ASTM)均购自Sigma-Aldrich，Milwaukee，WI，使用时未进一步纯化。试剂八甲基环四硅氧烷(D4)购自Gelest，Inc.，Morrisville，PA，试剂1，3-双(4-溴丁基)四甲基二硅氧烷购自Silar Laboratories(Scotia，NY)。
分析方法
ESI-TOF MS：在Applied Biosystems Mariner仪器上进行电喷雾(ESI)飞行时间(TOF)MS分析。该仪器以正离子模式操作。用含有赖氨酸、血管紧张肽原、缓激肽(链段1-5)和des-Pro缓激肽的标准溶液质量校准该仪器。该混合物从147m/z至921m/z提供7点校准。用从相同标准溶液得到的信号优化施加的电压参数。为精确质量测量，将标称Mn值为400Da的聚(乙二醇)(PEG)加到相关样品中，用作质量内标。插入法测定相关样品质量的两种PEG低聚物用于校准质量刻度。样品制备成异丙醇(IPA)中的30μM溶液，IPA中加有2体积％的饱和NaCl。样品以35μL/min的速率直接灌注进ESI-TOF MS仪器中。在分析中获得充分分辨本领(6000RP m/Δm FWHM)，对于每一样品获得单种同位素质量。在每一分析中，将实验单种同位素质量与从各元素组成确定的理论单种同位素质量作比较。在每一分析中，单种同位素质量比较误差小于10ppm。应注意到，不带电荷的样品在其元素组成中包括钠(Na)原子。Na原子是样品制备过程中加入的必须的荷电剂。一些样品不需要加入荷电剂，因为它们含有来自于它们各自结构中固有的季氮的电荷。
NMR：使用本领域中的标准技术，使用400MHz Varian光谱仪进行1H-NMR表征。除非另有说明，样品溶解在氯仿-d(99.8原子％D)中。通过在7.25ppm处赋予残余氯仿峰确定化学位移。通过对基线分离的峰进行积分确定峰面积和质子比。在存在并明显可识别时，记录分裂图(s＝单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰，m＝多重峰，br＝宽)和耦合常数(J/Hz)。
SEC：尺寸排阻色谱(SEC)分析进行如下：在35℃在Polymer Labs PLGel Mixed Bed E(x2)柱上注射溶解在四氢呋喃(THF)中的100μL样品(5-20mg/mL)，使用Waters 515 HPLC泵和HPLC级THF移动相，流速1.0mL/min，并在35℃用Waters 410差示折射计检测。通过与Polymer Lab聚苯乙烯窄标准相比确定Mn、Mw和多分散性(PD)的值。
制备
步骤1：开环聚合。在安装有搅拌棒和干燥柱的烧瓶中，用三氟乙酸处理1，3-双(4-溴丁基)四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的溶液，并在环境温度下搅拌24h。向反应中加入NaHCO3，混合物在环境温度下再搅拌24h。然后通过5μm PTFE过滤器加压过滤混合物，然后在80℃和1-5托下汽提2h，得到产物，为透明无色粘稠液体。
步骤2：季化。然后在安装有磁力搅拌棒的圆底烧瓶中，将步骤1的无色液态产物溶解在乙酸乙酯中，用甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯处理。密封反应容器，使得在后续加热中容器可承受住略微的顶部空间压力。然后在黑暗中于60℃加热该反应100h。(注：由于存在可聚合的部分，必须仔细监测和控制反应，避免胶凝，例如使用带护套的圆底、油浴等)。然后减压浓缩(约25托和40℃)冷却的溶液。得到的产物混合物为粘稠液态至部分固态，颜色为清色至琥珀色，高真空(＜1托)和60℃汽提，除去残余的乙酸乙酯和N，N-二甲基氨基(乙基甲基丙烯酸酯)。由于在汽提中的部分固化，可能要求频繁地搅拌/刮擦/压碎产物混合物，特别是在快到汽提结束时，特别是对于M2D14plus-B。当没有收集到更多残余单体时，完成汽提，不应超过8h。得到蜡状固态产物，颜色为清色至淡琥珀色，然后在低温下保存在琥珀色小瓶中。

Claims (33)

1.一种式(I)的单体：
Figure FDA00003457462200011
式(I)
其中L可以相同或不同，并选自碳酸酯、氨基甲酸酯、羧基脲基、磺酰基、直链或枝化的C1-C30烷基、C1-C30氟烷基、C1-C20酯基、烷基醚、环烷基醚、环烯基醚、芳基醚、芳基烷基醚、含有聚醚的基团、脲基、酰胺基、胺基、C1-C30烷氧基、C3-C30环烷基、C3-C30环烷基烷基、C3-C30环烯基、C5-C30芳基、C5-C30芳基烷基、C5-C30杂芳基、C3-C30杂环、C4-C30杂环烷基、C6-C30杂芳基烷基、C5-C30氟芳基、或羟基取代的烷基醚和它们的组合；X-是至少带单电荷的抗衡离子；n是1至300的整数；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8每一个独立地是氢、直链或枝化的C1-C30烷基、C1-C30氟烷基、C1-C20酯基、烷基醚、环烷基醚、环烯基醚、芳基醚、芳基烷基醚、含有聚醚的基团、脲基、酰胺基、胺基、C1-C30烷氧基、C3-C30环烷基、C3-C30环烷基烷基、C3-C30环烯基、C5-C30芳基、C5-C30芳基烷基、C5-C30杂芳基、C3-C30杂环、C4-C30杂环烷基、C6-C30杂芳基烷基、氟、C5-C30氟芳基、或羟基；并且V独立地是选自含有(甲基)丙烯酸酯的基团、含有(甲基)丙烯酰胺的基团、含有碳酸乙烯酯的基团或含有氨基甲酸乙烯酯的基团中的自由基可聚合的烯键式不饱和的有机基团。
2.如权利要求1所述的单体，其中L是氨基甲酸酯，所述氨基甲酸酯的形式是氨基甲酸乙酯。
3.如权利要求1所述的单体，其中X-选自Cl-、Br-、I-、CF3CO2 -、CH3CO2 -、HCO3 -、CH3SO4 -、对甲苯磺酸根、HSO4 -、H2PO4 -、NO3 -、CH3CH(OH)CO2 -、SO4 2-、CO3 2-、HPO4 2-和它们的混合物。
