Struktura kwasu poliaktycznego, właściwości, synteza, zastosowanie

On Kwas poliaktyczny, którego poprawną nazwą jest poli- (kwas mlekowy), jest materiałem utworzonym przez polimeryzację kwasu mlekowego. Jest również znany jako poli-laktacja, ponieważ można go uzyskać z pęknięcia i polimeryzacji laktydów, które jest domerge.

Poli- (kwas mlekowy) lub PLA nie jest kwasem, jest to poliester, który można zaobserwować w tworzeniu monomeru. Jest to łatwo biodegradowalny polimer i jest biokompatybilny. Obie właściwości wynikają z faktu, że mogą łatwo hydrolizować zarówno w środowisku, jak i w ciele ludzkim lub zwierzęcym. Ponadto jego degradacja nie generuje toksycznych związków.

Uproszczony wzór polimeru kwasu mlekowego lub kwasu poli- (kwas mlekowy). Polyimek [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]. Źródło: Wikipedia Commons.

Przez lata znany jest udział PLA w włóknach do szwu podczas operacji chirurgicznych. Jest również stosowany w branży farmaceutycznej w lekach powolnych.

Jest stosowany w implantach dla ludzkiego ciała i istnieje wiele badań do zastosowania w tkankach biologicznych, a także dla trzech wymiarów drukowania (3D) dla najbardziej zróżnicowanych zastosowań.

Będąc jednym z najbardziej biodegradowalnych i nietechnicznych polimerów, jego producenci podnieśli wymianę wszystkich tworzyw sztucznych pochodzących z ropy, które są obecnie używane w tysiącach zastosowań przez ten materiał.

Ponadto, według producentów, produkcja i wykorzystanie PL jest sposobem na zmniejszenie ilości CO₂ który jest generowany przez produkcję tworzyw sztucznych z przemysłu petrochemicznego.

[TOC]

Struktura

Poli- (kwas mlekowy) to poliester, to znaczy ma powtarzające się jednostki estra- (C = O) -O-R, coś, co można zobaczyć na poniższym rysunku:

Struktura poli- (kwas mlekowy) lub PLA. Jü [CC0]. Źródło: Wikipedia Commons.

Nomenklatura

- Poli- (kwas mlekowy)

- Policzany

- Pla

- Poli- (kwas l-mleka) lub PLLA

- Poli- (kwas D, L-mleka) lub PDLLA

- Kwas poliaktyczny

Nieruchomości

Stan fizyczny

- Poli (kwas D, L-mleka): amorficzne ciało stałe.

- Poli (kwas L-mleka): kruche lub kruche przezroczyste półkrystaliczne ciało stałe.

Waga molekularna

To zależy od stopnia polimeryzacji materiału.

Temperatura przejścia szklistego

Jest to temperatura, poniżej której polimer jest sztywny, kruchy i krucha, a powyżej którego polimer staje się sprężysty i plastyczny.

- Poli (kwas L-mleka): 63 ° C.

- Poli (kwas D, L-mleka): 55 ° C.

Temperatura topnienia

- Poli (kwas L-mleka): 170-180 ° C.

- Poli (kwas D, L-mleka): Nie ma punktu fuzji, ponieważ jest amorficzny.

temperatura rozkładu

227-255 ºC.

Gęstość

- Auto: 1248 g/cm³

- Krystaliczny: 1290 g/cm³

Inne właściwości

Mechanika

Poli- (kwas L-mleka) ma siłę mechaniczną większą niż poli- (kwas D, L-kad).

PL jest łatwy do przetworzenia termoplastycznie, dzięki czemu można uzyskać bardzo drobne włókna tego polimeru.

Może ci służyć: Rozwiązania alkaliczne: definicja, właściwości i zastosowania

Biokompatybilność

Jego produkt degradacji, kwas mlekowy, jest nietechniczny i całkowicie biokompatybilny, ponieważ jest wytwarzany przez żywe istoty. W przypadku istoty ludzkiej występuje w mięśniach i czerwonych krwinkach.

Biodegradowalność

Może być termicznie ułamkowy przez hydrolizę w ludzkim ciele, zwierząt lub przez mikroorganizmy, które nazywa się degradacją hydrolityczną.

Łatwa modyfikacja jego cech

Można je zaprojektować do pomiaru właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych za pomocą środków.

Synteza

Po raz pierwszy uzyskano w 1932 r. Przez podgrzewanie próżniowego kwasu mlekowego. Kwas mlekowy HO-CH3-COOHH jest cząsteczką z chiralnym centrum (to znaczy atomem węgla przyłączonego do czterech różnych grup).

Z tego powodu ma dwa enancjomery lub izomery doniczkowe (są to dwie cząsteczki identyczne, ale z różną orientacją przestrzenną ich atomów).

Enancjomery to kwas L -mleka i kwas d -totyczny, które odróżniają się od siebie poprzez sposób, w jaki kierują spolaryzowane światło. To są obrazy spekulowe.