4.如权利要求1所述的单体，其中X-是至少带单电荷的抗衡离子，并且选自Cl-、Br-、I-、CF3CO2 -、CH3CO2 -、HCO3 -、CH3SO4 -、对甲苯磺酸根、HSO4 -、H2PO4 -、NO3 -、CH3CH(OH)CO2 -和它们的混合物。
5.如权利要求1所述的单体，其中所述单体选自具有下式的单体：
Figure FDA00003457462200021
式(II)
Figure FDA00003457462200022
式(III)
Figure FDA00003457462200023
式(IV)
Figure FDA00003457462200024
式(V)，和
Figure FDA00003457462200031
式(VI)。
6.一种用于制造聚合的生物材料的单体混合物，其包括至少一种权利要求1所述的单体和至少一种第二单体，其中所述第二单体选自不饱和的羧酸，丙烯酸取代的醇，乙烯基内酰胺，丙烯酰胺，甲基丙烯酸酯，亲水性碳酸乙烯酯，亲水性氨基甲酸乙烯酯单体，亲水性噁唑酮单体，和它们的混合物。
7.如权利要求6所述的单体混合物，除了所述第二单体之外，还包括疏水性单体和亲水性单体。
8.如权利要求6所述的单体混合物，其中，所述第二单体选自甲基丙烯酸，丙烯酸，甲基丙烯酸2-羟基乙基酯，丙烯酸2-羟基乙基酯，N-乙烯基吡咯烷酮，N-乙烯基己内酯，甲基丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺，二甲基丙烯酸乙二醇酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸烯丙酯，甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷，和它们的混合物。
9.如权利要求6所述的单体混合物，其中，所述第二单体是甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷。
10.如权利要求6所述的单体混合物，其中所述第二单体选自1-乙烯基-2-吡咯烷酮和甲基丙烯酸2-羟基乙基酯，并且所述单体混合物还包含2,2’-偶氮双(2-甲基丙腈)。
11.如权利要求10所述的单体混合物，其还包含N,N-二甲基丙烯酰胺。
12.如权利要求10所述的单体混合物，其还包含1,3-丙二醇。
13.一种装置，其包括权利要求1所述的单体作为聚合的共聚单体。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述装置是隐形眼镜。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述隐形眼镜是刚性的透气隐形眼镜。
16.如权利要求14所述的装置，其中所述隐形眼镜是软质隐形眼镜。
17.如权利要求14所述的装置，其中所述隐形眼镜是水凝胶隐形眼镜。
18.如权利要求13所述的装置，其中所述装置是眼内透镜。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述眼内透镜是晶状体眼内透镜。
20.如权利要求18所述的装置，其中所述眼内透镜是非晶状体眼内透镜。
21.如权利要求13所述的装置，其中所述装置是角膜植入物。
22.如权利要求13所述的装置，其中所述装置选自心瓣膜、眼内透镜、薄膜、手术装置、导管替代物、子宫内装置、外科植入物、血管、人造输尿管、人造乳房组织、肾透析机用膜、心/肺机用膜、导管、护口器、义齿衬垫、眼用装置和隐形眼镜。
23.如权利要求13所述的装置，其中所述装置的形式为膜。
24.如权利要求13所述的装置，其中所述装置的形式为隔膜。
25.一种装置，其包含聚合的如权利要求11所述的单体混合物。
26.一种装置，其包含聚合的如权利要求12所述的单体混合物。
27.一种制造装置的方法，包括：
提供包括权利要求1所述的单体和至少一种第二单体的单体混合物；
使所述单体混合物处于聚合条件，从而提供聚合的装置；和
萃取聚合的装置，
其中所述第二单体选自不饱和的羧酸，丙烯酸取代的醇，乙烯基内酰胺，丙烯酰胺，甲基丙烯酸酯，亲水性碳酸乙烯酯，亲水性氨基甲酸乙烯酯单体，亲水性噁唑酮单体，和它们的混合物。
28.如权利要求27所述的方法，其中使用不可燃的溶剂进行所述萃取步骤。
29.如权利要求27所述的方法，其中用水进行所述萃取的步骤。
30.如权利要求27所述的方法，其中，所述第二单体选自甲基丙烯酸，丙烯酸，甲基丙烯酸2-羟基乙基酯，丙烯酸2-羟基乙基酯，N-乙烯基吡咯烷酮，N-乙烯基己内酯，甲基丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺，二甲基丙烯酸乙二醇酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸烯丙酯，甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷，和它们的混合物。
31.如权利要求27所述的方法，其中，所述第二单体是甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷。
32.如权利要求27所述的方法，其还包括对聚合的装置进行包装和消毒的步骤。
33.一种含硅单体，所述含硅单体用自由基可聚合的烯键式不饱和的阳离子亲水性基团封端，其中自由基可聚合的烯键式不饱和部分选自含有(甲基)丙烯酸酯的基团、含有(甲基)丙烯酰胺的基团、含有碳酸乙烯酯的基团或含有氨基甲酸乙烯酯的基团。
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