Enantimery kwasu mlekowego. Po lewej: kwas L-mleka. Po prawej: kwas D-mlecz. すじにく シチュー [CC0]. Źródło: Wikipedia Commons.

Kwas L-mlekowy uzyskuje się z fermentacji przez mikroorganizmy naturalnych cukrów, takie jak melasa, skrobia ziemniaka lub dekstroza kukurydziana. Jest to preferowana forma dzisiaj, aby ją uzyskać.

Przy przygotowaniu poli- (kwasu mlekowego) otrzymuje się kwas L-mlekowy, kwas poli- (kwas L-mlekowy) lub PLLA.

Z drugiej strony, gdy polimer jest przygotowywany z mieszaniny kwasu L-mlekowego i kwasu D-mlekowego, poli- (kwas D, L-mleka) lub PDLLA.

W tym przypadku mieszanina kwasu jest kombinacją w równych częściach enancjomerów D i L, uzyskanych przez syntezę z oleju etylenowego. Ten sposób uzyskania jest obecnie używany bardzo niewiele.

PLLA i PDLLA mają nieco inne właściwości. Polimeryzację można wykonać na dwa sposoby:

- Tworzenie pośrednika: cykliczna średnica zwana Lactida, której polimeryzację można kontrolować, a produkt o pożądanej masie cząsteczkowej można uzyskać.

Polimeryzacja mlekowa w celu uzyskania PLA. Jü [domena publiczna]. Źródło: Wikipedia Commons.- Bezpośrednia kondensacja kwasu mlekowego w warunkach próżniowych: który wytwarza polimer o niskiej lub średniej masie cząsteczkowej.

Porównanie dwóch form plaskiej PLA. RLM0518 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikipedia Commons.

Stosowanie w medycynie

Jego produkty degradacji są nietoksyczne, co sprzyja jej zastosowaniu w tej dziedzinie.

Szwy

Podstawowym wymogiem włókien do szwów jest to, że zamiast tego utrzymują tkanki, dopóki naturalne leczenie stanowi silną tkankę w miejscu Unii.

Od 1972 r. Produkowano materiał szwu o nazwie Vicryl. Nić ta jest wykonana z kopolimeru kwasu glikolowego i kwasu mlekowego (90:10), który jest szybko hydrolizowany w miejscu szwu, dzięki czemu jest łatwo wchłaniany przez organizm.

Może ci służyć: prawo raault: zasada i formuła, przykłady, ćwiczenia

Szacuje się, że w organizmie ludzkim PLA degraduje się w 63% w ciągu około 168 dni i 100% w ciągu 1,5 roku.

Użycie farmaceutyczne

Biodegradowalność PLA sprawia, że ​​jest przydatna do kontrolowanego uwalniania produktów leczniczych.

W większości przypadków leki jest stopniowo uwalniane z powodu degradacji hydrolitycznej i zmian morfologicznych zbiornika (wykonanego z polimeru) zawierającym produkt leczniczy.

W innych przypadkach uwalnianie leków odbywa się powoli przez błonę polimerową.

Implanty

PL okazał się skuteczny w implantach i wsparcia dla ludzkiego ciała. Dobre wyniki uzyskano przy utrwaleniu złamań i osteotomii lub operacji kostnych.

Inżynieria tkanek biologicznych

Obecnie przeprowadzane jest wiele badań w celu zastosowania PLA w rekonstrukcji tkanek i narządów.

Opracowano włókna PLA do regeneracji nerwów u sparaliżowanych pacjentów.

Wcześniej osocze osocza jest traktowane, aby uczynić go otwarciem na wzrost komórek. Końce nerwowe są łączone w celu naprawy sztucznym segmentem leczonych osoczem.

W tym segmencie wysiane są specjalne komórki, które będą rosły i wypełniają pustkę między dwoma peleryną nerwu, łącząc. Z czasem wsparcie PLA znika opuszczenie ciągłego kanału nerwowego.

Został również zastosowany w rekonstrukcji Vejigas, działając jako rusztowanie lub platforma, na której wysiewane są komórki urotelialne (komórki pokrywające pęcherz i narządy dróg moczowych) i komórki mięśni gładkich).

Używać w materiałach tekstylnych

Chemia PLA umożliwia kontrolę niektórych właściwości światłowodowych, które sprawiają, że jest wystarczająca do szerokiej gamy zastosowań tekstylnych, do odzieży i mebli.

Na przykład jego zdolność absorpcji wilgoci, a jednocześnie mało wilgoci i zapachów, czyni ją przydatną do produkcji ubrań dla sportowców o wysokiej wydajności. Jest hipoalergiczny, nie podrażnia skóry.

Służy nawet do ubrań dla zwierząt i nie wymaga prasowania. Ma niską gęstość, więc jest lżejszy niż inne włókna.

Pochodzi ze źródła odnawialnego, a jego produkcja jest ekonomiczna.

Różnorodne aplikacje

PL jest odpowiedni do produkcji butelek do kilku zastosowań (szampon, soki i woda). Te butelki mają połysk, przejrzystość i jasność. Ponadto PLA jest wyjątkową barierą dla zapachów i smaków.

Jednak to zastosowanie dotyczy temperatur poniżej 50-60 °.

Może ci służyć: kwas bromowy (HBRO2): właściwości fizyczne i chemiczne oraz zastosowania

Jest stosowany w produkcji potraw, filiżanek i jednorazowych przyborów spożywczych, a także pojemników na żywność, takich jak jogurt, owoce, makaron, sery itp., o PLA Pianowe tace do pakowania świeżej potraw. Nie wchłania tłuszczu, oleju, wilgoci i ma elastyczność. Kompost można wykonać za pomocą płyty odpadowej.

Słomki, słomki lub plasty. F. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.W)]. Źródło: Wikipedia Commons.

Służy również do tworzenia drobnych prześcieradeł do pakowania żywności, takich jak smażone ziemniaki lub inne produkty.

Opakowanie Pla Paraquelo. F. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.W)]. Źródło: Wikipedia Commons.

Można go używać do tworzenia kart do transakcji elektronicznych i karty kluczowych w pokoju hotelowym. Karty PL mogą być zgodne z charakterystyką bezpieczeństwa i umożliwić zastosowanie taśm magnetycznych.

Jest powszechnie używany do produkcji pudełek lub osłony wysoce delikatnych produktów, takich jak urządzenia elektroniczne i kosmetyczne. Stopnie przygotowane specjalnie do tego zastosowania są używane, sprzężając z innymi włóknami.

Można go rozszerzyć przez PL, aby użyć go jako materiału tłumienia do wysyłania delikatnych instrumentów lub obiektów.

Służy do tworzenia zabawek dla dzieci.

Zastosowania w inżynierii i rolnictwie

PL służy do tworzenia drenażu w budownictwie, materiałach budowlanych, takich jak dywany, laminowane podłogi i tapety ścienne, do dywanów i tkanin nośnych.

Rozwija się jego wykorzystanie w branży energii elektrycznej, na przykład prowadzenie powlekania przewodów.

Wśród jego zastosowań jest rolnictwo, wraz z PLA są produkowane folie ochronne gleby, które pozwalają kontrolować chwasty i sprzyjać zatrzymaniu nawozu. Folie PLA są biodegradowalne, można je włączyć do Ziemi na końcu zbiorów, a tym samym dostarczają składników odżywczych.

Plan Protectiona ochrony gleby w uprawach. F. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.W)]. Źródło: Wikipedia Commons.

Ostatnie badania

Dodanie nanokompozytów do PL jest badane w celu poprawy niektórych jego właściwości, takich jak oporność termiczna, prędkość krystalizacji, opóźnienie płomienia, cechy antystatyczne elektryczne i charakterystyka przewodowa, właściwości anty-UV i przeciwbakteryjne.

Niektórzy badacze zwiększyli siłę mechaniczną i przewodność elektryczną PLA dodając nanocząstki grafenowe. To znacznie zwiększa aplikacje, które PL może mieć w odniesieniu do drukowania 3D.

Innym naukowcom udało się opracować łatkę naczyniową (w celu naprawy tętnic ludzkiego ciała) przez przeszczep doorfosforanu organów.

Patcha naczyniowa wykazała takie korzystne właściwości, że uważa ją za obiecujące dla inżynierii tkanki naczyniowej.

Wśród właściwości jest fakt, że nie wytwarza hemolizy (rozpad czerwonych krwinek), nie jest toksyczna dla komórek, opiera się adhezji płytek krwi i ma dobre powinowactwo do komórek pokrywających naczynia krwionośne.

Bibliografia

1. Look Kim i in. (2019). Zachowanie elektryczne i silne mechanicznie kompozyty kwasu grafenowo-politycznego do drukowania 3D. ACS Zastosowane materiały i interfejsy. 2019, 11, 12, 11841-11848. Odzyskane z pubów.ACS.org.
2. Tin Sin, Lee i in. (2012). Zastosowania poli (kwasu mlekowego). W Handbook of Biopolimers i biodegradowalne tworzywa sztuczne. Rozdział 3. Odzyskane z naukowym.com.
3. Gupta, Bhuvanesh i in. (2007). Poli (kwas mlekowy): przegląd. WAŁÓWKA. Polim. Sci. 32 (2007) 455-482. Odzyskane z naukowym.com.
4. Raquez, Jean-Marie i in. (2013). Nanokompozyty oparte na polilaktydu (PLA). Postęp w nauce polimerowej. 38 (2013) 1504-1542. Odzyskane z naukowym.
5. Zhang, Jun i in. (2019). Zliterionowe polimerowe plastry naczyniowe kwasu polimerowego w oparciu. ACS Biomaterials Science & Engineering. Data publikacji: 25 lipca 2019. Odzyskane z pubów.ACS.org.